唧唧堂名校科研介绍2014-08-08 3:17 PM

人类进化也难逃“造物弄人”? 

偶然事件可能会极大地塑造历史。我们可以揣测其他可能性,但一个研究古代蛋白的进化生物学家团队则已将这种猜测变为实验。他们复活了一种重要人类蛋白质存活在数亿年前的古老祖先,然后使用生化方法来产生和塑造由该远古起始点演绎而成的多种多样的其他历史。通过追踪这些其他进化路径,研究人员发现该蛋白—即应激激素皮质醇细胞受体—无法进化成现代具有的功能,除非有两种几乎不可能的突变首先发生。这些“获批”的突变不会对蛋白质功能产生任何影响,但没有他们的存在蛋白质就无法允许后续发生的促使它皮质醇灵敏度进化的突变。通过筛查成千上万的其他历史可能,研究人员没有发现其他“获批”的能使蛋白质进化为现今形态的变异。研究人员在《Nature》杂志上对该发现进行了详述。 

“不可能事件”

芝加哥大学生态进化和人类遗传学教授兼研究资深作者Joe Thornton表示,这种重要蛋白质的诞生多亏命运的垂青。如同我们所认为的一样,如果研究结果具有普遍性,那么现今许多人体系统的例常工作都幸运的来自于人类远古进化里程中发生的那些不可能事件。Thornton专精于原始蛋白的重建,这是一种使用基因测序和计算方法通过进化树进行逆推和推断远古蛋白质可能序列的技术。通过生物化学方法,这些古老蛋白质可被合成并引入生物活体中从而来研究其功能。 

Thornton等人曾在先前展示了现代蛋白质的进化必需过去“获批”变异。但从来没有人探索过是否或多或少有其他可能的“获批”变异发生,所以我们对进化发现能达到现今功能的“获批”路径这一几乎不可能性的程度仍所知甚少。

回溯4.5亿年 

为了解答这一难题,Thornton和美国俄勒冈大学的合着者Michael Harms主要关注于糖皮质激素受体(GR),即内分泌系统中能调节发育和应激反应以响应激素皮质醇的关键蛋白质。他们复活了存活于450万年前的还未进化出能特定识别皮质醇的功能的原始糖皮质激素受体(GR)的基因。在实验中他们容许随后发生能促使蛋白质进化出皮质醇识别的少许轻微变异,但剔除了“获批”变异,这使得蛋白质无功能性。

Thornton和Harms随后创造了成百上千的该遗传模板副本,使用在每一新副本引入随机突变的方法,从而模仿在其他情景下蛋白质进化可能产生的变异。为了确认在这些“本可能发生”路径中的“获批”变异,他们改造了酵母细胞使之只有含有功能性糖皮质激素受体(GR)才能生长,然后在酵母细胞中引入了原始糖皮质激素受体(GR)的变异版本库。如果有任何突变“获批”,他们就能重获糖皮质激素受体(GR)的功能并促使酵母在接触皮质醇时就能成功生长。

Thornton和Harms检测了成千上万的变种,但仍无法找到任何能重获糖皮质激素受体(GR)功能而非实际发生历史变异的变种。Thornton表示,在各种各样的其他历史可能中,不存在其他能够开辟促成现今糖皮质激素受体(GR)的进化之路的“获批”变异。 

“获批”突变之罕见
 
通过研究远古蛋白质物理结构突变的影响,Harms和Thornton也揭示了基因突变罕见的缘由。为了达到“获批”效果,突变必须在保持其他区域不稳固的同时稳固蛋白质的特定区域,即因功能转换变异而不稳固的相同部分,不然会破坏其结构。研究表明极少有突变能满足所有这些苛刻的限制。 

国家卫生研究所的基本医疗科学国家研究所的Irene Eckstrand表示,这些结果表明偶发事件,即随机事件在进化之路上逐渐显露的影响,被写入了分子的原子结构之中。如果该结果仍然适用于其他系统,则这将极大帮助我们准确理解蛋白质如何进化新功能,即导致生活多样性和基因变异起源的过程。

“截然不同的生物学”

虽然大多数有关进化历史偶然性的先前讨论都关注于外部事件,如小行星撞击,物种灭绝和气候变化等,Thornton和Harms的研究表明作为物理对象的蛋白质的内在复杂性也使得进化极大依赖于低概率随机事件。 

Thornton表示,能够直接研究其他古代历史令人十分激动。如果进化史可以从原始起始点重启,几乎可以肯定人类面临的将是与现今截然不同的生物学。不可预测的遗传事件不断在为某些进化结果开辟新路径的同时又封杀了其他进化之路,这一切都发生在我们的细胞生化系统中。

