理论教育 人类基因史:蛋白质揭示先祖之影

人类基因史:蛋白质揭示先祖之影

时间:2023-11-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:起初人们认为,另外一种途径是研究蛋白。总共只有20个氨基酸,却构成了无数种不同形状和功能的蛋白质。首先,他破译了不同的哺乳动物的血红蛋白,发现它们都是类似的。人类与大猩猩的血红蛋白基本相同,只有2个差异;人类与马也只有15个氨基酸不同。分子结构上谱写的形态,甚至可以让我们看到先祖本身,只要我们用“奥卡姆剃刀”把氨基酸的变化历程刮得仅剩下最少,就可能上溯到起始点。

人类基因史:蛋白质揭示先祖之影

血型被否定了。那么,用什么来研究人类的遗传呢?起初人们认为,另外一种途径是研究蛋白。很多科学家曾经认为,血型不是遗传的原因,蛋白才是遗传的原因。在这条道路上,人类也走过另一段弯路。

加利福尼亚理工学院的艾米尔·朱科康德尔(Emile Zuckerkandl)是出生在奥地利的犹太移民,他一生的大部分时间都在顽强地专注于一个问题:蛋白质的结构。1950—1960年,朱科康德尔开始与诺贝尔奖的获得者,美国生物化学家莱纳斯·鲍林(Linus Pauling)一起工作。

朱科康德尔研究携带氧气的分子——血红蛋白(haemoglobin)的基本结构。他选择这个对象进行研究的原因是血红蛋白非常丰富,易于提纯。更加重要的是,每一种现存的哺乳动物的血液里,都能找到血红蛋白。

美国生物学家艾米尔·朱科康德尔(Emile Zuckerkandl,1922—),分子进化领域的开创者之一,他和鲍林首先提出了“分子钟”的概念

莱纳斯·鲍林(Linus Pauling,1901—1994),美国生物学家和化学家,历史上获得两次以上诺贝尔奖的四个人之一,并且两次都是唯一的获奖者

任何蛋白质,都由氨基酸(amino acids)的长长的序列构成,每一种蛋白质中,这些小小的氨基酸“分子建筑单元”的序列都是独一无二的。蛋白质总是扭曲着呈现出不同的形状,如果其他蛋白质插进来,它们就会呈现出不同的功能和反应。蛋白质的惊人之处在于:虽然五花八门的蛋白质的形状不同,功能各异,但是这些形状和功能全部取决于氨基酸的序列。总共只有20个氨基酸,却构成了无数种不同形状和功能的蛋白质。

朱科康德尔在氨基酸中发现了一种有趣的形态。首先,他破译了不同的哺乳动物的血红蛋白,发现它们都是类似的。而且,越是亲缘关系接近的哺乳动物,这种共同性越明显。

人类与大猩猩的血红蛋白基本相同,只有2个差异;人类与马也只有15个氨基酸不同。朱科康德尔和莱纳斯·鲍林猜测,这些分子可能是某一种分子钟(molecular clock),记录了随着氨基酸的数量的变化,某一共同先祖距离现在的逝去时间。

1965年,他们发表了这些发现。

他们把分子视为“进化历史的文件”。分子结构上谱写的形态,甚至可以让我们看到先祖本身,只要我们用“奥卡姆剃刀”把氨基酸的变化历程刮得仅剩下最少,就可能上溯到起始点。也就是说,我们的基因,写出了一部历史文献。(www.daowen.com)

分子,实质上是我们的先祖留下的时间胶囊(time capsules),我们要做的事情仅仅是读懂这些时间胶囊。朱科康德尔和鲍林认为,蛋白质并非基因变异的终极来源,DNA才是基因变异的终极来源,DNA实质上构成了我们的基因——DNA为蛋白质提供编码,所以最好研究DNA本身。只有DNA一个途径,能够解释和区分人类的多样性。

基因不在血型里,也不在蛋白里,基因在DNA里。

两个相关分子的进化谱系,显示出两个血统上累积的DNA序列变化

现在我们终于知道,现代人类在将近20万年里出现了如下的演化。

19.5万年前,突变形成新亚种(生物学意义)。

16万年前,再次发生演化(解剖学意义)。注:长者智人可能只是一小群混血种群。

6万年前,带着免疫系统—宗教艺术—语言等装备走出非洲。

这个过程可称为人类的旅程,并非人类的起源。但是,当时的科学家们并不知道,他们仍然深陷在艰难的科学探索中。

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