生物是怎样形成的

生物是怎样形成的

能列出所有生命形式共同的基因.但令人吃惊的是,“生命树”所有的基因数量结果却相当少.例如,最新一项研究对100个物种进行了比较,结果只发现60个基因是普遍存在的.这种分析揭示的仅仅是哪些基因是原始的,而与这些基因“落户”的物种没有关系.由此科学家们意识到,基因可能在不同的物种间进行转移.基因平行转移是比较基因组序列得到的一个令人震惊的结果.这说明原始细胞的所有组成成分很容易通过基因平行转移的方式进行改变或取代,这或许是当时生命进化的主要动力,却为基因分析带来了更大的麻烦,基因的整合使生物的基因组变得杂乱无章,并且这种整合是随机的,基因组的特征便很难向我们表达它应该包含的信息.而我们要寻找的“露卡”位于这些原始生物的最低层,它的基因组早就被平行转移掺和得面目全非,直接追溯“露卡”的基因组无疑困难重重.然而,随着细胞变得越来越复杂,这种平行转移将逐渐减少,一旦到达某种临界复杂程度,即细胞的各成分出现了高度的整合——称为达尔文式阈值（Darwinian threshold）——基因的平行转移将停止,基因组开始取决于遗传,具有不同特征的直系后代开始出现,这样一来基因分析便颇具参考价值.于是,科学家们只好转而研究达尔文阈值以上的生物的基因组,以此来推断“露卡”的基因组成.在寻找“露卡”的过程中,研究古细菌的基因组非常重要,因为古细菌的生长环境更接近原始地球的状态.1996年,科学家们解析了从深海发现的古细菌物种詹氏甲烷球菌（Methanococcus jannaschii）的基因组全序列.这是第一个被分析的古细菌类生物的基因组,其主要的环状染色体共有150万对碱基,含大约1700个基因.通过比较基因组研究,研究者推断出“露卡”可能具备这样一些特征：蛋白质合成的装置最为发达,但尚未完全；RNA合成的功能要比蛋白质合成差一些；而DNA合成的机制则基本没有.此外,它具有较为发达的代谢途径,包括氨基酸和核苷酸代谢,以及辅酶的合成等.然而1700个基因对于“露卡”这位祖先来说似乎是太多了,“露卡”的结构必须尽量简单以确保它能从无生命的形态直接演变而来.那么,还有没有更简单的模型?生殖道支原体（Mycoplasma genitalium）是一种寄生细菌,它的基因组是目前已测定的物种基因组中最小的一个,仅有468个基因.科学家将它的基因组与另外一种细菌流感嗜血杆菌（Haemophilus influenzae）的基因组序列进行了详细的比较,发现有240个生殖道支原体基因与流感嗜血杆菌基因存在垂直同源性.经过进一步研究,科学家们得出结论“露卡”至少需要大约250个基因. 再答： 5. “人工露卡”与多分子体系“露卡”肖像的确定除了通过用计算手段比较基因组以外，另一个重要的途径是采用实验的手段。其实上个世纪生物学界一直流行着一种寻找“最小基因组”的“游戏”，即找到那个包含最少基因却又能刚好维持生命体生命活动的基因组序列。这一过程一般是在实验室里完成，而所得到的那串基因组序列及其操控的生命体实际上反映了“露卡”的特征，所以我们可以把这些生命体称为“人工露卡”。早在比较基因组方法出现之前，美国科学家M. Itaya就利用基因剔除方法，在细菌枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）基因组上随机敲除了79个基因，通过分析这些基因剔除品系是否存活来探讨最小基因组，从而得到了第一个“人工露卡”。另一位著名的科学家C. Venter也采用基因剔除的办法，对上一节所说的生殖道支原体的基因逐个进行敲除，并检查其存活情况，最终得出结论，生殖道支原体有可能只需要265到350个基因就可以生存。这个结果与比较基因组方法得到结果惊人地相似。Venter得到的“人工露卡”也许能很好地描述“露卡”的特征，通过对这一“人工露卡”形态与生活史的进一步研究，一张“露卡”的肖像隐约浮现在了我们眼前：（1）含有250到350个基因，不含内含子（2）一套基本上完整的DNA复制系统（3）一套进行DNA重组和修复的系统（4）一个几乎完整的转录、翻译系统（5）一组具有4个RNA聚合酶亚单位的转录装置（6）一组参与蛋白质折叠的分子伴侣蛋白（7）一组蛋白质转运机器（8）完整的无氧中间代谢途径（9）一条辅酶合成途径（10）一种将生命体与周围环境隔开的结构这一套机制确保了生命体能够繁殖、表达、遗传、变异、进化以及代谢，这是对生命的基本要求，也是“露卡”最可能的模样。我们不妨吧这一机制称为“露卡机制”。这也许很令人沮丧，因为“露卡”看起来也很复杂，我们很难想象生物大分子是如何形成这一机制的。那么，还有没有更简单的模型？我们以上讨论的都是从已知物种出发由复杂向简单逼近“露卡”的追溯过程，那么，可不可以从生物大分子出发由简单向复杂逼近“露卡”呢？