基因的突變和進(jìn)化 論文

1、基因的突變和進(jìn)化 論文基因突變是生物進(jìn)化的源泉基因突變是生物進(jìn)化的源泉現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的基本觀點種群是生物進(jìn)化的基本單位，生物進(jìn)化的實質(zhì)在于種群基因頻率的轉(zhuǎn)變。突變和基因重組、自然選擇及隔離是物種形成過程的三個基本環(huán)節(jié)，通過以上的綜合作用，種群產(chǎn)生分化，最終導(dǎo)致新物種的形成。其中突變和基因重組產(chǎn)生生物進(jìn)化的原始材料，自然選擇使種群的基因頻率發(fā)生定向的轉(zhuǎn)變并打算生物進(jìn)化的方向，隔離是新物種形成的必要條件。為生物進(jìn)化供應(yīng)原材料的是基因突變，基因突變的實質(zhì)是基因在結(jié)構(gòu)上發(fā)生堿基對組成或擺列挨次的轉(zhuǎn)變。在肯定條件下基因從原來的存在形式突然轉(zhuǎn)變成為另一種新的存在形式。DNA變化的結(jié)果有三種狀況：（1）產(chǎn)

2、生的生命特征難以適應(yīng)四周生存環(huán)境，導(dǎo)致死亡；（2）不轉(zhuǎn)變生命或?qū)ι卣饔泻苄〉挠绊?，結(jié)果是產(chǎn)生了基因的多態(tài)性，即單核苷酸多態(tài)性（SNP），如ABO血型，HLA配型，疾病易感性，藥物敏感性等；（3）產(chǎn)生的生命特征比原來優(yōu)越，使生物更能適應(yīng)環(huán)境。實際上，多數(shù)的變化都會導(dǎo)致第1種狀況，成為生物進(jìn)化的成本；而第2種和第3種狀況在“適者生存”這個生物篩選法則下，漸漸表現(xiàn)為進(jìn)化。因此，突變是生物進(jìn)化的源泉。例子一、“基因突變讓人類會說話?！?據(jù)中國日報報道， 20萬年前發(fā)生在一個基因上的兩次關(guān)鍵性變異可能與語言的產(chǎn)生有關(guān)。據(jù)自然雜志報道，這項爭辯是由德國萊比錫馬普人類演化爭辯所的科學(xué)家斯萬特帕博和他的同

3、事共同完成的，它為說明該基因在人類語言力量的進(jìn)展中所扮演的重要角色供應(yīng)了證據(jù)。爭辯結(jié)果表明，變異基因賜予人類祖先更高水平的把握嘴和喉嚨肌肉的力量，從而使他們能夠發(fā)出更豐富、更多變的聲音，為語言的產(chǎn)生打下了良好的基礎(chǔ)。使人腦能接受更簡單信息這個名為FO XP2的基因存在于全部哺乳動物，由于該基因的變異，使得人類能夠區(qū)分于黑猩猩。FO XP2基因關(guān)鍵的片斷上共有715個分子。其中，黑猩猩只有2個分子和人類不一樣。正是這極其微小的差別，才產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。基因把握著蛋白質(zhì)形成的“密碼”，而蛋白質(zhì)是生物體中一切運動的杠桿和傳動裝置。FO XP2基因上的變異明顯轉(zhuǎn)變了相關(guān)蛋白質(zhì)的形態(tài)，因此，某種程度上使

4、得人腦中把握臉部、喉嚨運動的部分能夠接受更為簡單的信息。雖然科學(xué)家迄今還不清楚FO XP2基因到底在人體內(nèi)扮演什么樣的角色，但這一點足以說明它和某些重要的功能有親密聯(lián)系，譬如說，胎兒腦部的發(fā)育。在英國，科學(xué)家觀看了16個人的FO XP2基因狀況。其中，有15人來自同一個大家庭，他們都有不同程度的語言力量缺陷。結(jié)果發(fā)覺，這15人都遺傳了有缺陷的FO XP2基因。這表明，一個正常的FO XP2基因?qū)θ藗兊目谡Z力量至關(guān)重要?；蜃儺惏l(fā)生在20萬年前自然的文章中列舉了一系列的事實，來證明FO XP2基因的變異發(fā)生在人類進(jìn)化史的近期，并快速集中開來。大約經(jīng)過500到1000代人，或者說在1萬到2萬年間，

