倭黑猩猩基因組與生命之帶的倒帶

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當我在《科學家》雜誌工作時,我報道了幾個基因組序列的首次亮相,包括果蠅、大鼠、河豚和鼠疫桿菌等。我的《人類遺傳學》教科書中的一幅插圖類似於《布雷迪一家》的片頭,每一版都有一個由九個新基因組組成的棋盤格,現在有超過1000個可供選擇。就在過去幾周,幾種沙拉食材的基因組也被揭開。

但除了我們自己的基因組之外,最讓我感興趣的基因組序列是倭黑猩猩,又名Pan paniscus的基因組。

倭黑猩猩看起來像一隻更光滑、頭更小、腿更長的黑猩猩(Pan troglodytes)。它在1929年作為頭骨標本在比利時特爾弗倫博物館被發現,而不是在剛果民主共和國剛果河以南的家園被發現,倭黑猩猩曾被認為是侏儒黑猩猩。但隨著人類學家對差異進行編目,這種動物在1954年有了自己的物種名稱。


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倭黑猩猩在最近的小說中扮演了角色。其中包括羅賓·庫克的1998年小說《染色體6》,其中不幸的靈長類動物為富裕的人類提供備用零件;去年夏天電影《猩球崛起》中的配角科巴;以及薩拉·格魯恩的精彩小說《猿屋》

黑猩猩和倭黑猩猩在行為上有明顯的差異,尤其是在性方面。倭黑猩猩權威人士弗蘭斯·德·瓦爾稱它們為“做愛,不作戰”的靈長類動物,在1995年3月的《大眾科學》中稱它們為“對女權主義運動遲來的禮物”。他還寫道,它們是敏感的靈魂。在第二次世界大戰期間,德國動物園裡的倭黑猩猩因害怕炸彈墜落的聲音而死亡;黑猩猩卻毫不在意。倭黑猩猩的女性在它們和平的社會中佔據主導地位,並在它們之間移動,而男性則一生都依附於它們的母親。雄性黑猩猩具有攻擊性,為爭奪統治地位而戰,並形成流浪團伙。

猿類基因組

我們三個——黑猩猩、倭黑猩猩和人類——有著密切的聯絡。我們與其他兩個猿類物種共享98.7%的基因組序列。

德國萊比錫馬克斯·普朗克進化人類學研究所的凱·普呂弗和珍妮特·凱爾索及其同事,包括斯萬特·帕博,對一隻名為烏林迪的雌性倭黑猩猩(來自萊比錫動物園)的基因組進行了測序。基因組中蘊藏著一個相當大的驚喜。

部分測序表明,我們與黑猩猩和倭黑猩猩在大約500萬至700萬年前分道揚鑣;它們在大約200萬年前彼此分離。許多研究人員預計,倭黑猩猩基因組將是黑猩猩基因組的一個子集,在它們分裂後可能只有一些DNA鹼基變化。

但事實並非如此簡單。“我們發現,平均而言,倭黑猩猩和黑猩猩的基因組與人類的距離相等,但對於基因組的特定區域,構成人類基因組總量的3%,這種關係是不平等的:對於基因組的某些區域,人類比黑猩猩更接近倭黑猩猩,而在其他區域,人類更接近黑猩猩,”普呂弗博士和珍妮特·凱爾索在電子郵件中告訴我。黑猩猩和倭黑猩猩可能在分離時保留了不同的基因變體子集,但由於所有變體都來自我們三者的共同祖先,我們確實可以與一個潘共享DNA序列,但不能與另一個潘共享。

地理位置可以解釋黑猩猩、倭黑猩猩和我們人類的奇特進化歷程。許多人類學家認為,剛果河分割了分歧的祖先種群,最終產生了兩個潘物種。

戴夫·馬修斯類比

我很難想象我們如何只與黑猩猩共享一些序列,而只與倭黑猩猩共享另一些序列。然後我想到了更熟悉的領域,基於上週末在我家附近發生的一件事,當時我正在閱讀倭黑猩猩基因組論文。

想象一下,三輛載著孩子的汽車離開紐約州薩拉託加斯普林斯的一場戴夫·馬修斯音樂會。三輛車都沿著高速公路向南開往紐約市。一旦他們到達市區,一輛車就轉向布魯克林(人類)。另外兩輛車進入皇后區,在兩個不同的社群結束了旅程。一輛車停留在原處(倭黑猩猩),比如在森林山,而另一輛車則在其他幾個街區行駛(黑猩猩)。

這三輛車都會在輪胎的凹槽中嵌入高速公路和其他道路上的砂礫和其他雜物,這些是它們去過的地方的標記。但是一旦這三輛車分散開來,一些標記就會發生變化,黑猩猩的變化比倭黑猩猩的變化更大,因為據推測,當它們在皇后區散開時,它們會面臨不同的環境條件。

因此,布魯克林人——人類——可能與皇后區的兩輛車——黑猩猩和倭黑猩猩——或其中一輛車有一些共同的道路殘留物。但98%的道路岩石來自最初的分裂,即戴夫·馬修斯的演出。

三個教訓

倭黑猩猩基因組的測序讓我思考了三件事。

1. 進化是有道理的。一個至高無上的存在創造資訊密集的基因組,引誘我們進行比較並查閱突變率以追蹤物種之間的關係,這種想法似乎工作量太大了。她為什麼要費心呢?

