复杂性限制了人脑部基因的进化

　　

生物通报道：12月26日《PLOS Biology》一篇文章报道说：尽管人类大脑容量和复杂性飞速增长，但自数百万年前人类和黑猩猩在进化树上分道扬镳以后，人类脑组织特有的上千种基因的进化速度显著下降。

文章作者说蛋白序列的进化并没能驱动人类大脑的高速发展，大脑中生化网络的高度复杂性和多基因－基因间的相互作用，约束了脑相关基因的改变。

“与早期的一些报道相反，我们发现人脑中表达的基因的进化速度实际上是在下降，”文章作者、芝加哥大学生态和进化生物学家吴仲义（Chung-I Wu）说，“大脑越复杂，脑基因的改变越困难。与各自genomic average（基因组进化平均值，生物通编者译）做比较，人类脑基因的进化速度比黑猩猩的和古猿的脑基因的进化速度要慢。”

人类有一个相对其体积而言容量极大的大脑。尽管人类比黑猩猩的体重平均多20％，但人类脑重却比黑猩猩脑重多250％。如此大规模的形态改变是怎样在一个相对短暂的进化阶段内完成的呢？至尽不得而知。

先前有报道说自然选择过程偏爱人类，就调节大脑发育和功能的基因的进化速度而言，人类的比非人类灵长类的和其它哺乳动物的要快。

测量器官特有的相对进化速度很困难。人类和黑猩猩的基因序列实际上存在许多小差异，为了接近真实进化速度，吴与中国台湾、日本的同事合作，对短尾猴大脑中的几千个基因进行测序，并将测序结果与现有的人类、黑猩猩和小鼠的基因组序列进行比对。

研究人员发现“越高级”的物种，整体进化速度越快。全基因组基因变化的平均值来说，人类的和黑猩猩的比短尾猴的快，而短尾猴的又比小鼠的快。研究人员认为这种趋势与“物种越高级，数量越少”有关。小群落物种能够轻易地跳过自然选择的粗审。

对比这些物种脑基因的进化速度，得到了相反的结论。与各自基因组进化速度平均值相比，人类慢于其它灵长类，而其它灵长类慢于小鼠。“我们可以推测阳性选择对很少有不一致要求的组织特异基因的作用更显著，”吴说，“比如，雄性生殖系统特有基因的进化速度就非常快。”

但值得一提的是大脑特有的基因的进化速度要比在任何组织（包括大脑）中都表达的基因的进化速度要慢。文章作者将这种速度下降归咎于大脑的高度复杂结构。“我们知道蛋白如果有过多相互作用的搭档，进化速度会下降，破坏现有相互作用的突变是不能被容忍的。”

尽管人类和黑猩猩的基因组序列非常相似，先前研究组织（不止大脑）时有报道说基因突变很广泛。其他一些研究发现人类大脑的神经元，基因表达方式很多。“对于大脑单个神经元来说，人类获许比黑猩猩有一个活性更高，甚至更为复杂的转录（方式），”另一位作者说，“我们认为这些大量的复杂的转录（方式）会提高基因－基因间的相互作用，约束编码序列的进化。”

吴认为将来研究脑功能和进化时最好考虑采用系统生物学方法，越高级的器官进化速度越慢，一定另有其意。”（生物通记者 小粥）