科學研究
在PLoS Genetics雜誌中,來自加利福尼亞大學的Mark Springer和他的同事們發表了一個有趣的研究報告,講述了牙齒—以及牙齒的基因—在過去的5億年當中是如何退化的。他們主要的研究對象是牙釉質(琺瑯質)—覆蓋在人類及其他脊椎動物牙齒表面的堅固保護層。
科學家檢驗發現:在這些沒有牙齒的哺乳動物的基因組中,牙釉質的基因仍然存在,但是這些基因被 “關閉”了。在每一個物種的基因組中,科學家都可以發現一些所謂的“假基因”,它們在某些極為有害的突變發生之後不能再編碼蛋白質了。其中一種突變方式,就是在基因中插入一個“停止”指令,使得細胞無法識別完整的基因序列進而無法翻譯出完整的蛋白質。另一些突變方式可能會將一大段DNA放置於基因的不同位置,從而改變了基因的編碼序列。儘管有這些極具破壞性的突變存在,假基因卻通常保留著與“真基因”的相似性。
對於有牙齒的哺乳動物,ENAM沒有發生移碼突變(基因突變的一種類型,即有鹼基對插入DNA序列或從序列中丟失,從而造成密碼子的改變)。可是20種沒牙齒或者有牙齒但沒有牙釉質的動物中有17種至少具有一個移碼突變。在這所有20種沒有牙釉質的動物的ENAM基因里,都有一個停止指令(也就是通常所說的終止密碼子)。這些ENAM就這樣被“槍斃”了。
在許許多多的基因當中只有一部分是可以被編碼成蛋白質的,剩下的基因則不會。基於這一事實科學家們探查出了ENAM基因的進化過程。那些可以改變蛋白質結構的突變會給生物們帶來重大的後果。這些後果可能是好的,也可能是壞的-但無論是好是壞,基因突變都有可能使得攜帶這種突變的個體在繁衍後代上獲得絕對性的優勢,從而使這種突變得以延續下去。與之相反的是,沉默突變很可能沒有帶來任何改變(或者最多是一個很小的改變)。
演變過程
這樣看來,有牙齒的哺乳動物的ENAM基因經歷了所謂的純化篩選(也叫做穩定篩選,即在這個過程中生物特徵趨向於某個穩定狀態,基因多樣性降低,除了較為穩定的特徵外其他因突變產生的特徵則被淘汰,突變體通常不會得以保留)。換句話說,只有很少很少可以造成蛋白質改變的基因突變能夠經受住數以百萬年的考驗得以保存下來,比如如果你需要堅固的牙齒才可以生存下去的話,胡亂篡改牙釉質的編碼基因實在不是件好事。與之不同的是,在沒有牙釉質的哺乳動物中,ENAM基因以另一種方式演變了。這種演變方式被稱作中性進化(即分子進化的中性學說):沉默突變和造成蛋白質改變的突變所發生的幾率是相同的。(即任何種類的突變都只是分子層面上的一個隨機事件,無所謂好或者壞,是中性的,因此自然選擇對它們不起作用。)ENAM的突變對於這些無牙釉質的哺乳動物來說已經不再重要了,因為正如前文所述,這些基因已經被 “槍斃”了。
這些基因的殘跡不僅說明了牙齒是怎樣消失的。他們還表明了牙齒是什麼時候消失的。通過比較沒有牙釉質的物種中親緣較近的一些,科學家們可以總結出它們最近的一個共同祖先發生了怎樣的突變。並且因為中性突變的累積速度較為穩定,科學家們可以算出ENAM基因是在多久以前從一個非常重要的基因變成了一個無用的東西。