目睹新基因的诞生

进化论之所以总会有反对者，原因在于这是一个描述过去发生事情的理论，很难被复制。俗话说“眼见为实”，人们对于无法亲眼看到的东西总是不愿去相信，这是人性使然。不过，绝大多数生物学家都是相信的，因为进化论不但可以解释几乎所有的生命现象，而且进化过程中的很多步骤其实都已经在实验室里被成功地模拟出来了。

今年10月19日出版的《科学》（Science）杂志就刊登了一篇文章，来自美国加州大学戴维斯分校（UC Davis）和瑞典乌普萨拉大学（Uppsala University）的科学家联手设计了一个绝妙的实验，亲眼目睹了新基因的诞生。

如今地球上这么多功能各异的基因当初都是怎么被进化出来的？这是进化论需要解决的一个核心问题。过去流行的理论认为，新基因是在某个多余的旧基因基础上进化出来的。简单说，这个理论假设某个细胞在复制的时候发生了一个小错误，多复制了一份基因拷贝，这种现象经常发生，不是什么稀奇的事情。这个拷贝是多余的，平时没事做，因此也就没有所谓的“选择压力”。于是它开始慢慢积累突变，逐渐有了新的功能。如果新功能没啥用处，也许再过若干年它就会被淘汰掉了，但如果新功能有点用处，它就会被保留下来，逐渐演变成一个全新的基因。

打个比方：这就好比一个农民家里有很多儿子，平时帮父亲种地，但有一个儿子身体残疾干不了重活，在家休养的过程中意外地学会了修表。之后遇到天灾，粮食歉收，别的人家都饿死了，而这家人靠着这位残疾儿子的手艺活了下来，最后慢慢变成了一个钟表匠之家。

很多生物学实验都证明这个假说是对的，有不少新基因确实是这么来的，这就是为什么有一种理论认为，生存压力小的时候进化速度反而会更快，否则的话上面例子中那个残疾的儿子早就被饿死了，后面的故事就不会发生了。

但是，这个假说存在一个很大的问题。大自然在绝大多数时候都是很残酷的，生物的生存压力一直非常大，很难想象某个细胞会让一个多余的基因一直存在下去，并慢慢等它发生有益的突变。于是有人提出了一个新理论，认为一个基因先是有了某个新功能，然后再复制出多余的拷贝，最后这些拷贝在自然选择的压力下逐渐演变成了新基因。

再用上面那个家庭做个比喻。在这个家庭中，原先所有的儿子都是健康的，但其中一个儿子业余时间学会了修表，丰年时这个爱好用不上，但如果遇到灾年，这个技能就被发扬光大了。

两个故事的最终结果是一样的，不同的只是过程。日常经验告诉我们，后一种情况也许更加普遍。《科学》杂志刊登的这篇论文就是通过一个巧妙的实验，验证了后一种进化模式不但是可能的，而且速度极快。

研究人员在沙门氏菌中发现了一个基因HisA，其主要功能是负责制造组氨酸。它还有个次要功能，能够帮助沙门氏菌合成色氨酸。这两个氨基酸都是沙门氏菌所必须的，但正常情况下色氨酸是由另一个更加高效的基因负责合成的，HisA只要干好自己的老本行就行了。

实验开始时，研究人员把沙门氏菌中的那个正牌的色氨酸基因去掉，然后把这个细菌放在一个没有色氨酸的环境里培养，此时细菌受到了很大的生存压力，被迫动用HisA来合成色氨酸。因为这属于HisA的副业，所以合成的速度不够快，HisA的需求量很大，拥有更多HisA的细菌便活得更好些，用生物学术语来说，这就叫适者生存。一个细菌有很多种办法获得更多的HisA，其中最有效的方法就是多复制几个HisA基因的拷贝，而这正是研究人员首先观察到的情形。

换句话说，是先有了新功能，再有了多余的基因拷贝。

之后研究人员继续在无色氨酸的培养液中培养沙门氏菌，这些多余的HisA基因拷贝在持续不断的选择压力下继续分化，逐渐进化出了一个全新的基因，专门负责合成色氨酸。

这个实验中的每一步都是可以留下样本的，通过分析这些样本，研究人员描绘出了这个新基因诞生的全过程，亲眼目睹了一个奇迹的发生。

令人惊讶的是，这一过程只用了大约3000代就完成了，这说明在选择压力很大的环境下，新基因完全可以通过后一种模式被进化出来，而且进化的速度相当快。（文 / 袁越） 诞生科普基因合成目睹拷贝基因