专家答疑

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研究人员如何追踪数个世纪以来的线粒体DNA?
—M. Sivak,纽约州欧文顿

南卡罗来纳大学的生物学家伯特·伊利提供了以下解释

线粒体DNA(mtDNA)从一代到下一代的变化非常小,甚至根本没有变化。mtDNA仅从母亲传给孩子;父亲无法传递他们的mtDNA。


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突变(变化)确实会在线粒体DNA中发生,但并不频繁——少于每100个后代发生一次。因此,一个人的mtDNA可能与其直系母系祖先(追溯到十几代)的mtDNA相同,这种共同的遗传可以用来将人们跨越很长的时间联系起来。例如,如果某种类型的mtDNA主要在非洲发现,那么我们可以得出结论,来自世界其他地方拥有该类型mtDNA的人的母系祖先来自非洲。

与大多数DNA不同,线粒体DNA不在我们的染色体中,甚至不在我们细胞的细胞核(包含所有染色体的中心封闭结构)中。线粒体是存在于所有植物和动物细胞中的小型膜结合结构,负责产生细胞功能所需的大部分能量。每个线粒体都包含自己的DNA和自己的蛋白质合成机制。

在人们开始环游世界之前,mtDNA中发生的罕见变化导致每个大陆上都存在独特的mtDNA类型。因此,科学家可以根据mtDNA区域(即所谓的HvrI,突变最有可能发生的地方)将大多数当代线粒体DNA分配到其起源大陆。科学家可以分析HvrI,以找到从一代又一代的母亲传给女儿的mtDNA中所有过去突变的记录。这些累积的突变是每个大陆上发现的独特线粒体DNA的基础。

在各大洲内部,也存在区域性的mtDNA变异。由于女性的后代很可能在附近定居,因此起源于她的mtDNA的突变通常将局限于她居住的当地区域。当然,每当人们从一个地方搬到另一个地方时,他们都会随身携带mtDNA。例如,人们在撒哈拉以南非洲地区长期以来一直在广泛迁移。因此,最近的一项研究表明,大约一半的非洲mtDNA在来自非洲多个国家的人们之间共享。

海贝或蜗牛壳是如何形成的?

德克萨斯州立大学的生物学家弗朗西斯·霍恩提供了答案

贝壳是软体动物(如蛤蜊、牡蛎、蜗牛和许多其他动物)的外骨骼,不是由像典型的动物结构那样的细胞组成的。它们主要由碳酸钙和少量蛋白质组成——通常少于2%。

位于贝壳下方并与之接触的地幔组织分泌蛋白质和矿物质以形成贝壳。首先,形成一层未钙化的壳质层——蛋白质和几丁质,一种增强的天然产生的聚合物。然后是高度钙化的棱柱层,最后是珍珠层或珠母层。这个过程类似于铺设钢材(蛋白质)并在其上浇筑混凝土(矿物质)。

陆地动物(如人类)的骨骼会随着它们一起生长,而蜗牛和蛤蜊必须通过在边缘添加新材料来逐渐扩大和延伸它们的贝壳。例如,蜗牛壳的最新部分位于动物探出头的腔体周围。它的地幔外缘不断在这个开口处添加新的贝壳。

如需这些以及来自不同领域科学家的其他答案的完整文本,请访问www.sciam.com/askexpert

大众科学 Magazine Vol 296 Issue 1这篇文章最初以“专家答疑”为标题发表于《大众科学杂志》第296卷第1期(),第94页
doi:10.1038/scientificamerican0107-94
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