level 8
hmga2
楼主
一种细小的鱼类能够回答有关进化的一个大问题。长久以来海洋中三棘刺鱼（Gasterosteus aculeatus）的数量非常丰富。但在一万年前冰川融化后，很多三棘刺鱼被困在新形成的淡水湖泊和溪流中。在这种全新环境中，三棘刺鱼丢失了其大部分鱼骨和鱼刺，并且进化出完全不同的行为和生理机能。最新研究表明这一相对快速的变化不是像某些生物学家长期假设的那样，是由某些特定基因变异所造成的，而是因为这些基因活性产生改变而造成的。这一发现将使科学家们更加关注于基因调控在生物（包括人类）进化过程中的作用。
进化生物学家着迷于海洋型三棘刺鱼重复进化出适应于淡水生活的性状已经有几十年了。在北半球的很多地方，包括阿拉斯加、加利福尼亚、欧洲和日本，原本为海洋型的三棘刺鱼因为进入淡水环境而进化出适应淡水生活的性状，而这种进化已经重复发生了数千次了。所有这些淡水型三棘刺鱼在其肾、体形、眼睛的大小以及鱼骨数量上均发生非常类似的变化。斯坦福大学的进化生物学家David Kingsley利用这种平行进化来研究基因组是如何产生这种变化的。
他和美国马萨诸塞州坎布里奇博大研究所Kerstin Lindblad-Toh以及他们的同事首次对于从阿拉斯加一个湖泊中获取的三棘刺鱼进行高精度的DNA测序。有了这个高精度的序列作为参考指南，他们可以比较轻松地对采集自世界其它地方的10对三棘刺鱼的基因组序列进行对比。这10对三棘刺鱼每一对都是由一条海洋型和距离其最近的淡水型亲戚组成。
正常情况下，生活地点接近的鱼的基因相似程度应该是最高的。但如果基因组中某个特定区域发生重复进化，那么所有淡水型的三棘刺鱼基因组的这一区域会比较相似，而和它们的生活地点是否接近无关。Kingsley的研究小组仔细检查了所有的基因组，发现共有147个区域发生过重复进化，这证明了对于三棘刺鱼而言重复进化是极为常见的。
下一步研究人员计算这些区域中有多少个区域含有一个基因，然后他们对比不同的三棘刺鱼中这个基因的序列。如果所有淡水型的基因序列相同，而又和海水型的不同，那么研究人员就可以认为是基因本身的变异导致了淡水型产生相应的适应性性状。Kingsley的研究小组在今天《自然》网络版发表的论文中指出只有17%的基因组区域中的基因发生了变异。而大约有41%的区域并不含有基因，这一现象表明基因组中其它地方的基因活性的调控产生变化是三棘刺鱼产生淡水适应性的一个重要原因。还有43%区域含有一个基因和调控DNA，但研究人员发现淡水型三棘刺鱼这部分只有调控DNA是相同的，所以他们认为基因调控的变化才是适应性产生的真正原因。
科学家们发现别的生物也存在这种重复进化的现象，但三棘刺鱼却是非常独特，因为这种鱼重复进化成淡水型已经发生了太多次了。“三棘刺鱼对于我们理解快速进化具有非常重要的意义，”加州大学伯克利分校的进化生物学家Erica Bree Rosenblum说道，他并未参与这次研究工作，“这篇论文表明重复进化可以通过‘重复利用’同一遗传机制而一次又一次地反复发生。”
目前Kingsley已经知道了三棘刺鱼基因组中的重复利用的遗传变化区域，但其中绝大多数的遗传变化造成的具体性状改变尚不清楚。他和其他一些科学家现在正打算解决这个问题。“这会是接下来重点工作内容。”哈佛大学进化生物学家Hopi Hoekstra说道，他也没有参与之前的研究工作。
