倭黑猩猩基因组与生命之带的倒带

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点


当我在《科学家》杂志工作时,我报道了几个基因组序列的首次亮相,包括果蝇、大鼠、河豚和鼠疫杆菌等。我的《人类遗传学》教科书中的一幅插图类似于《布雷迪一家》的片头,每一版都有一个由九个新基因组组成的棋盘格,现在有超过1000个可供选择。就在过去几周,几种沙拉食材的基因组也被揭开。

但除了我们自己的基因组之外,最让我感兴趣的基因组序列是倭黑猩猩,又名Pan paniscus的基因组。

倭黑猩猩看起来像一只更光滑、头更小、腿更长的黑猩猩(Pan troglodytes)。它在1929年作为头骨标本在比利时特尔弗伦博物馆被发现,而不是在刚果民主共和国刚果河以南的家园被发现,倭黑猩猩曾被认为是侏儒黑猩猩。但随着人类学家对差异进行编目,这种动物在1954年有了自己的物种名称。


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倭黑猩猩在最近的小说中扮演了角色。其中包括罗宾·库克的1998年小说《染色体6》,其中不幸的灵长类动物为富裕的人类提供备用零件;去年夏天电影《猩球崛起》中的配角科巴;以及萨拉·格鲁恩的精彩小说《猿屋》

黑猩猩和倭黑猩猩在行为上有明显的差异,尤其是在性方面。倭黑猩猩权威人士弗兰斯·德·瓦尔称它们为“做爱,不作战”的灵长类动物,在1995年3月的《大众科学》中称它们为“对女权主义运动迟来的礼物”。他还写道,它们是敏感的灵魂。在第二次世界大战期间,德国动物园里的倭黑猩猩因害怕炸弹坠落的声音而死亡;黑猩猩却毫不在意。倭黑猩猩的女性在它们和平的社会中占据主导地位,并在它们之间移动,而男性则一生都依附于它们的母亲。雄性黑猩猩具有攻击性,为争夺统治地位而战,并形成流浪团伙。

猿类基因组

我们三个——黑猩猩、倭黑猩猩和人类——有着密切的联系。我们与其他两个猿类物种共享98.7%的基因组序列。

德国莱比锡马克斯·普朗克进化人类学研究所的凯·普吕弗和珍妮特·凯尔索及其同事,包括斯万特·帕博,对一只名为乌林迪的雌性倭黑猩猩(来自莱比锡动物园)的基因组进行了测序。基因组中蕴藏着一个相当大的惊喜。

部分测序表明,我们与黑猩猩和倭黑猩猩在大约500万至700万年前分道扬镳;它们在大约200万年前彼此分离。许多研究人员预计,倭黑猩猩基因组将是黑猩猩基因组的一个子集,在它们分裂后可能只有一些DNA碱基变化。

但事实并非如此简单。“我们发现,平均而言,倭黑猩猩和黑猩猩的基因组与人类的距离相等,但对于基因组的特定区域,构成人类基因组总量的3%,这种关系是不平等的:对于基因组的某些区域,人类比黑猩猩更接近倭黑猩猩,而在其他区域,人类更接近黑猩猩,”普吕弗博士和珍妮特·凯尔索在电子邮件中告诉我。黑猩猩和倭黑猩猩可能在分离时保留了不同的基因变体子集,但由于所有变体都来自我们三者的共同祖先,我们确实可以与一个潘共享DNA序列,但不能与另一个潘共享。

地理位置可以解释黑猩猩、倭黑猩猩和我们人类的奇特进化历程。许多人类学家认为,刚果河分割了分歧的祖先种群,最终产生了两个潘物种。

戴夫·马修斯类比

我很难想象我们如何只与黑猩猩共享一些序列,而只与倭黑猩猩共享另一些序列。然后我想到了更熟悉的领域,基于上周末在我家附近发生的一件事,当时我正在阅读倭黑猩猩基因组论文。

想象一下,三辆载着孩子的汽车离开纽约州萨拉托加斯普林斯的一场戴夫·马修斯音乐会。三辆车都沿着高速公路向南开往纽约市。一旦他们到达市区,一辆车就转向布鲁克林(人类)。另外两辆车进入皇后区,在两个不同的社区结束了旅程。一辆车停留在原处(倭黑猩猩),比如在森林山,而另一辆车则在其他几个街区行驶(黑猩猩)。

这三辆车都会在轮胎的凹槽中嵌入高速公路和其他道路上的砂砾和其他杂物,这些是它们去过的地方的标记。但是一旦这三辆车分散开来,一些标记就会发生变化,黑猩猩的变化比倭黑猩猩的变化更大,因为据推测,当它们在皇后区散开时,它们会面临不同的环境条件。

因此,布鲁克林人——人类——可能与皇后区的两辆车——黑猩猩和倭黑猩猩——或其中一辆车有一些共同的道路残留物。但98%的道路岩石来自最初的分裂,即戴夫·马修斯的演出。

三个教训

倭黑猩猩基因组的测序让我思考了三件事。

1. 进化是有道理的。一个至高无上的存在创造信息密集的基因组,引诱我们进行比较并查阅突变率以追踪物种之间的关系,这种想法似乎工作量太大了。她为什么要费心呢?

