基因突變，不是完全隨機的？

這與當前教材里的結論，截然相反。

還記得中學生物課本里一眾白眼果蠅、白毛小牛、或者長頸鹿、短頸鹿嗎？

在這些例子中，突變要么由外界人為導致，要么就是完全隨機，只有自然選擇能決定哪些突變會出現(xiàn)在生物體內。

但現(xiàn)在，一篇刊登在Nature上的最新論文，用實驗結果提出了這樣一個顛覆性的觀點：

突變出現(xiàn)的基因組區(qū)域有著明顯的規(guī)律性，并非完全隨機！

比如說，在對生存起決定性作用的必需基因區(qū)域，其突變率就幾乎下降了2/3。

這種近似于生物體為了生存而“主觀控制”基因突變的行為，和上述物競天擇、隨機突變的自然選擇是完全相悖的。

現(xiàn)在，這一研究不僅震動了科研圈，在推特上也引發(fā)了熱烈的討論：

而且這種顛覆性結論，還與用進廢退的拉馬克主義聯(lián)系在一起。

有網(wǎng)友甚至直接發(fā)問：

這是要為拉馬克主義平反了嗎？

從植物擬南芥上找到答案

這篇論文由兩所機構合作完成，分別是美國加州大學戴維斯分校和德國馬普所，都不是泛泛之輩。

為了弄清楚基因突變背后的深層規(guī)律，科學家們花了3年時間，研究了超過100萬個基因突變。

所有突變數(shù)據(jù)，都來自一種叫做擬南芥的植物，被科學家喻為“植物中的果蠅”。

這種植物由于植株小、結果多、生命周期短、基因組簡單、遺傳操作簡便（相比人類高達30億個的堿基對，它只有1.2億個），是進行遺傳學研究的理想材料。

這些植物在實驗室環(huán)境中進行栽培，到了第25代，每個品系已經(jīng)有了40株幼苗。

然后就在這些幼苗生長到2周齡的四葉期時進行取樣，用基因數(shù)據(jù)分析軟件（GATK HaplotypeCaller12）進行基因變異點查找和分析。

令人驚訝的是，在這些突變中，科學家們發(fā)現(xiàn)其模式和預期不太一樣。

具體來說，基因組的一些特定區(qū)域突變率明顯更低：比其他區(qū)域降低了50%以上。

而這些突變率更低的區(qū)域中，科學家們發(fā)現(xiàn)主要是一些關乎細胞生長和基因表達的必須基因（essential genes），它們的突變率下降了2/3。

作者表示，這說明植物為了生存，進化出一種方法來主動保護其最重要的地方免受突變。

這也就意味著，DNA突變，并不隨機。

至于為何各個位置基因突變概率不同，作者并沒有給出根本的原因——

究竟是本身這段DNA不易突變，還是后期DNA修復對這一段特別有效，暫未可知。

但這樣的結果，還是對被奉為圭臬的達爾文進化論，提出了新的挑戰(zhàn)。

此外，科學家還發(fā)現(xiàn)，通過包裹DNA的蛋白質的種類，可以很好地預測哪些基因比其他基因更有可能發(fā)生變異。

這種發(fā)現(xiàn)的影響，也令人振奮。

因為一旦掌握方法，可以用基因突變培育出更好的作物，還可以幫助科學家開發(fā)新的方法，來治療突變引起的癌癥。

質疑：幸存者偏差？

這篇論文的通訊作者為J.Grey Monroe，加州大學戴維斯分校植物科學系助理教授，2019年畢業(yè)于科羅拉多州立大學博士學位。

而他發(fā)布這一研究成果的個人推特下引來了極為廣泛的討論，一個最直接的質疑就是：

你怎么保證這不是一種幸存者偏差？

這是一張解釋幸存者偏差的非常經(jīng)典的“飛機機身彈孔”圖：

從機身上不同位置的彈孔數(shù)判斷，中彈最嚴重的機翅應該被加固，而沒有多少彈孔的機艙則不需要。但事實上，打中機艙飛機會直接墜毀，根本就沒有再回來被統(tǒng)計彈孔數(shù)量的機會。

這條評論背后，質疑的是：

實驗測量的是存活個體，那些嚴重危害生存的突變個體可能根本就沒活下來，所以測得的結果都是非致命突變。

還有，參與基因表達、個體發(fā)展、組織分化的表觀基因組可能會影響實驗結果中的“突變率”。

有不少評論也提出了相似的觀點，認為論文所說的的突變率更低的基因組區(qū)域，或許本來就是保守的，不易變異的區(qū)域。

比如說保守序列（Conserved Sequences）就是一種在進化過程中保留下來的特定序列，不易變異，一般可以上推到物種進化初期。

而由于作者自己提出：我們的發(fā)現(xiàn)似乎與現(xiàn)有的“最早的突變完全隨機”的理論相悖，有人還想到了生物學上那個著名的“用進廢退”理論，問到：

這是要給拉馬克平反？

拉馬克最出名的就是他“用進廢退”的觀點，即生物經(jīng)常使用的器官會逐漸發(fā)達，而不使用的器官會逐漸退化。

換句話說，也就是先選擇，再變異。

對此，通訊作者Grey Monroe在一篇后續(xù)的會議文檔中肯定地回復道：

這并非本篇論文的主題。

他表示，這項研究只是通過實驗證明了在某些情況下，突變是非隨機性的，并且是具有環(huán)境適應性的，這為生命進化的研究提供了新的證據(jù)和思路。

不過Grey Monroe也在最后表示，從歷史上來看，“突變是隨機的”顯然是一個過于簡單的斷言，或者“糟糕的假設”，而他很高興這篇論文引發(fā)了對這一理論的廣泛討論。

論文：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04269-6

參考鏈接：

[1]https://twitter.com/Grey_Monroe[2]https://www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220112121512.htm

本文來自微信公眾號“量子位”（ID:QbitAI），作者：博雯 豐色，36氪經(jīng)授權發(fā)布。

關鍵詞： 進化論 基因突變 論文