摘要: 你真是頭豬”這句經(jīng)常作為朋友之間調(diào)侃的話，近些年來被越來越多的科學(xué)研究證明可能真有幾分道理?？茖W(xué)家們將豬的基因組與人的基因組進(jìn)行比對后，發(fā)現(xiàn)它們之間有極高的相似性。也就是說，人和豬確實“共享”了很多基因。 不光是豬，在動植物界中還有很多物種與人類的基因組存在相...
你真是頭豬”這句經(jīng)常作為朋友之間調(diào)侃的話，近些年來被越來越多的科學(xué)研究證明可能真有幾分道理?？茖W(xué)家們將豬的基因組與人的基因組進(jìn)行比對后，發(fā)現(xiàn)它們之間有極高的相似性。也就是說，人和豬確實“共享”了很多基因。
不光是豬，在動植物界中還有很多物種與人類的基因組存在相似性。這其中既有黑猩猩一類靈長目近親，也有酵母乃至香蕉等與人類完全不搭界的物種。今天我們先來盤點(diǎn)一番與人類基因組相似度較高的物種，再對這種相似性產(chǎn)生的原因加以簡介。
哪些動物的基因組與人類相似？
1. 黑猩猩
黑猩猩是目前與人類基因組相似程度最高的動物。研究表明，黑猩猩的基因組與人類基因組的相似性大約為98.6%到99%之間。從形態(tài)特征以及生殖過程來看，黑猩猩都與人類很接近，基因組有很高的相似性也不足為奇。進(jìn)化基因組學(xué)的研究顯示，人類的祖先與黑猩猩的祖先大約在500-600萬年前分開，各自進(jìn)化成了現(xiàn)在的形態(tài)。
黑猩猩具有極高的智慧水平
（圖片來源：Tambako the Jaguar on Visual Hunt）
黑猩猩屬下的另外一種動物——倭黑猩猩與黑猩猩的相似度極高，二者共享了大約99.6%的基因?？茖W(xué)家推斷，它們直到大約130萬年前才演化為兩個獨(dú)立的物種。至于它們分道揚(yáng)鑣的原因聽起來有點(diǎn)黑色幽默：二者都不善于游泳，于是在剛果河南北兩岸的黑猩猩種群逐漸被地理因素隔絕，走上了略有不同的演化路線。
靈長目中不少其它物種也與人類的基因組相似度極高，例如大猩猩與人相似度達(dá)到98%，紅毛大猩猩達(dá)到97%。除此以外，各種猴乃至狐猴都與人共享了90%以上的共同基因。
2. 貓
目前的研究表明，貓與人類的基因相似性高達(dá)90%，這也從一個側(cè)面反映出了貓的智慧程度實際上可能超過我們對它們的固有印象。對貓的馴化最初發(fā)生在大約1萬年前，而且最初可能是貓主動將自己委身于與人類的這種共生關(guān)系中。證據(jù)顯示，當(dāng)時的野貓以捕獵田鼠作為交易籌碼接近人類，從而獲取一點(diǎn)額外的蛋白質(zhì)和食物。
喵星人居然是主動前來“奴役”藍(lán)星人的
（圖片來源：Visualhunt.com）
3. 奶牛
是的，你沒有看錯，我們的基因組跟奶牛也有80%左右的相似性，這一數(shù)據(jù)甚至高于與我們擁有更近共同祖先的嚙齒類。科學(xué)家們對此給出的解釋是嚙齒類更小的體型催生了更快的繁殖周期和更高的繁殖能力，從而使得種群的演化能力和基因突變進(jìn)程大大加速。
奶牛與人類存在共同祖先
（圖片來源：NHN_2009 on Visualhunt）
4. 小鼠
如果只比較蛋白質(zhì)編碼基因，小鼠有85%的基因與人類相似；但如果將人類和小鼠的非編碼RNA進(jìn)行比較，卻只有50%具有相似性。有科學(xué)家估計小鼠的祖先和人類的祖先大約在8000萬年前分開，各自進(jìn)化。小鼠作為目前科學(xué)研究中最常用的模式動物，與人類基因組的高度相似性是其中很重要的原因。
小鼠為人類醫(yī)學(xué)事業(yè)的發(fā)展立下了汗馬功勞
