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第25章 生物工程与高新科技(2)

2001年,一个科研小组在非洲乍得挖出了一个号称是迄今为止人类进化谱系中最早的原始人类的化石,它被命名为“萨赫勒人乍得种”(呢称为杜马伊,在当地土话中的意思是“小孩”)。按照上面的结论,这种古人类应该是出现在“分家”之后。可是,研究者通过测试发现,这种人生活在大约700万年前。这说明,“杜马伊”是另外一个新人种,只能算是现代人的近亲,而非人类的直系祖先。

DNA发现2虱子DNA可以解谜

德国科学家马克·斯多克发现,可以对两种虱子的DNA进行比较,从而计算出体虱何时从头虱进化而来——因为DNA的进化速度是有规则的。最后,他跟德国马克斯·普朗克进化考古研究所的同事得出结论:这个虱子进化的分岔点最早发生在114万年前。由于新种类虱子的进化是因为有新宿主的出现,因此可以推断,人类祖先就是在那个时候褪掉了体毛、穿上了衣服以蔽体保暖。

DNA发现3现代人祖先不超过4000人?

在250万年前,一个新的人种“能人”在非洲出现了。能人是首个大脑容量大于黑猩猩的远古人种,而且也是首先学会制造工具的人种。能人的直系后代“直立人”更是迈出了进化史上的关键一步——走出非洲。

虽然在200万~100万年前,直立人就已散布到了欧亚大陆,但是DNA却显示,这个人种后来灭绝了,直立人并不是我们的直系祖先。

智人关于这一段进化历史,旧有观点是:在欧亚大陆上的直立人都发生了基因突变,最后得以进化为现代人的祖先“智人”。可是,科学家对Y染色体的研究却推翻了这个推测。科学家发现,直立人和现代人的Y染色体大大不同,而Y染色体是由父亲直接传给儿子的,因此它可以用作追寻祖先的线索。美国斯坦福大学的分子人类学家彼得·昂德希尔追踪了来自世界2l地的1062名男性身上的160个Y染色体突变,根据分子钟技术,他的结论是,这1000多人最近的共同祖先生活在89万年前的非洲。通过计算他得出结论:当今人类的祖先直到66万年前才离开非洲,这与直立人100万年前就离开非洲的结论有着明显不同。

根据目前人类Y染色体的差异和种类,人口遗传学家推测66万年前离开非洲的男性只有大约2000人。假如同时离开的女性人数与男性相当,那么当今人类的祖先总共不出4000人。

此外,研究人员还发现了3种在语言、文化等高级智能进化方面起到重要作用的染色体。

第一个被称为FOXP2。FOXP2基因遭到损坏会造成罕见的语言疾病。根据科学家的推测,FOXP2最晚可能于5万年前出现。如果这个推论成立的话,那么人类就是在离开非洲后才掌握了语言。

第二个基因被称为“小脑症基因”,它大约出现于37万年前,那个时候的人类学会了使用符号。

第三个基因被称为ASPM,出现于5800年前。这个基因出现之后,智人进一步进化,人类在近东地区建立起了第一批城市。

DNA发现4人类曾是猛兽猎物

通过对DNA的研究,科学家还发现了人类进化的关键基因——HARl。

HAR1存在于许多种动物体内,不仅黑猩猩和人等哺乳动物有,连很多鸟类都有。加利福尼亚大学圣克鲁斯分校的戴维·豪斯勒是HARl的发现者,他介绍说,这部分DNA的118个化学键在3100万~500万年前只有2个发生过改变,可是在从黑猩猩到人类的进化历程中,却有18个化学键发生了变化。这一变化,可能就是南方古猿进化为人类的关键。科学家还发现HAR1在人类大脑体积增长过程中起到了至关重要的作用。

南方古猿此外,美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的神经遗传学家丹尼尔·盖楚温德正在将黑猩猩和人类的大脑皮层基因活动、高级思想活动进行组合研究。盖楚温德发布报告称,人类拥有的“高级”基因可以影响信号从神经元到神经元的传送速度,从而影响大脑处理信息的速度,还可以提高细胞之间的联系,从而提高学习和记忆能力,并且能够促进大脑容量的增加。这类基因的活动形态也是从南方古猿时代开始出现的。

这些结论解释了现今发现的人类最早祖先——南方古猿“露西”的生存状况。“露西”化石在1974年被发现,属于南方古猿阿法种,会爬树也会在草原上直立行走。阿法古猿的女性和男性直立时有3~5英尺(09~15米)高,体重60~100磅(27~45公斤)。他们的牙齿很小,以水果和坚果为食,从不吃肉。美国华盛顿大学的人类学家罗伯特·苏斯曼表示,比起凶恶的远古猛兽,这些阿法古猿更容易成为猛兽的猎物。许多阿法古猿的头盖骨化石上都留有大型猫科动物或者猛禽的爪印。

