认为进化有方向感是一种普遍的误解 —— 世界各地的生物学迷们都在不断地试图纠正这种观念。但新的研究表明,这种误解可能有着表面上的真实性,至少比我们所认识到的要真实得多。

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虽然,不像有目的的突变那么简单,但现在看来,在可变方面,并非所有的DNA都是平等的。至少,在一种路边开花的杂草中不会出现这种情况,这种杂草被称为 拟南芥 (Arabidopsis thaliana)。

加州大学戴维斯分校的植物学家格雷·门罗(Grey Monroe)说:“我们一直认为突变在整个基因组中基本上是随机的。事实证明,突变是非随机的,在某种程度上是非随机的,对植物有益。这是一种全新的思考突变的方式。”

要使基因突变(或变体)出现,必须做几件事。 首先,生殖系 细胞 中的 DNA 必须发生改变 —— 这些细胞将其 遗传物质 传递给生物体的后代。

这可能涉及到DNA序列中单个“字母”的改变,例如,通过紫外线损伤,或基因丢失,或者在遗传物质被复制和传递时,由于错误而导致整个染色体的混乱。

那么,这种损害必须避开几种细胞机制,而这些细胞机制是为了防止这种变化被转移。这包括DNA修复系统,或者,对于极端突变,程序性细胞死亡(凋亡)。

如果,这种突变避开了这些过程,它就可以传递给下一代。

大多数包含单个“字母”变化的突变都是中性的,因为它们不会对生物体的形式或功能产生任何显著的变化。但对于那些确实引起变化的物种来说,它们是否延续到后代,取决于自然选择的奇想。

在这一点上,进化被认为是在好的突变和坏的突变之间进行了大部分的分类。例如,如果一种突变阻碍了植物或动物的生存,它不太可能长期存在。

虽然,选择的力量可以限制哪些突变会代代相传,但突变本身通常被认为是有机体基因库中不可预测的骰子滚动。

该团队在他们的论文中写道:“自20世纪上半叶以来,进化理论一直被突变随机发生的观点所主导。”

格雷·门罗和他的同事使用了相当于实验室老鼠的植物(前面提到的拟南芥),来测试突变确实是随机分布在基因组中的假设。他们分析了400种植物的基因组,令他们惊讶的是,这并不是他们的数据所显示的。

相反,他们发现这种植物基因组的某些区域,比其他区域更容易发生突变。

格雷·门罗表示:“这些是基因组中真正重要的区域。在生物学上最重要的领域,是那些被保护不受突变影响的领域。”

无论他们研究的是基因密码的编码部分还是非编码部分,这都是正确的,这表明这种影响不是由于特定类型的DNA,而是整个区域。

门罗和他的团队写道:“在拟南芥中,围绕基因的进化,似乎在更大程度上可以用突变偏倚来解释,而不是选择。”如果,这种差异是后来由自然选择引起的,他们的分析将检测到比观察到的更多独特的基因变异(因为它们会在后来的过程中丢失)。

更重要的是,这些数据揭示了表观遗传因素,比如DNA是如何缠绕在某些蛋白质上的,以及DNA修复机制可以预测基因组的哪些部分不太容易发生突变。已经有强有力的证据表明,DNA修复是针对活性基因区域的,这项研究也支持这一点。

了解如何在突变中发挥作用,不仅可以对其他植物产生影响,还可以帮助我们理解几乎所有物种的进化和疾病。

这些发现表明,自然选择改变了生物体基因库中发生突变的可能性。

因此,虽然就其后果而言,个体突变确实仍然是随机的,但在自然选择的游戏中,甚至在突变的任何可能影响发挥作用之前,基因组中的位置就已经偏向于有利于有机体的生存。

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