（圖片來源：VisualHunt.com）
5. 果蠅
看似跟人類體型差距極大，外貌特征完全不一樣的果蠅，與人類基因的相似性居然有60%。可能很多人不敢相信，但基因比對的結(jié)果確實證明了人類的體內(nèi)有一半以上的基因跟果蠅是相似的。
果蠅雖小，卻協(xié)助人類揭開無數(shù)謎題
（圖片來源：VisualHunt.com）
6. 雞
雞的生殖方式跟哺乳動物完全不同。盡管在繁殖后代上存在著巨大的差異，但基因比對的結(jié)果顯示，雞的體內(nèi)依然有60%的基因與人類相似。
鳥類是哺乳類以外現(xiàn)存唯一的恒溫動物
（圖片來源：VisualHunt.com）
7. 香蕉
大盤點(diǎn)中唯一一種植物出現(xiàn)了，它就是香蕉！一種連動物都不是的生物，居然跟人類的基因有50%的相似性。雖然筆者也感覺很不可思議，但從生物學(xué)角度來說確實也有合理的解釋，我們將會在后面的段落詳細(xì)介紹。
香蕉基因組與人的相似程度之高確實出乎很多人意料
（圖片來源：VisualHunt.com）
8. 酵母
酵母是一種單細(xì)胞真菌，因為在生物學(xué)實驗中經(jīng)常會用到，所以有人將它的基因組與人的基因組進(jìn)行了比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種單細(xì)胞生物，依然有26%的基因與人類相似。
酵母是知名的模式生物
（圖片來源：VisualHunt.com）
以上，筆者為大家盤點(diǎn)了8種生物與人類基因組進(jìn)行相似性比較的結(jié)果。為了讓大家更好地理解上面的內(nèi)容，并且消除可能存在的誤解，我們將從以下兩個角度為大家進(jìn)一步解讀。
盤點(diǎn)中為什么沒有其它我們熟悉的動物？
不少常見動物在盤點(diǎn)里的缺席并不代表在自然界中與人類基因組相似的生物只有這8種。這8種生物之所以在列，是因為人類已經(jīng)完成了對它們的基因組測序，而且有科學(xué)家完成了比對工作。
全基因組測序費(fèi)時費(fèi)力費(fèi)錢，所以目前完成全基因組測序的大多屬于有科研價值以及有經(jīng)濟(jì)價值的生物。例如，最新一種完成全基因組測序的動物是澳洲考拉，這項成果已于不久前的7月份登上了《自然—遺傳學(xué)》雜志。考拉每年為澳洲帶來10億美元的直接經(jīng)濟(jì)收益，而且為世界人民所喜愛，擁有自己的基因圖譜想來也不過分。
考拉的全基因組測序于今年7月完成
（圖片來源：Pixabay.com）
自然界中必然還存在很多跟人類基因組相似的物種，只不過因為沒有完成全基因組測序，沒有辦法進(jìn)行相似性比對，因而具體的相似性數(shù)據(jù)不為人類所知罷了。
相似性比較的標(biāo)準(zhǔn)是什么？
上面提到的基因組相似性，大多數(shù)指的是編碼蛋白質(zhì)基因的相似性。但是在人類染色體中，編碼基因只占到了整個DNA序列的1.5%到2%之間，也就是說其他98%的區(qū)域并沒有用來進(jìn)行相似性比較。
那為什么只比對這么少的區(qū)間就能說兩個物種存在相似性了呢？這是因為在生物體內(nèi)發(fā)揮功能的基因大多數(shù)都是這些編碼基因，其他非編碼區(qū)域被認(rèn)為是“垃圾”區(qū)域。因此僅僅比較這些編碼蛋白的基因序列，就可以判斷不同物種之間相似性的大小了。
DNA序列中僅有不到2%的編碼基因
（圖片來源：Freepik.com）
