Science成果填補空白

金融危機之下，我們多個技能傍身才能適應各種情況找到好飯碗，對于基因來說也是如此。加州大學戴維斯分校以及瑞典烏普薩拉大學的研究人員提出了基因演化的機制，并首次巧妙展示了新基因的演化過程。他們的文章發表在近期的Science雜志上，填補了自然選擇理論中的重要空白。

長期以來人們一直很好奇，生物究竟如何從有限的基因演化出新功能的。大家廣泛接受的理論是，發生突變的基因繼續復制從而獲得了新功能，如果這一新功能有益，那么基因就會傳播開來。

“這個觀點并不新鮮，但我們將這個過程清晰的展示了出來，”文章共同作者，加州大學戴維斯分校的微生物教授John Roth說。

Roth說，此前人們很難想象這一過程，自然選擇非常殘酷，沒有被正向選擇的基因會很快消失。在這樣的條件下，新復制的基因如何能夠堅持到獲取新功能，從而得到正向選擇的青睞呢？

研究人員構建了一個模擬新基因演化的模型，“創新、擴增和分支”。在這一過程中，原始基因在自己主要功能之外先獲得了較弱的副功能。打個比方，就如一個汽車修理工額外發展了自己對電腦的興趣。如果環境改變使基因的副功能變得重要起來，正向選擇就會增加該基因的表達。對于之前那位汽車修理工而言，如果汽車行業不景氣或者IT產業蓬勃發展，他都可以進一步提升自己的計算機技術，從而謀得一個IT職位。

增加基因表達的通常途徑是大量復制該基因，然后自然選擇會對所有拷貝起作用。在正向選擇之下，這些基因拷貝逐漸累積突變并重組。一些基因拷貝的副功能增強，而其他拷貝則保持著原本的功能。新基因功能就此產生，最終細胞獲得兩個不同活性的基因。

研究人員用沙門氏菌測試了這一模型，該細菌攜帶一個合成組氨酸的基因，該基因的副功能是合成色氨酸。隨后研究人員去除了細菌中合成色氨酸的主要基因，并開始觀察。

研究發現最初的組氨酸合成基因拷貝數變得很高，這些擴增的拷貝累積了突變并獲得了不同的酶活性。自然選擇保留了原始基因的擴增和有益的突變拷貝，并使細菌喪失了那些沒什么建設性的拷貝。結果是，雖然一開始細菌無法合成色氨酸，但很快在3000代以內細菌就獲得了有效合成色氨酸的能力。

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