陆松林 2025-11-02 19:23:21
每经编辑|陈家强
当地时间2025-11-02,,探花白色
想象一下,我们每一次的呼吸、每一次的心跳,都回荡着祖先的基因低语。而这低语,并(bing)非只属于我们人类。科学的脚步,已经悄然跨越了物种的界限,在DNA的细微之处,发现了令人惊叹的相似性。今天,我们就将踏上一场别开生面的基因探索之(zhi)旅,聚焦人类、猪和犬这三个看似差异巨大(da)的物种,去聆听它们DNA中那些关于遗传、相似与进化的奥秘。
要理解人类、猪和犬之间的基因联系,首先要明白DNA(脱氧核(he)糖核酸)的本质。它就好(hao)比(bi)一本用四种碱基(A、T、C、G)书写的生命蓝图,记录着生物体生长、发育、繁殖和适应环境所需的一切信息(xi)。这本蓝图并非一成不(bu)变,它在漫长的进(jin)化岁月中,通过一代代的复制、突变和(he)重组,谱写了地球生(sheng)命的壮丽史诗。
而我们今天要探究的,正是这史诗中,人类、猪和犬之间,那些共享的篇章。
当我们深入比较人类、猪和(he)犬的基因组(即一个(ge)生物体完整的DNA序列),会发现一个令人着迷的事实:我们共享着相当比(bi)例的基因。例如,据估计,人类(lei)与猪大约有90%的(de)基因是相似的,而人类与犬的基因相似度也高达84%。这个数字可能会让你大吃一惊。毕(bi)竟,从外形到生活习性,人类、猪和犬似乎截然不同。
正是这些相似的基因,构成了我们生命中最核心、最基础的运作机制。
这些相似的基(ji)因,被称为“同源基(ji)因”。它(ta)们通常负(fu)责执行生物体最基本的生命功能,比如细胞的生长和分裂、能量的代谢、DNA的修复、蛋(dan)白质的合成,以及神经系统的发育等等。试想一下,一个细胞如何感知(zhi)外界信号?如何产生能量维持生命(ming)活动?如何准确地复制自己的DNA以传递给下一代?这些关乎生死(si)的精细(xi)过程,都需要一整套精心设计的基因程序来执行。
而令人(ren)惊叹的是,许多执行这些基本程序的基因,在人类、猪和犬身上都找到了它们的“亲戚”,扮演着相(xiang)似甚至相同的功能。
正是通过比较基因组学这一强大的科学工具,我们得以窥(kui)见这些基因的相似性。科学家们将不同(tong)物种的基因组进行比对,识别出那些在序列上高度相似,并且功能上可能一致的基因。通过分析这些同源基因的(de)差异和演变,我们可以追溯它们共同的祖先,并推断出不同物种的进化路径。
例如,一个在人类体内负责胰岛素合成的基因,在猪和犬体内同样存在,并且执行着分泌胰岛素、调节血糖的功能。虽然胰岛素的结构可能存在(zai)微小的差异,但其核心功能却高度保守。这暗示着,我们的共同祖先就(jiu)已经拥有了合成胰岛素的能力,而这一能力,在漫长(zhang)的进化过程中,被(bei)小心翼翼地保留了下来,并传递给了后代,包括人类、猪和犬。
这种基因层面的相似性,是演化一致性的有力证据。它表明,尽管在各自的生存环境中,人类、猪和犬经历了不同的选择压力,演化出了迥异的外形和行为(wei),但在构成(cheng)生命基础的“硬件”上,我们(men)共享着相同(tong)的起源(yuan)。这些同源基因,就像是生命共通的印记,提醒(xing)着我们,在遥远的过去,我们曾经同属于一个大家族。
更进一步,这种对基因相似性的深入了解,也为医学研究带来了(le)无限可能。例如,猪的许多器官在(zai)大小、结构和生理功能上与人(ren)类高度相似,这使得猪成为器官移植研究的重要模型。通(tong)过基因工程技术,科学家们甚至尝试对猪的基因进(jin)行(xing)改造,以减少器官移植过程中人类免疫系统的排斥反应,从而为解决器官短缺问题提供新的途径。
这种“跨物种”的器官“借用”,背(bei)后正(zheng)是基于基因相似性(xing)带来的(de)生理功能上的共鸣。
基因的(de)奥秘远不止(zhi)于此。虽然我们(men)发现了惊人的相似性,但不同之处同样值得深思(si)。正是这些基因的差异,塑造了人类的智慧、猪的强壮以及犬的(de)敏锐。下(xia)一部分,我们将深入探讨这些差异是如何产生的(de),以及它们(men)如何揭示不同物(wu)种独特(te)的进化轨迹。
基因的差异:塑造生命的多彩与进(jin)化的轨迹
在上一部分,我们惊叹于人(ren)类、猪和犬之间DNA的惊人相似(shi)性,窥见了生命共同的起(qi)源。生命的多彩恰恰在于其差异。正是那些(xie)微小的(de)基因变异,如同一位(wei)技艺精湛的雕塑家,在共同的基因蓝图上,雕琢出了各自独特的(de)生命形态。今天(tian),我们将继续我们的基因探索之旅,深入探究(jiu)这些基(ji)因差异是如何(he)塑造人类、猪和犬的(de)独特之处,以及它们如何(he)为我们揭示物种进化的深刻奥秘。
