从“垃圾DNA”中诞生的人类

　　在科幻电影中，人类能通过科学手段或者意外操作进化出超能力，例如隐形、变身、复活等。现实生活中，如果人类也想获得类似的超能力，也许眼光要聚焦到垃圾DNA身上。

　　垃圾DNA从头制造基因

　　生物是如何获得基因的?如果问你这个问题，你应该很快就能回答出来：继承或突变。具体来说，生物的基因大部分是从祖先身上一代代继承而来，在继承也就是基因复制的过程中，可能会出现复制差错，这样原本的基因就会突变成另一个基因，这就是所有基因的来源。不过这一想法可能需要更新了，科学家现在发现，许多对生物至关重要的基因另有来头，它们既不是继承来的老基因，也不是突变成的新基因，而是垃圾DNA从无到有“孕育”出来的。

　　所谓垃圾DNA指的是基因组中不编码蛋白质序列的片段，它们的结构与功能DNA非常相似，同样有标注复制起点的启动子，同样有一些等待被复制的碱基序列，可是科学家就是没发现它们产生什么有功能的蛋白质，因此给它们起名为垃圾DNA。垃圾DNA的数量还不少，在人类的基因组中大约有90%以上的垃圾DNA，这么多的垃圾DNA究竟有什么用呢?随着科技的发展和相关证据的出现，垃圾DNA的一项重要功能浮出了水面：孕育新基因。

垃圾DNA从头制造基因

　　20世纪90年代，科学家在分析酵母基因组的过程中，发现了一个奇怪的现象：三分之一的酵母基因和来自其他生物体的已知基因没有相似性。也就是说，这些酵母基因既不是继承自生物的共同祖先，也不是从共有基因中变异来的，它们的来源是一个谜。2006年，美国加州大学戴维斯分校的进化遗传学家大卫·贝恩发现了类似现象：他比较了标准实验室果蝇和其他果蝇物种的基因序列，不同种果蝇的基因组大部分是相似的，但有几个与睾丸和精囊腺发育相关的基因仅在一两个物种中存在，意味着它们不是已有基因的后代。

　　这些基因从何而来?贝恩猜想，新基因可能是垃圾DNA突变产生的。有几个证据支持他的猜想：从随机的DNA序列中创造基因几乎不可能实现，就像将一盒拼图碎片随意地倒在地上，它们不可能自动拼装完成一样。而垃圾DNA不一样，它具有与功能DNA相似的结构，从中截取一段，就可能制造出可以编码蛋白质的基因。事实上，那些所谓的新基因都十分短小，看上去确实像从一段长基因序列中截取出来的。

　　因为这些所谓的新基因并非来自祖先，贝恩将其称为从头起源基因。

　功能强大的新基因

　　为了区分从头起源基因和来自祖先的基因，研究人员会比较近亲物种的完整基因组，如果某个基因没有出现在近亲中或者在其他物种体内没有相应功能，我们就认为它是从头起源基因。越来越多的实验结果表明，从头起源基因确实存在。

　　德国马普进化生物学研究所的一个研究团队在小鼠体内找到了一个垃圾DNA孕育的新基因——Pldi基因。Pldi基因在小鼠、大鼠和人类体内都有存在，但在后两个物种里，这段DNA保持沉默，也就是说不会被转化为RNA或蛋白质。Pldi基因只在小鼠体内有活性，能够被转录为RNA，并且有着重要的作用：雄性小鼠如果缺失这个基因，它们的精子将会游动得更迟缓，睾丸会更小。研究人员发现，垃圾DNA通过一系列的变异能转化为具有活性的Pldi基因，具体的变异过程能在小鼠体内观察到。

　　在深冬，北大西洋的水温会降到零度以下。天气冷得足以冷冻许多鱼，但这对大西洋鳕鱼基本没什么影响：它们血液和组织中的一种蛋白质能与微小的冰晶结合，阻止冰晶变大，防止将它们完全冻结。大西洋鳕鱼是从哪里获得这种天赋的?这是进化生物学家海勒·巴尔斯路德想要解决的一个难题。她和她在奥斯陆大学的团队搜索了大西洋鳕鱼及其几个近亲的基因组，追踪着抗冻基因的起源。意料之外的是，除了大西洋鳕鱼外，其他鳕鱼身上并没能找到抗冻基因。巴尔斯路德猜测：抗冻基因并不是从祖先身上继承来的，而是环境的变化加速了垃圾DNA孕育新基因的过程，大约1500万年前北半球变冷时，大西洋鳕鱼才进化出了抗冻基因。科学家在许多物种身上都找到了从头起源基因：经过340万年的进化，适应热带气候的粳稻比其他水稻多出了175个基因;酵母中一个决定有性还是无性生殖的基因、果蝇和其他双翅目昆虫中一个关键的飞行基因都是从头起源基因的代表;一项早期研究在灵长类族群中发现了15个新基因……

　推动人类进化的新基因

　　近年来，科学家在人类身上也发现了从头起源基因，这些基因对人类进化有着重要意义。

　　北京大学分子医学研究所的科学家通过比较人类、黑猩猩和恒河猴(与黑猩猩相比，恒河猴与人类亲缘关系更加久远)的基因组，找到了74个从头起源基因。人类和黑猩猩共有29个新基因，这意味着这些基因是在人类和黑猩猩从它们与恒河猴共有的远古祖先中分离出来之后才出现的。大约600万年前人类和黑猩猩彼此分离后，剩下的45个从头起源基因出现了，这些基因是人类独有的。

　　研究发现，其中9个从头起源基因对塑造人类大脑有重要作用。研究人员在培养皿中培养了一批迷你大脑，在对照组中，“脑细胞”的从头起源基因被敲除掉了。结果显示，在新基因存在的情况下，迷你大脑能长得更大。在另一个实验中，新基因被转入到实验小鼠体内，转基因小鼠的大脑发育水平比同伴更高，它们的大脑皮层还出现了与人类大脑类似的褶皱。大脑及其副产物——高智商的出现是人类之所以成为人类的重要标志，从这个意义上说，由垃圾DNA转变而来的从头起源基因功不可没。

　　无独有偶，来自欧洲的一群科学家将新发布的人类基因数据集与四种类人猿的基因进行了比较，发现了155个新基因。而且，有一个与人类心脏组织密切相关的新基因仅在人类和黑猩猩身上被发现，说明这个基因的“年龄”仅仅只有几百万岁。换句话说，某些让人类与众不同的基因出现的时间并不长，人类的进化速度比此前想象的还要快。

　　不过，新基因有好也有坏。在最新发现的155个新基因中，欧洲科学家发现了其中3个会导致人类患上某些特异性疾病;此前的研究中，科学家发现一个从头起源基因在阿尔茨海默病患者的大脑中的表达水平更高;在小鼠实验中，一个人类和黑猩猩独有的从头起源基因能让小鼠的成神经细胞瘤发病率更高。

　　人类的进化离不开从头起源基因的帮助——人类祖先从几百万年前就和现在的灵长类近亲分化了，许多新基因的诞生在漫长的岁月中孕育了智人这种动物——未来，从头起源基因还将不断推动人类进化，至于人类会变得更好还是更坏，现在还说不好。