根据达尔文的生物进化论,不同的生物都来自同一个祖先,后来不同的生命在不同环境的作用下分化了。地球上的生物通过遗传、变异和自然选择从低级到高级、从简单到复杂、从水生到陆生。
大多数生物学家都认为,地球的生命来源于原始海洋。原始大气在紫外线、大气放电、火山爆发、宇宙射线的作用下,合成氨基酸、核苷酸、核糖、脱氧核糖和嘌呤等有机分子,有机分子也随着雨水冲进了原始海洋,并迅速地下沉到原始海洋的中层。大约在38亿年前,海洋中就开始孕育了生命(原始细胞)。大约经过1亿年的进化,海洋中原始细胞逐渐演变成为原始的单细胞生物:藻类,再见过亿万年后,进化为原始水母、海棉、蛤类、珊瑚等。
;蓝藻显微图片
由于海洋的潮汐作用,使栖息在海洋中的某些生物游离于陆地和海洋之中,在地球的臭氧层形成后,有些生物能够在陆地上生存下来,约在2亿年前,出现了爬行类、两栖类、鸟类,约在300万年前,出现了智慧人类。
在原始海洋中,首先是产生了简单的单细胞生物藻类。古老的蓝藻在地球上出现,大约在距今35~33亿年前。蓝藻的种类约2000种,中国有记录的约900种。藻类生物在海洋中数量特别大,既为其它生物提供食物,又产生氧气和二氧化碳,为陆地生物生存创造了条件。
蓝藻是原核生物,是最简单、最原始的单细胞生物,虽没有细胞核,但细胞中央有呈颗粒状、网状或环状核物质。对蓝藻的基因研究近些年取得了重大进展和突破,但对蓝藻的全基因组的了解还不够。
科学家们综合采用了最新的分离技术以及高分辨质谱分析技术,鉴定了蓝藻超过92%的预测基因编码, 校正了38个预测的基因编码,又发现了118个新基因。其基因编码和现在的植物和动物基因编码相比,可以获得生物进化的依据。
海洋蓝藻
地球上出现陆地生物以后,达尔文提出了"种子跨洋长距离扩散"的假说。生物学家以植物荨麻科为研究对象,发现了陆地植物种子跨洋长距离扩散的机制。荨麻科起源于6900万年前的欧亚大陆,至少经过92次的长距离扩散,才形成了现今的地理分布格局。它们借助于海啸、极端气候以及动物和风媒的传播,成功登陆沿海陆地繁衍,并实现世代交替。研究结果有力地支持达尔文的假说。
近年来,越来越多的植物基因组被破译。目前已经完成全基因组测序的植物超过200种。在亿万年的进化中,植物之所以多姿多彩,一个重要因素就是植物会复制自己基因,实现物种的分化。科学家通过鉴定梨子等141种植物基因组,构建了世界首个植物重复基因数据库,揭示了重复基因进化的普遍规律。在植物漫长的进化过程中,基因串联复制和邻近复制始终保持较高的发生频率,从而增加了变异的频率。变异为植物适应复杂多变的外界环境提供了条件,植物每一次基因复制,都有可能发生变异或进化。
基因示意图
科学家们对"中国春"小麦的21条染色体进行了分离,获得10.7万个基因,绘制出六倍体普通小麦最完整的基因组图谱,发现小麦基因是人类基因组的6倍,是水稻基因组的40倍,由3个不同的基因组绑在一起的,且是几个不同的物种杂交的结果。3个基因组中大概90%多是相似的,仅小部分是不同的。人的基因组大概有50%的是重复序列,而小麦几乎达到90%。这些无用的基因来自于哪里?又为什么变成无用的基因?只有一个答案,在生物进化的过程中,来自于古生物的基因,控制某些性状的基因由于不经常使用或不适应环境被"搁置"或"丢失"。
小麦与基因图片
人类基因是由23对染色体组成,总含有约30亿个DNA碱基对,组成了约2万到2.5万个基因。能够控制蛋白质合成的有效基因,只占基因总长度的1.5%。人体中有相当一部分的基因代码都是无用的,这些无用的基因正在逐渐消失。直到现在依旧有许多无用的基因信息存在于人类身体以内,并且被逐渐淘汰。
基因剪辑意向图
1990年,人类正式启动基因组破译计划。2000年6月26日,人类有史以来的第一个基因组草图已经完成。人类的基因相对于地球上其他生物来说,还是相当的简单。例如水稻的基因有4万5千对左右,小麦有10.7万对基因,老鼠有3万对基因。人类基因如此之少说明了什么,说明了三个问题,人类包括其他生物在进化的过程中,不断地发生基因突变或丢失;生物在进化的过程中,基因越复杂,发生基因突变的次数越多;基因越复杂,生物适应环境的能力越强,因此,人类适应环境的能力远比动物和植物要差。推测,原始海洋中的蓝藻基因应该包含有地球上所有生物的遗传信息。如果不是这样,生命的起源问题就有待于进一步探索。
肯定的是,人类的基因是朝着高智慧生物方向进化的。人类的进化史表明,人类会越来越懒惰,这样,基因丢失的速度会加快,基因可能越来越简单。但这些简单的基因编码,为基因剪辑创造生命或治疗基因疾病提供了条件。
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