您身上的基因從何而來?

百世資優數學的體內有大約20000組基因在DNA中,這些分子利用編碼構成你身體每一個部分,其中包括腳趾頭的角蛋白、鼻尖上的膠原蛋白和大腦中的多巴胺。其他物種也有自己的基因,蜘蛛有製造蜘蛛絲的基因、橡樹有將陽光轉換為葉綠素的基因,到底這些基因是從哪裡來的呢?

科學家們開始推論,基因大概在地球40億年前就出現了,最早的生命體是原始微生物,有一組維持生命的基本基因。他們將基本基因傳給數十億的後代,有些基因功能至今在我們的細胞中仍然相同,例如DNA複製;但那時仍沒有一個微生物有製造蜘蛛絲或多巴胺的基因。現在地球存在的基因數量已經遠遠超越了之前的,原來有很多額外增加的基因是因為錯誤而誕生出來。每次細胞分裂,就會製造新的DNA副本。有時會意外將同一段DNA複製兩次,而在這過程中,也可能額外複製了其基因之一小節。

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初,額外的基因功能與原始基因無異;但經過幾代演變之後,可能會有新基因的突變。這些突變體可能會改變這新基因的功能,然後這組新基因又可能會再自我複製。

近期的資料顯示這些基因突變體以驚人的數量快速成長,最近一次的演變是在我們與近親猿猴分開進化後。雖然由一個基因演變成一個基因家族,需要百萬年以上的時光;但科學家發現,只要新基因進化,它就能很快的擔負起其基本功能。例如,鼻子裡有幾百個捕捉氣味分子的蛋白質基因,基因突變使得它們能捕捉更多不同的分子,讓我們能感受到億萬種不同的氣味。

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時突變對新的基因副本會產生很大的影響,可能使一個基因所編碼的蛋白質在不同的器官,或不同的生命時間點有完全不同的功能展現。例如在很久以前,蛇類有一個基因是製造可殺死細菌的蛋白質,這基因副本在複製過程中產生新的突變,而更改了製造蛋白質的地方。使一個原本在蛇體胰腺運作的蛋白質,轉為在蛇口中製造殺死細菌的蛋白質,然後成為毒液。所以後來當蛇咬住獵物時,蛋白質-酶侵入獵物傷口,造成獵物死亡,這項優勢幫助蛇類可以獵捕更多獵物。

除此之外,還有更令人難以置信的新基因製造方法,動物、植物或其他類型的DNA,都含有大量沒有蛋白質編碼的基因片段。根據科學家所知,他們大部分是隨機排序;但呈現亂碼的基因是沒有作用的。如同基因,這些DNA片段有時也會突變,突變過程將DNA轉換成為細胞能讀取的編碼。於是很快的,細胞中就會誕生一個新蛋白質。

起先這蛋白質可能是沒有用處或甚至是有害的;但更多的突變體可以轉換蛋白質結構,使蛋白質建立有用的系統,能讓生物更健康、更強大,增加其繁殖能力。

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學家在動物體內多處發現了新的基因,所以我們的20000種基因有許多出處,從生命的起源至持續從零問世的基因,只要地球上有生命,就會誕生更多新的基因。

影片資料來源:http://ed.ted.com/lessons/where-do-genes-come-from-carl-zimmer

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