词条 | 分子进化的中性学说 |
释义 | fenzi jinhua de zhongxing xueshuo 分子进化的中性学说(卷名:生物学) neutral theory of molecular evolution 简称中性学说,认为分子水平上的大多数突变是中性或近中性的,自然选择对它们不起作用,这些突变全靠一代又一代的随机漂变而被保存或趋于消失,从而形成分子水平上的进化性变化或种内变异。这一学说是日本遗传学家木村资生1968年首先提出的,1969年美国学者J.L.金和T.H.朱克斯又用大量分子生物学的资料肯定了这一学说。 提出中性学说的背景 20世纪50年代以来,先后搞清楚了许多生物大分子的一级结构。通过比较不同生物的某些功能相同的蛋白质或核酸的氨基酸或核苷酸序列的差异,人们发现,亲缘关系近的差异较小,亲缘关系远的差异较大,与物种的表型进化情况基本一致(见分子进化)。分子进化至少有 3个显而易见的特点。一是多样性程度高,与表型多态(即在一相互交配的群体中存在着两种或多种基因型的现象)相比,分子多态更为丰富(例如细胞色素 C这种蛋白质分子在行有氧呼吸的不同物种中就有种种不同的分子结构)。二是各种同源分子对选择大都是中性或近中性的,它们都有完整的高级结构,能很好地完成各自的功能(如脊椎动物的血红蛋白分子都能运氧、各种生物的细胞色素 C都能在氧化磷酸化中完成电子的传递等)。三是随着生物从低级向高级演化,同源分子中逐年发生氨基酸或核苷酸的替换,且大致按每年每位置替换数恒定速率进化。关于大分子的进化性变化,早在1965年E.楚克坎德尔和L.C.波林以及E.马戈利亚什和G.H.史密斯就已有过全面的论述。木村的功绩是在理论上更迈进一步,把中性突变-遗传随机漂变放到决定性的位置上,提出分子进化的中性学说,较合理地解释了分子进化的各种现象。 中性学说的依据 中性学说的出发点是中性突变。DNA产生突变的方式有 4种, 即核苷酸的替换、缺失、附加和倒位, 而最常发生的是核苷酸的替换。 对一个密码子来说,由于核苷酸替换可发生在三联体的任一位置上,而每一位置都可能有 3种替换方式,故一个核苷酸替换可有9种方式导致密码子变换,如 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 分子进化速率与中性学说 分子进化速率是以每年每位置氨基酸或核苷酸替换数来表示的,以蛋白质分子为例其进化速率为: ![]() ![]() ![]() ![]() 设大小为D的一个二倍体群体中,共有2D个基因位点,若每配子每代的突变率为 ν,则每代将产生 2Dν个新突变。设一个突变最终被固定的概率为μ,则每代每位点的突变替换数(进化速率)为: K=2Dνμ (2)由于这个群体中有2D个基因,当突变呈中性时,每个基因被固定的机会都相同,即 ![]() ![]() ![]() ![]() 中性学说与自然选择学说的关系 木村资生一再声明,中性学说并不否认自然选择在决定适应进化过程中的作用,但它认为在进化过程中只有极少部分的DNA变化是适应的,而大多数表型上“无声”的分子替换(它们对生物的生存和繁殖并没有产生重大的影响),却是通过随机漂变在种内固定下来的。中性学说只是强调分子水平上多数突变是中性的,并没有说全部突变都是中性的。对于蛋白质来说,只有不改变分子的三级结构和功能的那些氨基酸替换,才大致保持每年每位置上的恒定速度,否则就要受到自然选择的作用,血红蛋白分子就是一例。血红蛋白β- 链上的大多数氨基酸替换都是中性替换,这些替换的固定都是通过遗传漂变实现的;但如果其第6位的谷氨酸被缬氨酸所替换,则在人血中就会出现不能运氧的镰形红细胞。如果所有红细胞都是镰形细胞(纯合体),个体未到成年就会死去,这样的突变当然要受到自然选择的作用而最终被淘汰;而当基因处于杂合状态时,由于杂合体(只有部分红细胞为镰形细胞)提高了抗疟能力,所以在某些疟疾流行的地区这种杂合体就有明显的优势,以致此突变基因在该地区有非常高的频率且能保持稳定。此种情况完全可用综合进化论的“超显性说”加以说明,而不能用遗传漂变来解释。中性学说认为,功能较次要的分子或分子片段的进化速率,高于功能较重要的分子或分子片段的进化速率(表3)。例如,血纤蛋白肽分子的进化速率是8.3×10-9/个(氨基酸)·年,而组蛋白H4则为1011/个(氨基酸)·年。从功能上看,血纤蛋白肽是在凝血过程中形成血纤蛋白时被排出的部分,不甚重要;而组蛋白H4则是与染色体中DNA特异结合的蛋白质,在生物的遗传和发育中有很重要的作用。又如胰岛素原分子由A、B、C3部分组成,在形成胰岛素时C被切除。从功能上看,C是不大重要的部分,其进化速率是2.4×10-9/个(氨基酸)·年,而A、B则是胰岛素的主体,其进化速率是 0.4×10-9/个(氨基酸)·年 (图2)。由此推断,假基因应有较高的进化速率。通过对某些假基因核苷酸序列的分析比较,证明确实如此;其核苷酸替换率,接近于基因的自发突变率。总之,功能重要的分子受自然选择的影响大,功能次要的分子受自然选择的影响小。生物大分子虽然有丰富的多样性,但要维持其正常的结构与功能,其替换就不可能完全随机;不同分子受到的限制不同,所受到的选择清除程度也不一样,所以表现出不同的进化速率。由此可见,中性学说和达尔文的自然选择学说不是对立的,不少学者认为,在理解生物进化上可把中性学说看作是附加在自然选择学说中的一个原理,是在分子水平上对达尔文主义的补充和发展。 ![]() ![]() 参考书目 Motoo Kimura, The Neutral Theory of Molecular Evolution, Cambridge University Press,London,1983. |
随便看 |
百科全书收录78206条中英文百科知识,基本涵盖了大多数领域的百科知识,是一部内容开放、自由的电子版百科全书。