摘要: 有史以來第一次，科學(xué)家們給世界上最高的陸地動物長頸鹿做了基因測序。令人驚訝的是，這種體格雄偉的生物只需要少數(shù)基因突變即可擁有它那長脖子和腿。 千百年來，長頸鹿的長脖子和優(yōu)雅的步伐一直吸引著人們的注意。但長頸鹿除了高(其高度能達到6米)之外，還很擅長奔跑，它們的...
有史以來第一次，科學(xué)家們給世界上最高的陸地動物長頸鹿做了基因測序。令人驚訝的是，這種體格雄偉的生物只需要少數(shù)基因突變即可擁有它那長脖子和腿。
千百年來，長頸鹿的長脖子和優(yōu)雅的步伐一直吸引著人們的注意。但長頸鹿除了高(其高度能達到6米)之外，還很擅長奔跑，它們的奔跑速度能達到60公里每小時。它們還需要將血液泵至7米高的地方以便給它們的大腦提供足夠的氧氣。為了達到這一目的，長頸鹿進化出了一個相當(dāng)大的左心室，它們的血壓大約是其它哺乳動物的兩倍。它們還能夠消化金合歡的葉子和心皮，這些高營養(yǎng)食物對于其它動物而言有毒。
長頸鹿?擁有長脖子的原因顯而易見，生物學(xué)家Jean-Baptiste Lamarck曾提出長頸鹿進化出長脖子是為了吃到高處的食物，他的說法幾乎是對的。達爾文也表示長頸鹿的脖子是自然選擇的結(jié)果，只有長脖子的動物才能吃到高處的食物并生存下來。
但科學(xué)家們并不了解長頸鹿長脖子背后的具體生物學(xué)知識，比如從基因的角度來看長頸鹿為什么會有這么長的脖子。長頸鹿的近親霍加狓外表看起來更像是斑馬而不是它們那細長的親屬，它們之間看起來根本不像親戚。
為了了解長頸鹿的基因組成，描繪出更清晰的長頸鹿進化史，賓夕法尼亞州立大學(xué)的科學(xué)家們給長頸鹿和霍加狓做了基因測序，其結(jié)果被發(fā)表在自然通訊期刊上。
為了找到控制長頸鹿獨有特征的基因，Douglas Cavener和Morris Agaba帶領(lǐng)著團隊比較了長頸鹿、霍加狓和40多種其它動物(包括牛、綿羊、山羊、駱駝和人類等)的基因編碼序列。雖然長頸鹿的外表很特殊，但研究人員們最終只發(fā)現(xiàn)70個負責(zé)長頸鹿獨特外表的基因。
上文曾提到長頸鹿和霍加狓的基因序列非常相似。這兩個物種是近親，大約在1100萬至1200萬年前，它們從一個共同的祖先分化而來。雖然如今除了頭和蹄之外，它們看起來一點也不像，但其實在基因上它們之間的區(qū)別很小。研究人員們通過研究霍加狓的基因，得以篩選出讓長頸鹿成為長頸鹿的基因。
研究人員們給肯尼亞馬賽馬拉保護區(qū)和美國納什維爾動物園的兩只雌性馬賽長頸鹿做了基因測序。在研究人員們已經(jīng)辨別出的70個基因中，超過一半基因可編碼負責(zé)調(diào)節(jié)長頸鹿骨骼、心血管和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的蛋白質(zhì)。有趣的是，其中不少基因展示出了多個適應(yīng)跡象，這意味著它們帶來的好處或者控制的性狀不止一個。比如某些基因可以同時控制心血管和骨骼的發(fā)育。研究人員們推測長頸鹿的身材和它們的“渦輪增壓”心血管系統(tǒng)通過少數(shù)基因的改變同時演化出來。
Cavener和Agaba發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)某些遺傳線索能夠解釋為何長頸鹿在擁有長脖子和長腿的同時，其脖子和腿上的骨頭數(shù)目還能與人類及其它哺乳動物保持一致。
Cavener表示：“長頸鹿為了長長，必須將頸椎和腿骨延伸長。在此過程中至少需要兩個基因，其中一個基因控制骨頭長得更長，另外一個基因則負責(zé)刺激骨頭加速生長?！?/p>
FGFRL1就是上述基因中的一個，它在某個胚胎的早期發(fā)育過程中扮演著重要角色。它還為長頸鹿出生后骨頭的加速生長階段做出了重要貢獻。事實上，人類和小白鼠身上的嚴重骨骼及心血管缺陷就與該基因的不恰當(dāng)表達有關(guān)。該基因連同四個同源盒基因(與身體結(jié)構(gòu)的發(fā)育有關(guān))一起，提供長頸鹿進化出長脖子和長腿的兩個必備要素。
Cavener指出：“我們認為在當(dāng)時長頸鹿進化出長脖子之后，在它的脖子伸出去的同時，它的心血管系統(tǒng)也隨之發(fā)生改變，這意味著某些相同的基因?qū)嶋H上同時控制著兩個過程?！?/p>
最后， 研究人員們還發(fā)現(xiàn)了一組調(diào)節(jié)新陳代謝和生長的基因。這些基因可能導(dǎo)致長頸鹿能夠代謝對其它動物而言有毒的金合歡樹葉與心皮。
研究人員們希望他們能夠進一步將FGFRL1基因融合到小白鼠的基因中，觀察它如何影響小白鼠們的生長，尤其是小白鼠脊柱和腿的生長。最終它能讓科學(xué)家們?yōu)榛加泄趋阑魏推渌砑膊〉娜祟愓业街委煼椒ā?/p>
