基因突变揭示人猿分化的时间

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    [生物通讯]一支由医学研究人员和世界知名的人类学家共同组成的国际研究小组发现有一个只存在于我们人类而不存在于我们任何进化的“近亲”－－类人猿－－当中的基因突变发生于2百万多年前，这个时间恰好介于我们人类祖先直立行走之后，而脑容量开始增大之前。

    研究人员利用一种先进的分子生物学技术分析了尼安特人（Neandertals，智人的典型代表）以及其它物种的化石的骨粉，并对人类与类人猿的基因组进行了比较，最后研究人员得出结论，这个突变发生于我们的祖先学会直立行走之后－－即大约6到7百万年前左右，但早于220万年前我们的祖先的脑容量开始变大之前。

    在这篇首先发表在2002年8月21日期美国《国家科学院学报》（Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAs）网络版上，并即将正式发表在2002年9月2日期印刷版的新研究中，来自加州大学圣地亚哥分校的研究人员与一个包括著名人类学家－－肯尼亚的Meave Leakey和印度尼西亚的Etty Indriati以及分子科学家－－德国的Svante Paabo和日本的Naoyuki Takahata －－在内的国际研究小组将二者的研究结果结合起来。

    文章的高级作者、加州大学圣地亚哥分校Glycobiology研究与培训中心的主任、医学、细胞与分子医学教授Ajit Varki博士指出，与电影“侏罗纪公园”中的情节相反，超过10万年的化石中不能提取出完好无损的DNA。由于我们人类这个物种的出现远远早于10万年，因而我们不得不利用另外的办法来预测这个我们在人类中发现的遗传突变发生的时间。

    Varki领导的研究小组进行的研究工作始于几年前。1998年，Varki 和加州大学圣地亚哥分校的Elaine Muchmore博士宣称，他们发现了人类与其亲缘关系最近的“亲戚”－－类人猿之间的第一个主要生化和遗传差异。人类中的这个基因－－一种编码细胞表面叫做（N- glycolylneuramine Acid ，Neu5Gc)的铝硅酸的基因，与正常完好无损的类人猿中的基因相比，发生了突变（被敲除了）。Varki的研究小组继而进行了进一步研究，确定了人类进化史中这个突变发生的时间。

    在这篇发表在PNAs上的文章中，科学家提出了他们估计出的人类与类人猿的分化时期。并描述了他们用来确定这个日期的三种分子生物学技术。

    首先，研究小组从圣地亚哥的美国国家自然历史博物馆获得同时代灵长类动物的骨化石样品，并从有关部门认证的交易商那里买到同时代其它动物的化石样品（如穴居熊、儒艮和猛犸象等），最后他们又通过Paabo的研究小组获得了尼安特人和爪哇猿人化石（东南亚旧石器时代早期的人类化石，是最早发现的直立人化石)。

    研究小组发明了一种从骨和骨化石中提取和识别Neu5Gc以及其它铝硅酸的新方法。早先科学家只能够提取软组织中的铝硅酸。为获得骨和骨化石中的铝硅酸样品，科学家们收集有关骨或化石样品，送至研究与培训中心制成粉末状的骨样品，然后对其进行详细分析以确定这个突变基因的生化特征（Neu5Gc缺失）。

    “由此，我们推测出，50到60万年前与我们拥有共同祖先的尼安特人，与我们很相似。”Varki说。这样说是因为有生化证据表明，尼安特人也携带着这个突变基因，这表明这个突变的发生早于智人即尼安特人存在之时，即现代人与尼安特人未发生分化之时。”

     研究人员利用的第二种方法是被Varki称为“跳跃寄生DNA”的技术，跳跃寄生DNA分散存在于整个人类基因组中，其中的一个拷贝可能就是使人类编码Neu5Gc的基因失活的罪魁祸首。研究人员早先对这些跳跃基因了解甚少，现在它们似乎能够为研究人类进化提供大量线索。Varki 和 Takahata的研究小组利用复杂的数学方法和详细的数据分析预测了这个特殊拷贝的跳跃寄生DNA移动到Neu5Gc处，引起Neu5Gc基因发生突变的大致时间期限：大约在280万年前。

    最后，研究人员利用了当Neu5Gc基因在类人猿中发生突变时，会失去在人类中具有的功能但在类人猿中功能却不会丧失这一事实。研究人员通过一种已被广为接受的测定突变速率的技术计算出的突变时间与应用第二种方法测出的时间基本一致。

    文章的领导作者都是加州大学圣地亚哥分校Glycobiology研究与培训中心的成员。文章的第一作者为Hsun-Hua Chou和Varki。Hsun-Hua Chou是加州大学圣地亚哥分校的一名研究生，刚刚获得她的博士学位。其它作者还包括Toshiyuki Hayakawa博士、Sandra Diaz、Matthias Krings博士、Yoko Satta博士、Naoyuki Takahata博士、Etty Indriati博士、Meave Leakey博士以及Svante Paabo博士。Hayakawa、Satta 与 Takahata都来自日本的高级研究毕业生大学；Indriati来自印度尼西亚爪哇的Gadjah Mada大学；Leakey是素有“人类第一大家庭”之称的著名李基（1903-1972，英国人类学家和考古学家。他对其妻子 玛丽·利基在坦桑尼亚发现的175万年前的东非人头盖骨的叙述和分析影响过进化理论）人类学家家族的成员之一，来自肯尼亚国家博物馆和李基基金会；Paabo 和Krings 则来自德国的Max Planck进化人类学研究院。

    目前，Varki的研究小组正在研究这个基因突变在人类进化的脑容量增大过程中可能扮演的角色，以及近2百万年间人类进化的的其它步骤。

    “当然，我们现在只有一个假说可以验证。人类进化史中脑容量增大的发生是多步骤的，很有可能与许多遗传变异都有关联。”Varki说。

    这项研究由美国公共卫生服务局以及G. Harold和 Leila Y. Mathers 慈善基金会共同资助。

消息来源：加州大学圣地亚哥分校

生物通摘译自BIO.COM