卧底进化

加州大学圣巴巴拉分校的一组研究人员发现，看似相同的胚胎，一开始的指令却惊人地不同。

“我们发现很多秘密的进化发生在早期胚胎中，”分子、细胞和发育生物学教授乔尔·罗斯曼(Joel Rothman)说。

事实上,虽然同一物种的成员在绝大多数的基因是相同的,包括所有的遗传指令用于开发,罗斯曼和他的同事们发现,当胚胎第一次使用的汇编指令的关键部分开始开发同一物种的个体间会出现显著的差异。

这一发现可能有助于阐明两个重要领域:动物是如何快速进化的，以及病人对特定药物的反应为何截然不同。

科学家的研究发表在《生活》杂志上。

Rothman说:“许多使我们与众不同的特征，包括我们的肤色、身高和对疾病的易感性，都是由我们的基因组决定的。”“但由于每个人看起来都很像胚胎，我们在受孕时的基因组装指令被认为几乎是相同的。”

线虫是一种著名的实验动物模型，数十年来一直用于研究动物的发育过程。罗斯曼的团队包括奥克兰大学的研究人员，他们利用一种叫做RNAi的工具，锁定了开启动物肠道发育的基因开关。RNAi是一种关闭单个基因功能的技术。他们所了解到的是，被广泛接受的基因组装指令“标准的一刀切”概念并不适用。

“这种显著的差异在基因组中隐藏得很好，但当其中一个开关被移除时才被发现，”亚米拉·托雷斯·克莱伦(Yamila Torres Cleuren)指出。她曾在奥克兰大学(University of Auckland)工作，现在是卑尔根大学(University of Bergen)的博士后，也是这项研究的主要作者。“我们惊讶地发现，虽然一些物种的成员绝对需要一个关键的开关来开始制造肠道，但其他物种几乎可以处理掉它。”尽管一些动物通常无法长出肠道，但来自同一物种的近亲却让它们长出了肠道。

罗斯曼说:“令人震惊的是，在胚胎形成的最初阶段，如此重要的事件可以在一个物种内以如此不同的方式发生，但却产生了本质上相同的结果。”“在这些发现之前，我们并不知道一个物种的早期胚胎蓝图变化如此之快。”

研究人员说，这一发现相当于发现，制造两款外观和功能相同的iphone手机，一开始的组装指令不同。

虽然人类与秀丽隐杆线虫相差甚远，但一旦胚胎发育的最初阶段开始，随后产生内胚层的基因指令似乎与包括人类在内的所有消化道动物可能使用的指令相似。

考虑到内胚层是胚胎形成的第一层，而且很可能是5亿多年前进化的第一层，这个结果尤其令人震惊。罗思曼说:“这揭示了胚胎发育的‘沙漏’理论第一部分的一个极端版本。在这个理论中，在发育的中间阶段，不同的动物之间有着非常相似的指令，而在这之前和之后又有着非常不同的起点和终点。”

这些发现也揭示了为什么病人对药物治疗的反应如此不同。“我们发现，这些基因差异相对较小的动物对我们用来关闭基因的基因‘药物’的反应大相径庭，”托雷斯·克鲁伦说。

因此，研究人员说，就像两个看起来非常相似的人对药物治疗的反应可能非常不同一样，这些同种的小蠕虫对一种药物的反应也会非常不同，这是它们微妙但至关重要的基因个性的结果。

这种隐藏的基因机制的发现，可能有助于指导在这个精确医学时代，药物是如何开发的。

这一发现也强调了自然变异对进化发生的重要性。“基因变异是进化机器的燃料，”罗斯曼说。“没有它，生活就会陷入死胡同。当进化塑造出被称为胚胎的非凡实体时，我们还没有意识到这种变异的存在。”

UCSB的Chee Kiang Ewe, Kyle C. Chipman, Cricket G. Wood, Melissa R. Alcorn, Thomas L. Turner和Pradeep M. Joshi也进行了这项研究;奥克兰大学的Emily R. Mears, Coco Emma Alma Al-Alami和Russell G. Snell。