研究人員報(bào)告了大約500萬個(gè)標(biāo)本覆蓋約100,000種動(dòng)物的線粒體DNA研究后對進(jìn)化的重要新見解。

從紐約洛克菲勒大學(xué)和瑞士巴塞爾大學(xué)Biozentrum的研究人員那里獲取世界快速發(fā)展的基因數(shù)據(jù)庫中的“大數(shù)據(jù)”洞察并回顧進(jìn)化理論中的大量文獻(xiàn)，今天在該期刊上發(fā)表了幾個(gè)結(jié)論人類進(jìn)化。其中：

在遺傳多樣性方面，地球上76億人類在動(dòng)物王國中并不特別。這個(gè)星球上任何兩個(gè)人之間線粒體序列的微小平均遺傳差異與世界上一對麻雀，鴿子或知更鳥之間的平均遺傳差異大致相同。物種(包括人類)中的典型差異是構(gòu)成DNA序列的“字母”中的0.1%或1 / 1,000。

遺傳變異 - 同一物種的兩個(gè)個(gè)體之間線粒體DNA的平均差異 - 不隨種群大小而增加。然而，由于進(jìn)化是無情的，缺乏遺傳變異提供了對物種出現(xiàn)及其維持的時(shí)間的見解。

大量證據(jù)支持這樣的假設(shè)：大多數(shù)物種，無論是鳥類，飛蛾還是魚類，如現(xiàn)代人類，最近出現(xiàn)并且沒有時(shí)間養(yǎng)成大量的遺傳多樣性。今天人類中0.1%的平均遺傳多樣性對應(yīng)于現(xiàn)代人類在10萬到20萬年前作為一個(gè)獨(dú)特物種的分歧 - 在進(jìn)化方面不是很長。今天地球上90%以上的物種也是如此。

從遺傳角度來看，世界“并不是一個(gè)模糊的地方”。每個(gè)物種都有自己特定的線粒體序列，同一物種的其他成員相同或緊密相似。研究表明，物種是“序列空間中的島嶼”，很少有中間的“墊腳石”在進(jìn)化過程中幸存下來。

來自越來越多的線粒體DNA的第一個(gè)“大數(shù)據(jù)”見解

“DNA條形碼”是一種快速，簡單的技術(shù)，可通過來自生物體特定區(qū)域的短DNA序列可靠地鑒定物種。對于動(dòng)物，優(yōu)選的條形碼區(qū)域位于線粒體 - 細(xì)胞器中，為所有動(dòng)物的生命提供動(dòng)力。

新研究“線粒體為什么要定義物種?”很大程度上依賴于來自超過100,000種動(dòng)物物種的500多萬個(gè)線粒體條形碼的積累，這些物種由過去15年來由全球科學(xué)家在由美國國家生物技術(shù)信息中心維護(hù)的開放式GenBank數(shù)據(jù)庫中組裝。

研究人員對該系列進(jìn)行了新的研究，以檢驗(yàn)動(dòng)物物種中從大黃蜂到鳥類的遺傳差異范圍，并揭示了大多數(shù)動(dòng)物物種中令人驚訝的微小遺傳變異，以及特定物種與其他物種之間非常明顯的遺傳差異。

“如果火星降落在地球上，并會(huì)見了鴿子的羊群和人類的人群中，一個(gè)似乎并不比根據(jù)線粒體DNA的基本措施的其他更加多樣化，”杰西·奧蘇貝爾，人類環(huán)境項(xiàng)目主任說：在洛克菲勒大學(xué)，該研究由瑞士巴塞爾大學(xué)的高級研究助理Mark Stoeckle和研究助理David Thaler領(lǐng)導(dǎo)。

“在人類非常重視個(gè)人和群體差異的時(shí)候，也許我們應(yīng)該花更多的時(shí)間在我們彼此相似的方式以及動(dòng)物王國的其他部分。”

Stoeckle博士說：“文化，生活經(jīng)歷和其他東西可以讓人與眾不同，但在基礎(chǔ)生物學(xué)方面，我們就像鳥類一樣。”

“通過確定動(dòng)物王國物種內(nèi)的遺傳多樣性，最近才有可能通過數(shù)量迅速增加的DNA序列實(shí)現(xiàn)，我們已經(jīng)證明了人類例外論的缺失。”