远古人类是猛兽猛禽的猎物,这也颠覆了人们过去的观念——人类直系祖先在进化过程中拥有较高的打猎能力。科学家还指出,处于猎物地位的人种必须依靠智力和社交能力来生存。苏斯曼认为,被猎食的危险给我们的祖先带来了压力,促使他们合作和群居。

恒河猴揭开人类进化之谜

恒河猴基因测序工作已经完成。《科学》杂志以封面文章形式发表了这项最新成果。领导测序工作的美国Baylor医学院的乔治·韦恩斯托克称,他们成功破译出了猕猴的基因组,这是继人类和黑猩猩之后,科学家破译出的第三种灵长类动物基因组。科学家于2001年成功破译人类基因组,2005年又成功破译出黑猩猩的基因组。

这个名为“猕猴基因组测序和分析联合体”的国际科研小组由来自35个机构的170多名科学家组成,他们在提前发布的论文介绍中说,测序结果表明,猕猴与人类的基因相似度约为93%,而黑猩猩和人类的基因相似度则更高,二者共有的基因达98%。不过,许多人类致病基因发现在猕猴中而不是我们最亲近的动物——黑猩猩上。

恒河猴主要生活在亚洲,是猕猴的一种。它在许多方面与人类十分相似,比如可以在城市生存,能够以花生、冰激凌等多种食物为食,而且喜欢群居生活。但是,与人类相比,恒河猴体形较小,体表多毛,并且容易感染疾病。此次恒河猴的DNA序列的测定,可以帮助科学家理解这些相似性背后的遗传因素以及造成了人类与灵长动物显著不同的根源。

猕猴是一种相对古老的灵长类动物,测序小组说,测序猕猴基因组将提供一个独特视角,帮助人类更好地理解灵长类的进化路径。比如,恒河猴有一组基因与人类相比扩展了很多,这对它们的糖类消化很重要。研究人员推测,这可能是一种遗传适应性,使得它们能够大量以水果为食。此外,分析表明,人类免疫系统的许多基因类型与恒河猴存在差异,这可能与肌体抵御疾病的能力有关。通过研究这些不同,科学家将能够更好地调整猕猴在医学实验中的作用。

猕猴与人类在遗传和生理上有许多相似之处,人工捕获并饲养的猕猴常常被用于药物和医学实验,尤其是在艾滋病和衰老研究中,新破译的基因组数据也将为今后的医学研究提供更多有用信息。

如果说黑猩猩是人类“近亲”的话,猕猴就可以算是人类的“远戚”,它和我们的祖先在大约2500万年前“分道扬镳”。吉布斯说:“因为猕猴比黑猩猩在进化上离我们更远,所以现在三种灵长类基因组相对比,更具研究价值。”

通过进行这样的比较,科学家有望追踪研究影响人类进化的遗传因素。而在未来几年,科学家将完成更多灵长动物基因组测序,包括长臂猿、猩猩、大猩猩和绒猴等。到那时,这种通过比较研究人类进化的方法将会更加强大和有效。

基因改良老鼠具有像人类一样的视力

科学家改良了一些实验老鼠的视觉基因后,它们看到了先前看不见的红色。此发现对了解我们人类祖先的全彩色或三色视觉的进化提供了线索。

“我们正在观看处于与所有灵长类远古祖先发生过的同样进化事件中的这些老鼠。”研究小组成员、约翰斯·霍普金斯大学的杰里米·内森斯说。

包括老鼠在内的大多数动物都是二色视觉。由于它们的眼睛只有两种叫“感光色素”的感光分子,因此它们看世界都是灰色的,很少有其他颜色。4000万年前,灵长类动物出现了基因突变,让我们的早期祖先具备了对红色敏感的第三种感光色素,这大大扩大了他们眼睛的调色能力。

在此研究中,研究人员使用基因改良技术,将一小片段能产生红色感光色素的DNA植入到了老鼠的基因组中。之后,他们测试这些老鼠是否能辨别两种不同的彩色光。研究人员把这些动物放在三色光调合板下,二色板是蓝和绿,第三种颜色是黄色。当老鼠正确识别黄色时,它们能获得一滴豆奶,以资奖励。

研究人员训练老鼠1万次,来学习识别不同颜色的差别。结果表明,它们一旦学会了,正确选择率就达到了80%。而常规老鼠正常选择率只有三分之一,即是三种颜色随机选择的平均概率。

此发现证明哺乳动物大脑具有非凡的适应性,因为老鼠只学习了区分颜色,而它们的大脑并没有进化到“看”颜色。这也表明全彩色视觉赋予我们灵长类祖先最直接的好处。

“目前还不清楚简单增加感光色素能否产生新的视觉尺度,或你是否需要这种增加,还有神经系统中的一些变化会如何。”负责此研究项目的加州大学的杰拉尔德·雅各布说。

一些科学家已经提出,三色视觉的进化让灵长类动物能识别水果是不是熟了,未熟的水果为绿色,成熟的水果为红色和橙色。

人类基因稻米可以商业种植吗

据英国《每日邮报》报道,美国一家公司已经初步获准,将含有人类基因的水稻投入商业种植,为发展中国家治疗儿童腹泻带来希望。

然而,反对者对这种新型转基因食品的安全性提出质疑。

《每日邮报》说,美国农业部已经初步批准,总部位于加利福尼亚州的文特里亚生物科技公司可以在堪萨斯州种植3000多英亩(约1215公顷)的人类基因水稻。而此前,这种水稻只是被限制在小块试验田中种植。

