DNA測序技術(shù)正在幫助科學(xué)家解開幾個(gè)世紀(jì)以來人們一直在詢問動(dòng)物的問題。通過繪制動(dòng)物基因組圖譜，我們現(xiàn)在可以更好地了解長頸鹿如何獲得巨大的頸部，以及蛇為何如此長。基因組測序使我們能夠比較和對(duì)比不同動(dòng)物的DNA，并以自己獨(dú)特的方式研究它們是如何進(jìn)化的。

但在某些情況下，我們面臨著一個(gè)謎。一些動(dòng)物基因組似乎缺少某些基因，這些基因出現(xiàn)在其他類似物種中，必須存在才能使動(dòng)物保持活力。這些明顯缺失的基因被稱為“黑暗DNA”。它的存在可以改變我們對(duì)進(jìn)化的思考方式。

我和我的同事在對(duì)沙鼠(Psammomys obesus)(一種生活在沙漠中的沙鼠)的基因組進(jìn)行測序時(shí)首次遇到這種現(xiàn)象。特別是我們想要研究與胰島素生成相關(guān)的沙鼠基因，以了解為什么這種動(dòng)物特別容易患2型糖尿病。

但當(dāng)我們尋找一種控制胰島素分泌的稱為Pdx1的基因時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)它缺失了，圍繞它的其他87個(gè)基因也是如此。這些缺失的基因中的一些，包括Pdx1，是必不可少的，沒有它們，動(dòng)物就無法生存。那么他們在哪里?

第一個(gè)線索是，在沙鼠的幾個(gè)身體組織中，我們發(fā)現(xiàn)了來自“缺失”基因的指令所產(chǎn)生的化學(xué)產(chǎn)品。只有當(dāng)基因出現(xiàn)在基因組的某個(gè)地方時(shí)，這才有可能，這表明它們并非真正缺失而只是隱藏。

這些基因的DNA序列非常富含G和C分子，構(gòu)成DNA的四個(gè)“堿基”分子中的兩個(gè)。我們知道富含GC的序列會(huì)導(dǎo)致某些DNA測序技術(shù)出現(xiàn)問題。這使得我們尋找的基因更有可能難以檢測而不是缺失。出于這個(gè)原因，我們稱之為隱性序列“暗DNA”作為參考，以暗物質(zhì)，我們認(rèn)為構(gòu)成了宇宙的25%左右，但我們不能實(shí)際檢測的東西。

通過進(jìn)一步研究沙鼠基因組，我們發(fā)現(xiàn)它的一部分尤其具有比其他嚙齒動(dòng)物基因組中發(fā)現(xiàn)的更多的突變。該突變熱點(diǎn)內(nèi)的所有基因現(xiàn)在都具有非常富含GC的DNA，并且已經(jīng)突變至使用標(biāo)準(zhǔn)方法難以檢測的程度。過度突變通常會(huì)阻止基因工作，但不管怎樣，盡管DNA序列發(fā)生了根本變化，沙鼠的基因仍然能夠完成它們的作用。這對(duì)基因來說是一項(xiàng)非常艱巨的任務(wù)。這就像只使用元音贏得倒計(jì)時(shí)一樣。

以前在鳥類中發(fā)現(xiàn)過這種黑暗的DNA ?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，目前有序的鳥類基因組中有274個(gè)基因“缺失”。這些包括瘦素(一種調(diào)節(jié)能量平衡的激素)的基因，科學(xué)家多年來一直無法找到它。這些基因再次具有非常高的GC含量，并且它們的產(chǎn)物存在于鳥類的身體組織中，即使這些基因似乎在基因組序列中缺失。

在黑暗的DNA上脫落光

大多數(shù)教科書對(duì)進(jìn)化的定義表明它發(fā)生在兩個(gè)階段：突變，然后是自然選擇。DNA突變是一種常見且連續(xù)的過程，完全隨機(jī)發(fā)生。然后自然選擇用于確定突變是否被保留和傳遞，通常取決于它們是否導(dǎo)致更高的繁殖成功。簡而言之，突變會(huì)在生物體的DNA中產(chǎn)生變異，自然選擇決定它是否停留或是否存在，從而偏向于進(jìn)化的方向。

但是基因組中高突變的熱點(diǎn)意味著某些位置的基因比其他位點(diǎn)具有更高的突變機(jī)會(huì)。這意味著這些熱點(diǎn)可能是一種未被充分認(rèn)識(shí)的機(jī)制，也可能偏向于進(jìn)化的方向，這意味著自然選擇可能不是唯一的驅(qū)動(dòng)力。

到目前為止，黑暗的DNA似乎存在于兩種非常多樣和不同類型的動(dòng)物中。但目前尚不清楚它有多普遍。所有動(dòng)物基因組都能包含黑暗的DNA，如果沒有，是什么讓沙鼠和鳥類如此獨(dú)特?要解決的最激動(dòng)人心的難題將是研究黑暗DNA對(duì)動(dòng)物進(jìn)化的影響。

在沙鼠的例子中，突變熱點(diǎn)可能使動(dòng)物適應(yīng)沙漠生命成為可能。但另一方面，突變可能發(fā)生得如此之快，以至于自然選擇不能足夠快地去除DNA中有害的任何物質(zhì)。如果這是真的，這將意味著有害的突變可以防止沙鼠在當(dāng)前的沙漠環(huán)境之外生存。

這種奇怪現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)無疑會(huì)引發(fā)關(guān)于基因組如何進(jìn)化以及現(xiàn)有基因組測序項(xiàng)目可能遺漏的問題。也許我們需要回過頭來仔細(xì)看看。