5、變異的基因完全替代了人類體內(nèi)原始的基因。而德國科學(xué)家指出，這種變異正好發(fā)生在20萬年前解剖學(xué)意義上的現(xiàn)代人消滅的時候，之后，現(xiàn)代人就取代了原始祖先，并排擠掉其他原始的競爭對手，主宰了地球?；虻淖儺愒谧匀唤缰懈裢馄毡?。它主要是由于細(xì)胞的復(fù)制機(jī)制出了問題而引起的。大多數(shù)的變異是有害無益的，但也有意外的狀況。這種“間或的意外”由于它的先進(jìn)性而得以在人類進(jìn)化中快速傳播。FOXP2就是例證之一。二、“性別的起源就是托了基因突變的?！钡厍蛟缙谏际怯稍思?xì)胞構(gòu)成的低等生物，如細(xì)菌、藍(lán)藻等，它們的繁殖只能靠自身的分裂，這時的生物是沒有性別之分的。大約在18億年前，正是由于基因突變，原核細(xì)胞開頭進(jìn)化出了比

6、較簡單的真核細(xì)胞，真核細(xì)胞已經(jīng)具有明顯的細(xì)胞核結(jié)構(gòu)和各種細(xì)胞器，使生物的雌雄分化成為可能。最遲在6億多年前，性別分化就開頭了，中國科學(xué)家在貴州中部發(fā)覺的前寒武紀(jì)(即6億多年前)古植物化石，是全球已知的第一個具有有性生殖方式的生物化石。古生物學(xué)家普遍認(rèn)為，在長達(dá)30多億年的生命進(jìn)化史上，性別起源無疑是一個重大大事，性別之所以在產(chǎn)生后隨著生命的進(jìn)化而不斷進(jìn)展，是由于它給生命世界帶來了巨大利益。有性繁殖需要兩個個體參與，比無性繁殖簡單得多。有性繁殖的消滅，通過產(chǎn)生不同基因的組合，使遺傳變異量大大增加，舉例來說，假如無性繁殖的原核細(xì)胞在遺傳時有10個位點發(fā)生突變，那么它只能消滅10加1共11種變異；而

7、有性繁殖時，假如有10個位點消滅突變，它就會有310種(59049種)變異的可能。如此大量的基因突變，使有性繁殖的生物后代獲得“新型基因”的力量大大加強(qiáng)，其中有些“新型基因”可能會對生物進(jìn)化具有重要作用。有性生殖給生物帶來的其次個重大利益是使生殖與養(yǎng)分的分工化、生物結(jié)構(gòu)的簡單化和生物個體由微觀體積向宏觀體積轉(zhuǎn)變成為可能，生物的呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等各種器官也漸漸發(fā)達(dá)。生命自從有了性別之分，其遺傳變異極大地增加，進(jìn)化的步伐加快，生活變得更簡單、更豐富了。三、基因突變讓鯨魚走向海洋大約5000萬年前，鯨類的祖先用四條腿從陸地走向海洋，為適應(yīng)海洋生存環(huán)境，其后肢不斷退化并幾乎消逝，而前肢卻進(jìn)

8、化成鰭狀肢。鯨類鰭狀肢為何會消滅？是不是基因變異的結(jié)果？據(jù)生物學(xué)家爭辯，絕大多數(shù)動物的身體器官都受一個名為Hox的基因家族把握。而動物的前肢發(fā)育特殊受到Hoxd12和Hoxd13基因的把握。這兩個基因的突變會導(dǎo)致動物前肢的畸形。王等爭辯人員通過對鯨類和其它哺乳動物類群的Hoxd12和Hoxd13基因測序，發(fā)覺了這兩個基因在鯨類鰭狀肢的起源與分化中起到了重要作用。即鯨和現(xiàn)存的河馬、牛、豬等偶蹄目動物具有同一祖先，前肢都有4個獨立的指頭，但是由于這兩個基因的突變，鯨類祖先的前肢多長出了1個指頭，并且指間長出了蹼。在其后鯨類的再次進(jìn)化過程中，部分須鯨的前肢卻又從5指進(jìn)化成4指，恢復(fù)了進(jìn)化前的指頭數(shù)量

9、。爭辯人員還發(fā)覺這兩個Hox基因在鯨類的平均進(jìn)化速率，均顯著高于其它哺乳動物類群，并最終認(rèn)定，Hox基因的適應(yīng)性進(jìn)化時間與鯨類鰭狀肢的宏觀進(jìn)化時代完全相符，是自然選擇的結(jié)果，而非偶然形成的。四、基因突變使蝙蝠會飛行。科學(xué)家們介紹稱，現(xiàn)代蝙蝠的祖先是在距今大約5000萬年前把握飛行技能的，并且這一學(xué)習(xí)過程并不太長。新科學(xué)雜志解釋說，由于這一基因變化發(fā)生的格外快速，以至于在蝙蝠的各個進(jìn)化階段未能留下多少化石標(biāo)本。 美國科羅拉多高校的卡倫希爾斯表示，由于基因的變化，蝙蝠的祖先們長出了適用于長時間飛行的兩翼。為了弄清楚為什么這種會飛行的哺乳動物會長出如此長的爪子，卡倫希爾斯還特地爭辯了它們在胚胎發(fā)育階