文特里亚生物科技公司将人类基因和植物基因混合,研制出三类含有人类蛋白的水稻,每类可提取一种人类蛋白,包括存在于人类乳汁和唾液中的乳铁传递蛋白和溶菌酶。该公司说,这两种蛋白可用来治疗儿童腹泻。

文特里亚公司打算从商业种植大量收获的水稻中提取人类蛋白,将其加进饮料、甜点和酸奶中。

文特里亚公司说,这种新型转基因水稻对治疗儿童腹泻效果显著,而腹泻及其相关病症是发展中国家儿童死亡的主要原因之一,每年致死数量多达200万人。

一项由文特里亚公司资助的研究显示,秘鲁患有严重腹泻的儿童喝下含有这种人类蛋白的盐水后,痊愈天数能缩短一天半。

公司首席执行官斯科特·迪特尔说,相比较而言,从人类基因水稻中提取人类蛋白的方式成本较低,即便发展中国家也能承受。

对于儿童腹泻问题不普遍的发达国家来说,这种水稻也有广阔“钱”景。迪特尔说,从中提取的蛋白还有助于更快缓解儿童胃部不适,“我们的产品能让孩子好得更快”。

尽管美国农业部已经初步认定,文特里亚公司研发的人类基因水稻“并无实质危险”,但这项商业种植计划还是遭到转基因批评者和消费团体的强烈反对。

转基因食品的安全问题成为人们关注的焦点之一。监督新型转基因食品的英国“基因观察”组织研究人员贝姬·普赖斯说:“(转基因食品)存在巨大健康风险,人们应谨慎考虑这一点。”

来自“大地之友社”的克莱尔·奥克斯博罗也说:“试验室的转基因水稻已经污染了食物链。如果这种(人类基因和植物基因)‘配’出来的作物被端上消费者的餐桌,可能对我们的健康造成灾难性后果。”

起初,文特里亚公司打算在密苏里州南部种植这些人类基因水稻,但当地的稻米大买家、百威啤酒的生产商安海斯·布希公司担心,转基因水稻会污染普通水稻,以至于消费者拒买他们的产品,因而威胁要抵制文特里亚公司的商业种植计划。

“克隆肉”何时上餐桌

继2006年12月份美国食品和药品管理局(FDA)提议,允许克隆动物的肉和奶在市场上销售后,最近一些生物技术公司又提出,以有机方式繁殖的克隆动物应该属于有机生物的范围,以后他们可能会为克隆食品贴上“有机食品”的标签。

多利羊这个本来就引起颇多争议的提议,再一次挑战人们目前对克隆食品接受的心理底线。美国一个消费者组织的法律顾问约瑟夫·曼德森说:“这就好比把一个人造苹果放进苹果派。”而中国克隆专家、中国农业大学教授李宁认为,对克隆食品的不接受只是人们短暂的科学误区。

2007年1月,美国FDA公布的克隆动物制品风险评估报告指出,在所产肉、奶的品质方面,克隆牛、猪、山羊与通过传统方法繁殖的家畜几乎无区别,因而不需再用专门标签加以区分,这无疑是对克隆肉、奶的安全性给予官方认同。

但据美国皮尤调查中心的报告显示,64%的美国人对克隆动物感到不舒服;43%的人相信源自克隆动物的食品是不安全的。一些消费者组织认为,即使允许其登上超市货架,也要贴上“克隆食品”的标签,与传统食品区别销售。以此推断,如果在“克隆食品”前加上“有机”二字,在反对者看来更为可笑。

反对者指出,“有机”的定义已经明确排除了转基因生物。而克隆动物的基因是被人类干扰最多的,它们都是在实验室里培育的。

但培养克隆家畜的科学家和生物技术公司认为这是人们的认识误区。多年来他们一直慎重区分“克隆”和“转基因”这两个概念:“克隆”是复制一个动物的基因,而“转基因”是增加或除去某种基因以改变生物的某种特征。美国FDA基本认同这种区分方法,而且强调对克隆食品的准入条令不适用于转基因食品,转基因食品的销售要经过更为严格的安全检验。

“克隆没有改变什么东西,基因是纯天然的,”李宁告诉《国际先驱导报》,“如果克隆动物是用有机办法培养的,完全可以归入有机食品的行列。”

普遍认为有机生物就是完全按照自然规律生长的生物,但生物技术公司认为,既然美国农业部允许有机奶牛通过体外授精和人工授精这种非自然的方式繁殖,那克隆奶牛为什么不能算有机生物?

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