从大脑的发育程度和智力上看,人类是目前地球上最高级的物种。虽然从生命角度看,人类和其他动物一样同属于哺乳类动物,可人类的行为受思维支配,做事思路清晰,有是非善恶美丑的辨别能力,而动物自身的行为更多是受本能支配,是无意识的、盲目的。所以大哲学家黑格尔才说:人与动物的最大区别是意识,动物对世界只存在感知,不存在意识;而人是创造物,除了会制造和使用工具,还发展出各种思想观念,有感情,会语言交流。
在地球上,我们自认为人类是唯一有智慧的生物,是不是意味着人类基因组的信息,是所有生命体当中最大的?有些人尝试着从基因角度寻找人类高于其他动物的证据,结果并非如此。
人类基因组包含约30亿个碱基对,这些数据在电脑上存储大约需要3GB的空间。容量不算大。如果想更深入地了解人类基因组,我们至少需要100GB的数据量来进行测量。
测量过程中,为了把所有染色体、所有的基因都测得很完整,需要测很多遍。据统计,需要经过30次以上的测序,覆盖率才能达到90%。
几十年前,人类的基因测序技术尚未达到这一水平。因而人们片面地得出这么一个结论:似乎物种越高级、越复杂,基因的数量也就相应地更多。按照这个规则,酵母、线虫的基因数量肯定要比苍蝇、蝙蝠少,而人类应该是最复杂的。直到1971年,C.A.托马斯(C.A. Thomas)提出了C值悖论。
C值悖论指出,生物的基因组大小与其生物学复杂性并不是正相关的。
在整个哺乳纲的物种中,基因组的大小都非常相仿,这包括猴子、猪,也包括老鼠,它们的基因与人类有着很高的相似度。
在药物实验室,很多人会用小白鼠做实验,一大原因就是老鼠和人类的基因相似度达到80%~90%。不过,虽然两者有如此相似的共享基因,但表现在外的物理外观或生理特性却是天差地别,这就证明了即使是部分基因的差异也能对形态产生巨大的影响。这也是哺乳动物基因组的大小和组成确实差异不大,但外在形态却千差万别的原因所在。
已知的哺乳动物最小基因组发生在蝙蝠身上。大部分哺乳动物的基因组大小为3GB左右,能飞行的鸟类基因组大小为1GB左右,而蝙蝠的基因组平均大小约为2GB,介于能飞行的鸟类的1GB和大部分哺乳动物的3GB之间。一般认为因其会飞行,代谢高,所以需要更为“经济”,也就是偏小一点的基因组。提起蝙蝠,可不简单。诸多威胁人类健康的疾病均与蝙蝠有关,比如狂犬病、埃博拉、SARS、MERS以及新冠病毒。蝙蝠可以同时携带多种病毒,但是这些致命病毒却对它不能构成生命威胁。这使得科学家一直都对其“百毒不侵”的奥秘充满着好奇。当然,今天仍有不少科学家投身于蝙蝠基因组的研究,期待着能从它们身上破解出更多关于病毒的秘密。
而已知的基因组最小的是鸭圆环病毒(Duck circovirus,简写为DuCV),其特点是单股环型DNA结构,且二十面体对称。鸭圆环病毒非常小,整个基因组也就1900bp左右,相当于电脑里的1.9个KB。顾名思义,鸭圆环病毒病的得名源自鸭子,它虽然不能给鸭子带来致命危机,但可以导致鸭子发育不良,一旦在鸭群传染,便很难控制,并且没有有效的治疗药物。
实际上,基因数量级越小的物种,我们越是不能忽视。在检测过程中,所处环境中的物质很容易混入其中,导致检测数据失真。同时,它可能还会引起很大的麻烦。以埃博拉病毒为例,它仅有18959个碱基,却以高达90%的病死率和易传染的特性成为“人类杀手”。
话说在2020年11月25日,加拿大萨斯喀彻温大学作物发展中心柯蒂斯·J.波兹尼亚克(Curtis J. Pozniak)研究组联合来自加拿大、瑞士、德国、日本等多个国家研究团队的95位科学家在《自然》(
Nature
)杂志上发表了研究论文
。该论文全面揭晓了小麦的基因组构成。研究者先是选取了16个具有代表性的小麦品种,分别做了全基因组测序。数据出来后,他们将小麦基因组、人类基因组、水稻基因组三者进行比较,结果,小麦的基因组以16G,即160亿个碱基对的绝对优势胜出,它是水稻基因组的35倍左右,比人类基因组多了将近5倍。小麦是人类种植最多的主粮,也是人类最古老的“朋友”。对小麦基因组的测序研究是很有意义的,通过基因调整,可以改善小麦的烘焙品质,提高小麦的抗病性、耐寒和耐旱性,提高小麦在极端环境下的亩产水平,等等。
为什么要讲这些呢?简而言之,我是想说,基因研究不能以大小来论英雄,更不能以基因组的数量级来判断物种的高低。病毒基因组最小,人类又奈其何?