倭黑猩猩論文還提出了一個經常被忽視的觀點,即我們是從一個共同的黑猩猩/倭黑猩猩祖先分化出來的——我們不是從猿類進化而來的,我們就是猿類。2009年的一部Nova電視連續劇《人類的演變》一再犯這個錯誤,甚至在預告片的標題中也犯了這個錯誤:“六百萬年前,是什麼讓我們的祖先走上了從猿到人的道路?” 這促使我的朋友和同事,美國人類遺傳學會教育主任邁克爾·多爾蒂博士在2011年2月的《美國生物學教師》雜誌上撰寫了一篇提醒性的客座社論。

2. 性。 根據德瓦爾的說法,對倭黑猩猩來說,性是“社會關係的一部分”。動物們以各種方式做愛(除了母子配對),而且經常這樣做,儘管速度很快(平均行為13秒)且零星。快樂、勃起且準備就緒的倭黑猩猩進行面對面的性行為,這種行為一度被認為是人類獨有的。女性總是很感興趣,尤其是在她們的私處相互摩擦時(“生殖器-生殖器”或“GG”摩擦)。根據德瓦爾的說法,男性喜歡“陰莖擊劍”,當他們從樹枝上垂下來並摩擦他們的生殖器時。陰囊摩擦也很受歡迎。性行為通常發生在用餐之前,這與人類的約會儀式相反。

與爭奪統治等級以確保地位並透過攻擊獲得性的好鬥的雄性黑猩猩不同,倭黑猩猩顯然已經發現了這種行為的樂趣,而且對男女都有樂趣。他們使用性“來解決衝突,表達愛意或興奮,並減輕壓力。研究人員告訴我,倭黑猩猩一生都保持著嬉戲,對其他個體表現出高度的情感敏感性,而且沒有證據表明它們之間存在致命的攻擊性”。倭黑猩猩以其折衷的形式享受性愛,只是為了好玩。在它們之中,女性統治。

那麼,倭黑猩猩是如何隔離一組導致平靜、以XX為中心、熱愛性的社會的基因變體的?是因為與黑猩猩和我們相比,倭黑猩猩沒有遠離它們潮溼的森林,在某些條件下,當男性對女性更友善時,保留了進化的一瞬間嗎?而且,一些將倭黑猩猩與黑猩猩分開的基因變體是否可以解釋人類在主流之外的性偏好,例如傑裡·桑達斯基

我迫不及待地想找出答案,研究人員也是如此。“將遺傳特徵與這些特徵聯絡起來將非常有趣。我們研究提供的序列是提供做出這些聯絡所需資料的第一步,”他們說。

3. 倒帶生命的進化帶。成為人類是在我們從其他物種分化出來,失去一些特徵,獲得另一些特徵的過程中,經歷了數百萬年的基因變化而達到頂峰。鑑於即使是最簡單的基因組的資訊含量,它可能以近乎無限的方式發生。

古生物學家和科學作家斯蒂芬·傑伊·古爾德將這種可能發生的事情的想法稱為“倒帶生命之帶”(磁帶是一種記錄聲音的裝置)。我也在2001年6月在《科學家》雜誌上寫了他的訃告

古爾德博士在1991年成就學院中總結了我們進化史的奇蹟,比任何人都好,而倭黑猩猩基因組的測序又把它帶回給了我。

“我們想知道我們為什麼在這裡。在很大程度上,我們在這裡是一個大規模的意外。進化有著奇怪的偶然路徑,我們永遠不會以同樣的方式執行兩次。如果你能回到5億年前,再次執行生命之帶,你不會得到人類,而且你可能不會得到任何有意識的東西。”

圖片:馬克斯·普朗克進化人類學研究所

Ricki Lewis received her PhD in genetics from Indiana University. Her ninth book, The Forever Fix: Gene Therapy and the Boy Who Saved It, narrative nonfiction, was just published by St. Martin's Press. Most of her other books are college life science textbooks, including "Human Genetics: Concepts and Applications," (10th edition, 2012) from McGraw-Hill Higher Education. Routledge Press published "Human Genetics: The Basics" in 2010. Ricki has published thousands of magazine articles, from Discover to Playgirl, but mostly in The Scientist. She is a genetic counselor at CareNet Medical Group in Schenectady, NY and teaches "Genethics" online for the Alden March Bioethics Institute of Albany Medical College. Ricki is a hospice volunteer and a frequent public speaker (Macmillan Speaker's Bureau). Ricki's blog Genetic Linkage is at www.rickilewis.com and she tweets at @rickilewis.

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