天天资讯：进化是如何进行的 - 科学家们定义了一种新的分子进化度量标准

2023-02-20 06:49:11 来源：cnBeta

欧洲鼹鼠配备了其强大的爪子，可以毫不费力地在地球上开凿隧道。澳大利亚有袋类鼹鼠的情况也是如此。尽管居住在截然不同的地区，这两个物种已经进化出类似的附肢，完全适合它们的地下生活方式。

进化是生物体的物种随时间变化的过程。它是生物学领域的一个核心概念，被认为是有史以来最重要的科学理论之一。

(资料图)

在这种情况下，科学界说的是"趋同进化"，即动物和植物物种独立发展出具有相同形状和功能的特征。有许多这样的例子。例如，鱼有鳍，鲸鱼也有鳍，尽管它们是哺乳动物。鸟类和蝙蝠有翅膀，当涉及到使用有毒物质来抵御攻击者时，许多生物，从水母到蝎子到昆虫，都进化出了相同的工具：毒刺。很明显，全世界的科学家都有兴趣找出各自物种的遗传物质的哪些变化是导致它们进化出相同特征的原因，尽管它们之间没有关系。

事实证明，这方面的探索是困难的："这种特征--我们说的表型--当然总是在基因组序列中编码，"伍兹堡Julius-Maximilians-Universität（JMU）的植物生理学家Kenji Fukushima博士说。突变--遗传物质的变化--可以成为新性状发展的触发因素。

然而，基因变化很少导致表型的进化，因为基本的突变基本上是随机和中性的。因此，在进化过程发生的极端时间尺度上积累了大量的突变，使得检测表型上的重要变化极为困难。

分子进化的一个新指标

现在，福岛和他的同事科罗拉多大学（美国）的David D. Pollock已经成功地开发了一种方法，在寻找表型特征的遗传基础方面取得了比以前使用的方法明显更好的结果。他们在《自然生态学与进化》杂志上介绍了他们的方法。

Fukushima在描述这项现已发表的工作的主要成果时说："我们已经开发了一种新的分子进化指标，能够准确地代表蛋白质编码DNA序列的收敛进化率。他说，这种新方法可以揭示出哪些遗传变化与生物体在数亿年的进化时间尺度上的表型有关。因此，它提供了扩大我们对DNA的变化如何导致表型创新的理解的可能性，这些表型创新产生了物种的巨大多样性。"

以一个巨大的数据库作为基础

生命科学的一个关键发展构成了Fukushima和Pollock工作的基础：近年来，越来越多的跨越物种多样性的许多生物体的基因组序列被解码，从而可以进行分析。这使研究人员有可能在宏观进化水平上大规模地研究基因型和表型的相互关系。

然而，由于许多分子变化几乎是中性的，不影响任何性状，在解释数据时往往存在"假阳性收敛"的风险--即结果预测了一个突变和一个特定性状之间的相关性，而实际上并不存在。此外，方法上的偏见也可能是造成这种假阳性趋同的原因。

数百万年来的相关关系

"为了克服这个问题，我们扩大了框架，并开发了一个新的指标，衡量蛋白质进化的误差调整收敛率，"Fukushima解释说。他说，这使我们有可能在模拟和现实世界的例子中把自然选择与遗传噪音和系统发育错误区分开来。通过启发式算法的强化，该方法能够双向搜索基因型-表型的关联，即使是在已经分化了数亿年的血统中。"

这两位科学家分析了脊椎动物基因中的2000多万个分支组合，以检验他们开发的指标的效果如何。在下一步，他们计划将这种方法应用于食肉植物。其目的是破译这些植物吸引、捕获和消化猎物能力的部分遗传基础。

关键词： 2019未来科学大奖脊椎动物