一項新研究表明，曾經被認為是“垃圾”的遺傳物質實際上可能是導致簡單無脊椎動物進化為擁有脊椎的更復雜生物的原因。
基因組中被稱為微RNA的微小片段長期以來被認為是基因組的廢棄物，因為它們是從所謂的“垃圾DNA”中轉錄而來的。“垃圾DNA”是指基因組中不攜帶負責各種細胞功能蛋白質資訊的片段。然而，自1993年以來，越來越多的證據表明微RNA絕非基因碎片。恰恰相反，科學家們表示，它實際上在開啟或關閉蛋白質編碼基因以及調節這些基因產生的蛋白質數量方面發揮著至關重要的作用。
現在，來自新罕布什爾州漢諾威的達特茅斯學院和英國布里斯托爾大學的研究人員在美國《國家科學院院刊》上報告說，這些微小的遺傳片段可能是導致動物進化出脊椎的原因。他們指出，與海鞘等無脊椎動物相比，在最早的脊椎動物（如七鰓鰻（無頜魚））的基因組中發現了過量的微RNA。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保關於當今世界發現和塑造我們世界的有影響力的故事的未來。
該研究的共同作者、達特茅斯大學生物科學副教授凱文·彼得森說：“脊椎動物的基因組中固定了微RNA，並且很少發生二次丟失，這是一個巨大的增長。”“如果人類擁有在斑馬魚中也能找到的微RNA，我們[通常]會在七鰓鰻中發現它，但在任何無脊椎動物中都找不到它，”這意味著那段遺傳物質是脊椎動物獨有的。
彼得森說，科學家們之前認為，無脊椎動物到脊椎動物的複雜性飛躍是由於基因組複製事件造成的，在這些事件中，大量新的遺傳物質（透過某種未知的機制）被製造出來，這些物質隨機突變，最終進化成新的物種。2005年，一些研究人員認為，當他們將脊椎動物的基因組與海鞘的基因組以及脊椎動物的兩個譜系：硬骨魚（肺魚和大西洋藍槍魚）和鯊魚的基因組進行比較時，他們發現了令人信服的證據，表明發生了兩次所謂的複製事件。
但是人類基因組計劃於2003年完成，打破了他們的理論。原因在於：如果發生了兩次複製事件，科學家們會期望由此產生的脊椎動物擁有四倍於其無脊椎祖先的基因數量。然而，基因組計劃揭示的其他內容之一是，人類擁有20,000到25,000個基因，這還不到果蠅所攜帶基因數量的兩倍。
彼得森說：“考慮到[基因組複製事件產生的]大多數基因都丟失了，我們認為，在思考脊椎動物複雜性的起源時，這可能是一個煙霧彈。”因此，彼得森和他的同事轉而關注微RNA。
該團隊從哺乳動物（如人類和小鼠）開始，透過掃描基因組來追溯時間尋找微RNA——透過其特徵性的髮夾形狀和21至23個核苷酸（結構單元）的長度來識別。研究人員比較了鯊魚、七鰓鰻和海鞘的基因組，發現七鰓鰻中的微RNA比海鞘多得多。（當然，鯊魚比七鰓鰻更復雜，因此也比低等海鞘擁有更多的微RNA。）更有趣的是，從海鞘到七鰓鰻的微RNA擴張早於被認為創造了脊椎動物的基因組複製事件。
該研究的共同作者、布里斯托爾大學地球科學系高階講師菲利普·多諾霍說，科學家們還發現，大多數新的微RNA都集中在負責脊椎動物特有器官（如肝臟、胰腺和大腦）發育的基因周圍。“因此，”他補充說，“脊椎動物的起源和這些基因的起源並非巧合。”
德國萊比錫大學的生物資訊學教授彼得·施塔德勒認為，考慮到微RNA在基因調控方面的已知作用，它們可能導致了無脊椎動物和脊椎動物之間發生的複雜變化，這是合理的。然而，他不確定它們是否單獨起作用。他說：“考慮到七鰓鰻-有頜類[有頜脊椎動物]分裂和兩輪脊椎動物特有的基因組複製的相對時間仍然沒有明確的資訊，我不想僅僅依賴於少量微RNA的基因系統發育。”“隨著越來越多的基因組可用於基礎脊索動物[原始脊椎動物，如海鞘]，詳細闡明基因組複製、蛋白質創新和微RNA清單的重組之間的相互作用將非常有趣。”