查爾斯·達爾文提出，進化是由生物體的逐漸變異驅動的，這些變異在不斷變化的環境中具有生存優勢。但馬里蘭大學的進化生物學家凱倫·卡爾頓表示，科學家們長期以來一直糾結於“進化可能會突然發生，正如斯蒂芬·傑伊·古爾德在[間斷平衡理論]中所描述的那樣”這一難題。問題始終是：這是如何發生的？
髓磷脂的突然出現就是一個典型的例子，髓磷脂是神經纖維上的多層鞘，它改變了神經衝動的傳導方式，並加速了這些衝動的傳輸速度。髓磷脂突然出現在脊椎動物中，脊椎動物是5億年前出現的有脊椎的動物。在脊椎動物出現之前的祖先譜系中沒有發現它的蹤跡。《細胞》雜誌上的一項新研究提供了一個答案來解答這個長期存在的謎題：製造髓磷脂的遺傳指令是由病毒感染偷偷插入到我們脊椎動物祖先的DNA中的。
髓磷脂可以說是動物王國中神經系統發生的最重大的進步。體內長距離資訊傳輸速度的大幅提升在很大程度上是造成脊椎動物認知能力飛躍式發展的原因，更不用說狗、海豚和人類等動物的運動速度和敏捷性了，相比之下，無脊椎動物如蛞蝓、蠕蟲和海星則相形見絀。由於缺乏髓磷脂，無脊椎動物的神經元聚整合分佈在它們控制或提供感覺輸入的身體結構附近的群組（神經節）。例如，在蝦的尾巴的每一條游泳腿旁邊都有神經節，但在脊椎動物中，神經元被集中到一個巨大的中央集合體中，即大腦。數十億神經元集中在一個大腦中，使得認知能力遠遠超過了無脊椎動物。
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奇怪的是，在身體（雪旺氏細胞）中包裹神經纖維的髓磷脂細胞與大腦（少突膠質細胞）中的細胞完全不同。如果髓磷脂在周圍神經系統和中樞神經系統中獨立進化，那麼系統中任何一部分的傳輸延遲都會破壞這種優勢，就像網速慢的網際網路連線會阻礙高速計算機一樣。但髓磷脂在脊椎動物進化過程中，完全成形地同時出現在大腦和身體中。（一個例外是七鰓鰻，最原始的活著的脊椎動物，它沒有髓磷脂。）所有這一切都提出了一個問題：髓磷脂從何而來？
“髓磷脂的進化是一個重要的謎團，並且完全被低估了，”海洋生物實驗室惠特曼研究中心的髓磷脂研究員羅伯特·古爾德說，他沒有參與這項新研究。該研究報告了一種被稱為逆轉錄病毒的物質參與了髓磷脂形成的沉澱。古爾德說，逆轉錄病毒RNA參與髓磷脂形成是一個令人驚訝的發現——這應該對與髓磷脂相關的疾病（如多發性硬化症）產生重要影響。
分子生物學的中心法則認為，資訊從細胞核中的DNA流出，並透過另一種分子——信使RNA——攜帶到細胞核外，即細胞的液體內部，細胞質中。信使RNA攜帶特定蛋白質的遺傳密碼副本，傳遞到細胞質中的特定結構，在那裡合成該蛋白質。病毒無法自行製造蛋白質。相反，它們劫持它們感染的細胞的分子機制，以製造產生新病毒所需的所有病毒蛋白質和酶。
逆轉錄病毒（如HIV病毒）透過逆轉基因讀出序列來進行這種基因劫持。它們將RNA注入它們感染的細胞，RNA充當製造病毒蛋白質的密碼。該RNA被轉化為DNA，並且像軟體程式中的惡意程式碼一樣，被插入到細胞的基因組中。當細胞將該流氓DNA程式碼讀出到RNA中時，它不知不覺地製造了外來的病毒蛋白質。
可怕的感染和癌症是由病毒破壞我們的基因組引起的，但有時病毒感染會帶來意想不到的好處，病毒基因的突變片段會永久固定在生物體的DNA中，並可以世代相傳。這些外來DNA片段通常不再製造病毒蛋白質。儘管如此，它們對哪些基因被讀出以製造蛋白質具有強大的影響，透過與基因旁邊的DNA區域以及細胞核中控制基因是否表達的蛋白質結合。令人驚訝的是，哺乳動物DNA的40%由這些逆轉錄病毒感染的殘餘物組成。
英國惠康基因組園區髓磷脂生物學家羅賓·富蘭克林及其同事在新研究中報告說，他們已經在除七鰓鰻之外的所有脊椎動物中鑑定出一種逆轉錄病毒元件。研究人員將這種數百萬年前插入到脊椎動物共同祖先基因組中的插入物命名為RetroMyelin。他們已經證明，它刺激了中樞和周圍神經系統中對製造髓磷脂至關重要的蛋白質的合成。
當他們在培養的鼠細胞以及斑馬魚幼蟲和蝌蚪中阻斷RetroMyelin時，髓磷脂在很大程度上未能形成。進一步的實驗揭示了阻斷RetroMyelin如何阻礙髓磷脂的產生。髓磷脂中的一種關鍵蛋白質，稱為MBP，對於形成髓磷脂鞘至關重要。髓磷脂的形成發生在稱為少突膠質細胞的細胞的長而觸手狀的延伸包裹神經纖維時。
為了執行這個過程，少突膠質細胞細胞膜內表面上的MBP與少突膠質細胞的細長觸手內膜上的相同型別的分子配對，該觸手包裹著纖維。MBP相互結合，像摺疊的膠帶粘在自身上一樣，將膜的兩個內表面拉合在一起，並將所有的細胞質擠出，形成具有高電阻的緻密鞘。研究人員表明，RetroMyelin與一種稱為SOX10的蛋白質結合，SOX10是一種轉錄因子，可啟用MBP基因的DNA讀取。RetroMyelin刺激SOX10，作為回應，細胞開始產生大量的MBP來製造髓磷脂。
“這是一項非常有趣的研究，它確定了髓磷脂形成的一個重要因素，”德國哥廷根馬克斯·普朗克多學科科學研究所的髓磷脂研究員克勞斯-阿明·納韋說，他沒有參與這項研究。“但嚴格來看，逆轉錄病毒感染是開啟脊椎動物髓磷脂形成的開關這一結論是基於相關性的。”他說，髓磷脂形成是一個非常複雜的過程，必須需要許多不同的蛋白質和基因調控機制。髓磷脂的謎團可能需要進一步的偵查：例如，在脊椎動物的祖先中幾乎沒有MBP的證據。“如果在前脊椎動物中沒有MBP的DNA序列，那麼MBP從何而來？”羅伯特·古爾德思考道。“最終的證明，”納韋說，“是將逆轉錄病毒基因引入七鰓鰻，看看它們是否會形成髓磷脂。”
逆轉錄病毒可以成為進化的強大引擎，而髓磷脂似乎是最引人注目的例子之一。“逆轉錄病毒可能參與其中是有道理的，”卡爾頓說。在逆轉錄病毒被發現一百年後，以及在一位22歲的博物學家開始他的五年環球航行之旅兩個世紀後，分子生物學現在正在解決達爾文在他的劃時代的進化論中努力解決的難題，透過闡明某些特徵如何看似憑空出現。