10、段的發(fā)育過程，并將其與老鼠的胚胎發(fā)育進(jìn)行了比較。 卡倫希爾斯發(fā)覺，無論是嚙齒類動物，還是蝙蝠，它們的前爪都由胚胎中的軟骨細(xì)胞發(fā)育而來-這些細(xì)胞均在所謂的生長區(qū)中最終轉(zhuǎn)變?yōu)楣羌?xì)胞。但蝙蝠的生長區(qū)要大得多-這主要是受到了BMP2基因的影響(該基因中攜帶了大量有關(guān)骨骼生長的信息)。 希爾斯發(fā)覺，BMP2基因在蝙蝠骨骼的發(fā)育過程中活動格外活躍，而在處于同一階段的老鼠胚胎中，其功能卻已完全弱化。接下來的試驗也證明，BMP2基因的確在蝙蝠前爪的形成過程中發(fā)揮著打算性的作用：假如將這種基因加入到胚胎期老鼠的細(xì)胞中，那么它們同樣也會發(fā)育出與蝙蝠一樣的瘦長前爪。 希爾斯認(rèn)為，由于BMP2基因的活性增加才導(dǎo)致了蝙

11、蝠的突然消滅。同時，可能也正是由于該基因的突然變化造成蝙蝠的進(jìn)化過程格外短暫，以至于人們很難找到其生活在5000萬年前的原始祖先的化石。五、基因突變促蝙蝠回聲定位力量進(jìn)化與多樣化。為了查找獵物及躲避障礙物，不同種類的蝙蝠都會發(fā)出高頻尖叫聲，無一例外，它們都攜帶有一種高度變異的FOXP2基因。這種基因在蝙蝠體內(nèi)的遺傳變化促進(jìn)了其在功能上的進(jìn)化。 對13只蝙蝠（它們分屬6類蝙蝠）所攜帶的FOXP2基因進(jìn)行了測序，同時在其他23種哺乳動物及2種鳥類和1種爬行動物體內(nèi)查找這種基因。結(jié)果發(fā)覺，蝙蝠FOXP2基因序列所產(chǎn)生的突變是其他動物的2倍。某些蝙蝠具有與導(dǎo)致人類語言障礙的變異類似的遺傳突變。這些發(fā)覺

12、表明，F(xiàn)OXP2基因在蝙蝠的回聲定位力量進(jìn)化與多樣化過程中扮演了一個至關(guān)重要的角色。六、廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的基因突變育種。 廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的基因突變育種，使得植物有基因發(fā)生突變，從而產(chǎn)生大量新性狀，雖然其中大部分為有害性狀，但是也存在有利的性狀，人們通過篩選和培育，使得農(nóng)作物的某些性狀得以改良，比如培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病毒、抗蟲、抗寒、抗旱、抗?jié)?、抗鹽堿、抗除草劑等的作物新品種都是通過基因突變等途徑實現(xiàn)的。這樣使得農(nóng)作物能夠有新的進(jìn)展和轉(zhuǎn)變，朝著利于人類的方向進(jìn)展，在肯定程度上得到了進(jìn)化。只有通過基因突變才能產(chǎn)生原來從未消滅過的新性狀，其中有有利的性狀使得農(nóng)作物能夠得以改良進(jìn)展進(jìn)化。因此說基因突變是

13、生物進(jìn)化的源泉。七、西紅柿比其祖先大很多源于基因突變。爭辯人員鑒別出了一個遺傳突變，正是這種變異使得西紅柿的體積比它的野生祖先膨脹了1000倍。據(jù)美國科學(xué)雜志在線新聞報道，這一切是由一個較短的DNA序列造成的該序列插入了一個能夠把握西紅柿中隔膜數(shù)量的基因。這種插入戲劇性地增加了隔膜的數(shù)量，加上之前鑒別出的一種能夠促進(jìn)細(xì)胞分裂的基因突變，最終使西紅柿的體積變大。這兩種變化是最近才發(fā)生的，并且由于人們寵愛又大又多汁的西紅柿而保存了下來。八、細(xì)菌、病毒等致病菌的基因突變細(xì)菌、病毒等致病菌有很多都向某方向發(fā)生了突變，這種突變具有不定向性，例如其中某個細(xì)菌發(fā)生了突變，使它產(chǎn)生在青霉素環(huán)境下存活的力量，但是他和其他細(xì)菌一起繁殖，直到人類使用青霉素來殺菌，使用后細(xì)菌幾乎全死了，就剩下有利突變的細(xì)菌，他們開頭在適宜的環(huán)境下瘋狂繁殖，當(dāng)人類在使用青霉素是就不管用了，也就是人們所說的產(chǎn)生了抗藥性