基(ji)因变异是生命演进的根本驱(qu)动力。每一次DNA复制(zhi)过程中,都可能发生微小的错误,产生新的基因变异。这些变异有可能是无害的,有可能是有害(hai)的,也有极少数情(qing)况下,能够带来新的、有利的性状。在漫长的自然选择过程中,那些有利于生物体在(zai)特定环境中生存和繁衍的变异,会逐(zhu)渐积累并传递下去,最终导致物种的分化。
人类、猪和犬在基因上的差异,体现(xian)在从微观的细胞层面到宏观的行为表现的方方面面。
大脑与智(zhi)慧:人类之所以拥有高度发达的认知能力和复杂的语言系统,很大程度上归功(gong)于我们独特的基因。例如,与神经发育、突触形成和大脑连接相(xiang)关的基因(yin),在人类身上发生了显著的演变。尤其是一些与“人类独有”的基因,如FOXP2基因,其在(zai)人类中的特有突变,被认为是(shi)支持语言能(neng)力发展的关键。
相比之下,猪和犬虽然也有复杂的神经系统,但其大脑的结构和功能,以及在认知和行为上(shang)的表(biao)现,与人类存(cun)在显著差异。生理特征的(de)适应:基因的差(cha)异也决(jue)定了不同物种在生理上的适应性。例如,犬科动物的嗅觉系统异常灵敏,这与其嗅觉受体基因的高度多样化有关,能够识别和区分更广泛范围的气味分子。
而猪的消化系统和新陈代谢,也与它们的生活习性相适应,例如它们强大的消化能力能够处理多种食(shi)物。人类在体温调节、运动能力等方面也演化出了独特的基因基础。表观遗传学的微妙影响(xiang):除了DNA序列本身的(de)改变,表观遗传学也扮演着重要的角色。这指的是在(zai)不改变DNA序列的前提下,对基因表达进行调控的机制。
环境因素、生活方式等都可能影响基因的表(biao)观遗传标记,从而影响基因的表达,进而影响生物体的(de)性状。这种微妙的调控,为物种的适应性演化(hua)提供了更多可能性。
通过对人类、猪(zhu)和犬基因组的深入分(fen)析,科学家们可以构建出它们之间更精确的进化关系(xi)图谱,即“家族谱系”。根据目前的(de)遗传学证据,哺乳动物在约1亿年前就已经分化。人类和(he)灵长类动物属于“灵长总目”,而猪属于“偶蹄目”,犬则属于“食(shi)肉(rou)目(mu)”。这三者都属于哺乳纲,但各自的进化路径已经分道扬镳了很长时间。
这种(zhong)进化关系可以用“分叉”来比喻:我们的共同祖先,就像一个巨大的树干,随着时间的推移,这根树干不断分叉。一条分(fen)叉最终演变成了人类和我们的近亲;另一条分叉则发展成了猪的祖先;还有一条分叉则演化(hua)出了犬的祖先。虽然分叉的时间和距离不同,但它们都源自同一个“生命之源(yuan)”。
对人类、猪和犬基(ji)因组的比(bi)较研究,不仅有助于我们理解物种进化的奥秘,更在医学领域有着(zhe)巨大的应用价值。
疾(ji)病模型:由于基因和生理上的相似性,猪和犬常被用作研究人类疾病的模型。例如(ru),研究心血管疾(ji)病,可以(yi)在(zai)猪(zhu)身上模拟心脏手术或(huo)血管(guan)问题;研究神经退行性疾病,可以观察犬的认知衰退过程。通过观察(cha)这(zhe)些动物模型对(dui)疾(ji)病的反应,科学家们可以更好地理解疾病的发病机制,并测试新的治疗方法。
药物研发:比较(jiao)基因组学有助于识别在不同物种中保守的关(guan)键基因,这些基因可能与药物的疗效或副作用有关。通过研究不同物种对同一种药物的反应差异,可以(yi)帮助科学家更精确地设计药物,提高药物的有效性和安全性。基因治疗的探索:随着基因编辑技术的不断发展,对基因相似性的深入理(li)解,也为基因治疗(liao)的研究提(ti)供了理论基(ji)础。
如果某个基因缺陷导致了人类疾病(bing),而我们在猪或犬身上找到了功能相似的基因,那么就有可(ke)能借鉴它们在基因功能上的“经验”,来开发更(geng)有效的基因治疗策略(lve)。
人类、猪和(he)犬之间的基因联(lian)系,就像一(yi)场跨越物种的“对话(hua)”。我们通过DNA这个共同的语(yu)言,既传递着生命的本源,又在差异中展现(xian)着进化的奇迹。这场基因的探索之旅(lv),不仅拓展了我们(men)对生命科学的认知边界,也为(wei)人类的健康和福祉带(dai)来了无限的希望。
当我们凝视自己的DNA,不妨也想想那些与我们共享基因的生灵。它们的存在,是生命演进的奇妙(miao)证明,也是我们理解自身、探索未知世界的重要参照。未来的基因研究,必(bi)将继续在这条跨越物种的道路上,揭示更多令人惊叹的奥秘,为我们描绘出生命更加宏伟(wei)壮丽的画卷。
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图片来源:每经记者 陈磊
摄
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封面图片来源:图片来源:每经记者 名称 摄
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