說。Thaler博士：“我們的方法將來自整個(gè)動(dòng)物界的廣泛但不深入的DNA條形碼與現(xiàn)代人類和其他一些物種的整個(gè)線粒體基因組的更詳細(xì)的序列信息相結(jié)合。我們分析了數(shù)千條DNA條形碼序列現(xiàn)代人類與其他動(dòng)物物種的方式相同。“

“有人可能認(rèn)為，由于人口數(shù)量多，地理分布廣，人類可能比其他動(dòng)物物種帶來更大的遺傳多樣性，”他補(bǔ)充道。“至少對于線粒體DNA，人類在遺傳多樣性方面的表現(xiàn)低至平均水平。”

Thaler博士說：“專家們解釋了活體人類中較低的遺傳變異，這是由于我們最近從一個(gè)小群體擴(kuò)展而來的，其中一個(gè)母親的序列成為所有現(xiàn)代人類線粒體序列的祖先。”

“我們的論文強(qiáng)化了這樣的論點(diǎn)，即現(xiàn)代人類線粒體DNA的低變異也解釋了超過90%的活體動(dòng)物物種中發(fā)現(xiàn)的相似的低變異 - 我們都可能是由類似的過程引起的，而且大多數(shù)動(dòng)物物種都很年輕。”

遺傳變異不隨人口增加而增加

研究結(jié)果代表了在教科書中發(fā)現(xiàn)的預(yù)測，并且基于進(jìn)化的數(shù)學(xué)模型，一個(gè)物種的種群越多，人們期望找到的遺傳變異就越大。

“遺傳多樣性與人口規(guī)模有關(guān)嗎?”斯托克勒博士問道。“答案是否定的。來自世界各地的76億人或5億只麻雀或10萬只鷸的線粒體多樣性大致相同。”

然而，該論文指出，進(jìn)化是無情的，物種總是在變化，因此，給定物種內(nèi)的變異程度提供了很久以前它明顯出現(xiàn)的線索 - 換句話說，物種越老越大其成員之間的平均遺傳變異。

進(jìn)化瓶頸：一個(gè)物種的新的開始

雖然小行星和冰河時(shí)代在進(jìn)化史上發(fā)揮了重要作用，但科學(xué)家們推測，另一個(gè)偉大的驅(qū)動(dòng)因素可能是微生物世界，特別是病毒，它會(huì)定期剔除人口，只留下能夠在致命挑戰(zhàn)中生存的人。

Thaler博士說：“生命是脆弱的，容易受到冰河時(shí)代和其他形式的環(huán)境變化，感染，捕食，來自其他物種和有限資源的競爭以及這些力量之間相互作用的人口減少的影響。”Thaler博士補(bǔ)充說：“許多物種的類似序列變異表明，在相似的時(shí)間尺度上，所有動(dòng)物的生命經(jīng)歷了生長和停滯或接近滅絕的脈沖。”

“學(xué)者們之前曾經(jīng)說過，99%的所有動(dòng)物物種現(xiàn)在已經(jīng)滅絕。我們的工作表明，今天活著的大多數(shù)動(dòng)物都像人類一樣，祖先的后代從小群體中出現(xiàn)，可能在最后一次滅絕事件中幾十萬年。“

'序列空間中的島嶼'

奧蘇貝爾先生說，這項(xiàng)研究的另一個(gè)有趣的見解是，“在遺傳上，世界并不是一個(gè)模糊的地方。很難找到'中間體' - 物種之間的進(jìn)化踩踏石。中間體消失了。”

Thaler博士指出：“達(dá)爾文努力理解缺乏中間體，他的問題仍然富有成效。”

“這項(xiàng)研究是一種新的方式，表明物種是'序列空間中的島嶼'。每個(gè)物種都有自己狹隘，非常具體的共識序列，就像我們的電話系統(tǒng)有簡短，獨(dú)特的數(shù)字代碼來區(qū)分城市和國家。“

Thaler博士補(bǔ)充說：“如果個(gè)體是恒星，那么物種就是星系。它們是空曠序列空間中的緊湊星團(tuán)。”

研究人員表示，對于古代原始人的骨骼或牙齒，如法國南部或西班牙北部的原始人類，科學(xué)家們可能會(huì)進(jìn)一步了解人類物種的進(jìn)化速度。

Stoeckle博士說：“如果在接下來的幾年中體質(zhì)人類學(xué)家和其他人能夠比較過去50萬年來原始人類的線粒體DNA，那將是非常令人興奮的。”