倭黑猩猩论文还提出了一个经常被忽视的观点,即我们是从一个共同的黑猩猩/倭黑猩猩祖先分化出来的——我们不是从猿类进化而来的,我们就是猿类。2009年的一部Nova电视连续剧《人类的演变》一再犯这个错误,甚至在预告片的标题中也犯了这个错误:“六百万年前,是什么让我们的祖先走上了从猿到人的道路?” 这促使我的朋友和同事,美国人类遗传学会教育主任迈克尔·多尔蒂博士在2011年2月的《美国生物学教师》杂志上撰写了一篇提醒性的客座社论。

2. 性。 根据德瓦尔的说法,对倭黑猩猩来说,性是“社会关系的一部分”。动物们以各种方式做爱(除了母子配对),而且经常这样做,尽管速度很快(平均行为13秒)且零星。快乐、勃起且准备就绪的倭黑猩猩进行面对面的性行为,这种行为一度被认为是人类独有的。女性总是很感兴趣,尤其是在她们的私处相互摩擦时(“生殖器-生殖器”或“GG”摩擦)。根据德瓦尔的说法,男性喜欢“阴茎击剑”,当他们从树枝上垂下来并摩擦他们的生殖器时。阴囊摩擦也很受欢迎。性行为通常发生在用餐之前,这与人类的约会仪式相反。

与争夺统治等级以确保地位并通过攻击获得性的好斗的雄性黑猩猩不同,倭黑猩猩显然已经发现了这种行为的乐趣,而且对男女都有乐趣。他们使用性“来解决冲突,表达爱意或兴奋,并减轻压力。研究人员告诉我,倭黑猩猩一生都保持着嬉戏,对其他个体表现出高度的情感敏感性,而且没有证据表明它们之间存在致命的攻击性”。倭黑猩猩以其折衷的形式享受性爱,只是为了好玩。在它们之中,女性统治。

那么,倭黑猩猩是如何隔离一组导致平静、以XX为中心、热爱性的社会的基因变体的?是因为与黑猩猩和我们相比,倭黑猩猩没有远离它们潮湿的森林,在某些条件下,当男性对女性更友善时,保留了进化的一瞬间吗?而且,一些将倭黑猩猩与黑猩猩分开的基因变体是否可以解释人类在主流之外的性偏好,例如杰里·桑达斯基

我迫不及待地想找出答案,研究人员也是如此。“将遗传特征与这些特征联系起来将非常有趣。我们研究提供的序列是提供做出这些联系所需数据的第一步,”他们说。

3. 倒带生命的进化带。成为人类是在我们从其他物种分化出来,失去一些特征,获得另一些特征的过程中,经历了数百万年的基因变化而达到顶峰。鉴于即使是最简单的基因组的信息含量,它可能以近乎无限的方式发生。

古生物学家和科学作家斯蒂芬·杰伊·古尔德将这种可能发生的事情的想法称为“倒带生命之带”(磁带是一种记录声音的设备)。我也在2001年6月在《科学家》杂志上写了他的讣告

古尔德博士在1991年成就学院中总结了我们进化史的奇迹,比任何人都好,而倭黑猩猩基因组的测序又把它带回给了我。

“我们想知道我们为什么在这里。在很大程度上,我们在这里是一个大规模的意外。进化有着奇怪的偶然路径,我们永远不会以同样的方式运行两次。如果你能回到5亿年前,再次运行生命之带,你不会得到人类,而且你可能不会得到任何有意识的东西。”

图片:马克斯·普朗克进化人类学研究所

Ricki Lewis received her PhD in genetics from Indiana University. Her ninth book, The Forever Fix: Gene Therapy and the Boy Who Saved It, narrative nonfiction, was just published by St. Martin's Press. Most of her other books are college life science textbooks, including "Human Genetics: Concepts and Applications," (10th edition, 2012) from McGraw-Hill Higher Education. Routledge Press published "Human Genetics: The Basics" in 2010. Ricki has published thousands of magazine articles, from Discover to Playgirl, but mostly in The Scientist. She is a genetic counselor at CareNet Medical Group in Schenectady, NY and teaches "Genethics" online for the Alden March Bioethics Institute of Albany Medical College. Ricki is a hospice volunteer and a frequent public speaker (Macmillan Speaker's Bureau). Ricki's blog Genetic Linkage is at www.rickilewis.com and she tweets at @rickilewis.

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