科学家发现细菌加速物种演变
研究者认为，细菌对物种演变的加速作用可能是导致“寒武纪大爆发”之类情形的原因。
很久，很久，很久以前———35亿年前，第一个单细胞生物出现在地球上。又一个25亿年过去了，多细胞生物慢悠悠地出现。在接下来的10亿年中，植物、哺乳动物、昆虫、鸟类和其他各种物种遍布整个地球，世界“突然”变得丰富多彩。10亿年并不是一个很短的时间概念，可相比之前单细胞生物和多细胞生物的出现时间，却相对快速得多。到底是什么原因加速了物种的演化速度和复杂性？在这个问题上，美国莱斯大学（RiceUniversity）的科学家们知道至少一个答案：细菌。
人与小麦：细菌选择产物
莱斯大学的研究者们在近期的美国《物理评论快报》（PhysicalReviewLetters）上刊文表示，物种进化的速度随着水平基因转移（HGT）而加快，即细菌和病毒等微生物不断在物种间传递有用的DNA，这样，物种就不仅仅只是依赖两性选择或偶然的基因突变等垂直基因转移方式而演化，因而物种可以演变得更快，出现更多的生物形态。
其实，早先在进行多年的基因图项目工程中，科学家已经发现了基因可以通过小小的微生物，在不同的物种间变化。不过，莱斯大学这次的研究中，科学家发现微生物可以使得整条DNA链转移，这不仅加速了进化，而且也使物种具有了抗疾病等新的能力。
莱斯大学教授迈克尔。迪恩（MichaelDeem）介绍，一些动物和植物染色体中的大部分DNA都来自水平基因转移的介入，比如人类、老鼠、小麦和玉米。“我们可以追溯到4亿年前，人类和其他脊椎动物免疫系统通过基因水平转移而产生的发展。”他说，“一旦病毒或细菌发现了一条有用的蛋白质或基因，它就会通过这种方式将其转移到更复杂的物种中去。”迪恩认为，这点是物种突然演变的主要原因。
“物种的染色体变化就好像堆乐高玩具一样”迪恩表示，“一旦你有了足够的乐高积木，你就可以随心所欲地堆出各种有趣的结构。你可能花3亿年时间来制造这些积木，但一旦（部件）造好以后，就可以很快地堆出各种形状来。”“生物显然会储存基因信息，并且有能力吸纳其他物种过来的有用基因信息”迪恩教授总结到。
以细菌为载体，水平转移基因
在莱斯大学这项研究中，很关键的一个概念就是水平基因转移（HorizontalGene Transfer，HGT）。当一个物种演变成另一个物种的时候，HGT就会发生。相对于水平基因转移的，是垂直基因转移的概念，既基因通过亲代传递给子代，但这只局限于亲缘关系。
水平基因转移概念50年前就已经出现。1959年，两位科学家发现在细菌中，确实存在着水平基因转移。但这个想法当时未获科学界认可。
到了90年代，在基因工程生物研究中，科学家发现了大量的抗药性病原菌，也就是说，很多药物特别是抗生素已经无法抑止或杀死原来敏感的病原菌，这点已经不是原来通过垂直基因转移中的基因突变就可以解释的了，而可能和抗药性病菌的水平转移有关。此外，随着基因图工程的深入开展，科学家也发现了不同物种间，甚至亲缘关系很远的生物之间基因组上也存在大量同源基因，逐渐的，水平基因转移慢慢被引入到分子进化和宏观进化领域，成为进化动力学的一个很重要组成部分。
但进化的数学模型上，过去的研究大部分只集中在两块，一个是染色体单核苷的偶然突变，另一个是生育过程中的基因重组现象。而莱斯大学这次的研究则将对象放在了微生物上，测出了细菌等微生物载体能通过选择，将有利基因在物种间水平转移。迈克尔。迪恩表示，他们是第一个解释出多样物种基因交换的进化数学模型的研究小组。
关键在于时间
有些科学家认为，基因虽能在不同物种间游刃有余地转移，但在大型物种比如植物和动物的演变上，并没有如此巨大的作用。瑞典Uppsala大学的教授奥托。伯根（Otto Berg）就不太支持这个新发现，他认为在大型物种上，只有当物种受到外界的生存压力的时候，水平基因转移才会真正起到作用。不过，他还是表示，HGT确实在微小生物的快速演变上起到了作用。“基因重组和HGT过程可以加速演变的说法至少在微生物方面是不用质疑的。”他表示。
伯根说，当细菌遇到抗生素时，可能会死亡，为了生存下去，其对抗生素的抗药性能力可能会在不同物种间转移。这种情况可能在某一物种进入一个新的环境的时候会发生，“当一个物种群遇到了新的环境挑战，或新的生态圈，基因寻找新能力的选择可能就会非常强烈，这时HGT才可能起到重要作用。”伯根表示。
事实上，对于以细菌为载体的水平基因转移已经在进化论上大量证实，目前围绕这点更大的争议还在于水平基因转移到底在什么时候开始起作用。有科学家认为水平基因转移在从单一共同细胞祖先产生现代生物的时候才发生水平基因转移，但也有科学家表示，就是现存的生物也能够轻易进行基因的交换。在转基因时代到来的时候，是否会像10亿年前一样，再次出现水平基因转移的第二次大爆发？或者如迪恩教授所说，当基因具有巨大的主动选择能力，而细菌也乐于作为载体的时候，那发展至今如此复杂“有用”的人脑结构，是否会出现在其他物种上？这还有待科学家的进一步研究。
■新知补丁
水平基因转移
又称侧向基因转移（lateralgenetransfer，LGT），是指在差异生物个体之间，或单个细胞内部细胞器之间所进行的遗传物质的交流。差异生物个体可以是同种但含有不同的遗传信息的生物个体，也可以是远缘的，甚至没有亲缘关系的生物个体。单个细胞内部细胞器主要指的是叶绿体、线粒体及细胞核。水平基因转移是相对于垂直基因转移（亲代传递给子代）而提出的，它打破了亲缘关系的界限，使基因流动的可能变得更为复杂。
1959年，一系列的文章报道了大肠杆菌的高频转导（Hfr）菌株可以将遗传信息传递给特定的鼠伤寒沙门氏菌突变菌株。同年，两位研究者发现病原菌中的抗性质粒，而这一发现直接导致了携带抗性的质粒可以在不同菌种间转移现象的发现，这实际上就宣告了野生型菌株间存在着水平基因转移。
然而，水平基因转移作为一种概念，并不是一开始就伴随着其现象的发现而出现的。直到20世纪90年代，人们才逐步使用水平基因转移的概念来解释所遇到的水平基因转移现象，并形成研究热点。
编译本报记者 金煜
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