英文报道
DID OUR EVOLUTION HINGE ON A ‘TWIST OF FATE’?
http://www.jijitang.com/note/5565

论文原文
《Historical contingency and its biophysical basis in glucocorticoid receptor evolution》, 2014年6月15日发表于《Nature》.
http://www.jijitang.com/note/5571

KEYWORDS

SHARE & LIKE

COMMENTS

ABOUT THE AUTHOR

唧唧堂名校科研介绍

50所世界顶尖名校的科研介绍,论文推荐

1 Following 34 Fans 0 Projects 435 Articles

SIMILAR ARTICLES

外在动机可能难以达成目标。你想减肥?赚更多钱?学习弹钢琴吗?美国西点军校的一项新研究显示,实现这些目标的几率不仅取决于你的积极性如何,还依赖于积极性的来源。一般而言,人存在两类动机,内在动机和外在动机。前者驱使人们为目标本身的益处而达成目标,后者则与目标没有直接关系。例如,假如你在学习拉小提琴,可能是

Read More

(图片来自网络)以下是战略管理杂志创刊以前最经典的23篇论文。小伙伴们看看对哪些有兴趣,告诉我们,我们会有小编更深入研读并介绍这些文章。以下论文全部原文2013Cognitive Change, Strategic Action, and OrganizationalRenewal认知变化、战略行动和

Read More

一份最新研究显示,有自恋倾向的人看片数量比其它人更多,并且一个人在网上看色情作品数量越多,越容易产生自恋感。 休斯顿大学清湖分校的研究人员们进行了一项实验,测试者中大多数为18-61岁的异性恋女性,所有参与者需要完成一份40道题目的测试卷,通过最后的成绩,对参与者的自恋程度进行评定。研究人员发现,测试

Read More

发表论文是科学职业最大肆宣传的度量标准之一,几乎每个研究人员都厌恶自己的履历中这部分存在缺口。但这里也有慰藉:一项新研究显示,极少有科学家(不足1%)能每年发表1篇论文。但这150608位科学家掌控了研究期刊,在所有论文中约41%出现了他们的名字。在那些引用率最高的论文中,该精英团体的名字在87%的论

Read More

强制性行为,或者是人们更为熟知的性爱成瘾症,指的是对性爱方面的想法、情感或行为痴迷,并无法自我控制。过度观看色情图片是该症状的主要特征。这将对个体的生活、学习产生影响,引发困扰及羞耻感。相关研究成果发表在国际学术期刊《公共科学图书馆·综合》(PLoS One)中。研究人员分析对比了19名受性爱成瘾症困

Read More

研究人员表示,雌性保护和养育后代的本能表现在许多物种之中,其中也包括某些雌性叶甲虫。堪萨斯大学研究员Caroline Chaboo表示,不管对甲虫,鲨鱼还是猴子来说,母性看护都是一项惊人行为。 母亲在时间花费,警惕性上的投入,清洁和清理,寻觅和提供食物,甘冒风险,舍食为子等等——亲代养育表现出的如此单

Read More

根据一项新研究,音乐才能的培养是由天赋与训练共同作用形成。 一项研究针对850对双胞胎展开,发现才能优异的音乐家是在基因遗传和后天环境共同作用影响的,这为专业技能发展时天赋与训练共同作用的理论又增添了一强有力的武器。“在心理学发展之初,关于先天遗传重要还是后天训练重要的争论就开始了。”密歇根州立大学心

Read More

几十年的让更多少数民族学生进入科学,技术,工程以及数学领域努力并没有改变一个事实:传统的被忽视的群体依旧被忽视。 《生物科学》发表的一篇研究论文中,两位生物学家分析了这一问题并提出了四种基于研究的思路,以确保更多来自被忽视群体的学生获得博士学位或者进入科学,技术,工程以及数学领域。 布朗大学生物学副教

Read More

新的研究认为,美联储在最近的金融危机中努力通过提供短期借款来促进银行贷款。经过检查金融危机以后发布的异常数据后,研究人员发现银行通过增加贷款给企业和家庭,促进了美联储贴现窗口和定期拍卖工具(TAF)。“曾经有很多的新闻报道认为银行在政府干预下囤积现金并自己留存,我们的研究结果显示,至少在这个背景下事实

Read More

以下是金融学期刊创刊以来被引用次数最多的50篇文章。 小伙伴们看看对哪些有兴趣,告诉我们,我们会有金融小编更深入研读并介绍这些文章。 阅读论文原文请点击该页底部链接“原文阅读”。标题是非金融小编翻译的。大家凑或看吧。1) Portfolio Selection 证券组合选择Harry Markowit

Read More