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刚才看了王德华老师的博文《生物多样性的消失是不可逆转的一个过程》,说到了物种消失以后,以我们现在的能力,无法凭空地恢复该物种。除非,我们还有那个物种的全DNA,以及成熟而且便宜的克隆技术。就如我的“精彩”留言“看了王老师这篇博文,我想开一间冷冻公司,把尽可能多的物种的细胞冻存起来。以后把某些灭绝物种的细胞卖给克隆公司,应该能卖个好价钱。”。
从王老师这篇博文,我又联想到自己感兴趣的一个话题:生物是怎样进化的。这个话题太大,其中的核心话题因该是:生物的组织器官是怎样起源和演化的。这个核心话题还是太大,作进一步简化:动物的器官是如何演化的。最后这个话题大概可以分为两个子话题:1)不同动物间的功能类似的器官是如何演化的;2)在某动物个体中,不同器官是如何演化形成的。
第一个子话题很重要,也很直观。对近源物种之间的器官比较,可以提出很多有趣的科学问题。例如人和猩猩的器官能对应得起来,但器官的大小、形态和功能又有微小或明显的差别。如果清楚了器官的演化,我们就能回答为什么猩猩长得比人壮,但却比人笨。这个看似简单的问题,回答起来却非常困难。人和猩猩的基因序列非常相似,但“输出”的结果却显著不同。最可能的原因是基因之间的相互调节和相互作用有一些微小的不同。这些微小的差异经过复杂的网络放大以后,表现出了很显著的差异。
第二个话题也可以表述为“某个动物的不同的器官是否有共同的起源?”。如果有人跟你说:“我们的手和腿其实是很像的,胸部和腹部也是很像的。”,你也许会认为那人疯掉了。但科学研究表明,这些看似迥然的器官,很可能都有着共同的起源。搭建这些器官的低端基因网络是很类似的,它们的不同,是因为“高端统治者”换掉了,采用了不用的管理模式,导致了输出的结果很不同。如果把“高端统治者”换一下,说不准手就变成了腿,胸部就变成了腹部。而这些“高端统治者”常常被称为master gene。
复杂的问题往往都需要从简单的模型着手。我们不能把有手有脚的人弄成四条腿的怪物,但弄果蝇,却应该没事。它们离我们还比较远,思想感情上不会有什么交流。更重要的,果蝇的遗传学方法,能帮助我们部分地回答这个匪夷所思的问题。
果蝇和人区别很大,但果蝇也有躯干、肢体、感觉器官、神经系统和循环系统(如下图)。
正常的果蝇只有一对连在第二胸节上翅膀。如果一个叫ubx的基因突变了,第三胸节就会变成第二胸节,于是果蝇就有了两对翅膀(如下图)。所以,一个基因可以改变一个体节的命运。
正常的果蝇有前、中、后三双腿,大家都知道,是用来爬行的。它的头上有一对触角,主要是用于感觉声音和味道的。触角和腿的样子和功能都差别很大。但是,如果一个叫antp的基因突变了,触角就会变成一条腿(如下图)。所以一个基因的改变,可以从鼻子里伸出一条腿。
(黄色箭头指示正常果蝇的触角,红色箭头指示突变果蝇从触角演变而成的腿)
正常的果蝇有两个眼睛。但如果过量表达一个叫ey的基因,可以在触角、翅膀、腿上长出很多眼睛(如下图)。
这些研究结果除了好玩以外,也让我们知道不但单个细胞的命运是可控的,整个器官的命运也是可控的。而控制器官命运的就是master gene。Master gene通常是转录因子,它们可以影响很多基因的表达,把信息传递给其他基因,就如乐队的指挥一样。
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