然而，隨著科學(xué)家對染色體認(rèn)識的加深，近些年發(fā)現(xiàn)這些“垃圾”區(qū)間也會通過轉(zhuǎn)錄出非編碼RNA或者染色體折疊的方式來間接影響細(xì)胞的生理活性。因此，目前的比對結(jié)果還不夠精確，相信隨著我們對生命運(yùn)行規(guī)律的不斷解讀，將會得到更加科學(xué)的結(jié)果。
我長得無論如何也不像香蕉，憑什么我們的基因組有50%相似性？
為什么像香蕉、果蠅、雞這種跟人類外貌特征、生活方式、繁殖方式差距這么大的生物，還依然有半數(shù)以上的基因與人類的基因是相似的呢？
我們首先從生物體基本構(gòu)成的角度來解釋這個問題。不管是酵母、香蕉、果蠅還是雞，都屬于真核生物，而真核生物都是由真核細(xì)胞構(gòu)成的。高中生物學(xué)課程中我們已經(jīng)學(xué)過，所有的真核細(xì)胞都具有以下幾個特點(diǎn)：
具有由染色體、核仁、核液、雙層核膜等構(gòu)成的細(xì)胞核；有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、線粒體等細(xì)胞器；有發(fā)達(dá)的細(xì)胞骨架系統(tǒng)；轉(zhuǎn)錄方式基本一致，等等。
典型的動物細(xì)胞結(jié)構(gòu)
（圖片來源：Freepik.com）
盡管這些不同的物種外貌差別很大，但從細(xì)胞水平來看，基本結(jié)構(gòu)卻都是相似的。由于這些基本結(jié)構(gòu)的形成是由基因決定的，所以也就不難理解為什么植物和微生物還能跟人類的基因組有一定的相似性了。
其次也可以從生物進(jìn)化的角度來解釋。不管是動植物還是微生物，最初都是由共同祖先進(jìn)化而來的，所以不同生物之間或多或少都遺留著共同祖先的一些基因特征。
生物進(jìn)化的系統(tǒng)發(fā)生樹
（圖片來源：公有領(lǐng)域）
隨著各物種向不同的方向進(jìn)化，基因之間的差異也就越來越大。這也就是為什么上述幾種動物中，黑猩猩與人類基因組相似性最高，而酵母與人類基因組的相似性最低了。
進(jìn)行跨物種基因比對有什么意義？
隨著越來越多物種全基因組測序的完成，我們還會發(fā)現(xiàn)更多跟人類基因組相似的動植物。實際上，對進(jìn)化角度上親緣關(guān)系較近的物種進(jìn)行類似的基因比對研究，是目前進(jìn)化基因組學(xué)最有力的研究手段。
通過基因比對，我們可以厘清不同種近緣生物的親緣關(guān)系，確定它們種間分化發(fā)生的大致時期，以及把握物種演化的脈絡(luò)，從而優(yōu)化經(jīng)典的物種分類樹；科學(xué)家還能夠根據(jù)過去的物種進(jìn)化軌跡進(jìn)一步預(yù)測地球上生物未來的進(jìn)化方向，為人類與地球的可持續(xù)發(fā)展提供建議。
地球上的現(xiàn)存生物雖然各自經(jīng)歷了數(shù)十億年的進(jìn)化歷程，但都可以追溯到共同的祖先，從這個角度來說，我們與香蕉擁有50%的共同基因其實不值得大驚小怪。
參考文獻(xiàn)：
1.?https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2278377/
3.?https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9284919
4.?https://www.sciencemag.org/news/2013/12/when-cats-became-comrades
5.?https://www.sciencemag.org/news/2009/04/mooove-over-humans-cow-genome-here
