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进化论(演化论)是正确的吗?

李雷
原创
中科院生物学博士。擅长生物、医学、健康。年更新近300图文
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最近看到不少网友在讨论“达尔文错了吗?”,那今天就从生物学的演化方面来说说进化论是正确与否。

其实,进化论(演化论)在目前的认知领域里,是正确的。但是这个话题太大了,我只能部分解读一下。这里,我要特别强调一点,我说的演化论,不是达尔文的粗略的描述,也不是地质学发掘化石的证明,更不是猴子变成人这种怪诞的称法,而是生物学上的演化,是来自生物学的证据。

现在的进化论早已经不是部分人以为的达尔文学说了。如果说达尔文更多是一种现象描述或者假设提出者,现在,进化论是一种实实在在的证据和存在。生物学上,演化论的依据是遗传物质的演化,这是我们讨论的基石。

01,DNA是进化的基础

我们认为,所有的生物学功能和特征,其最基础的部分,永远是DNA(蛋白质是DNA翻译合成的,RNA也是转录于DNA也可以作用于DNA。以前写过一篇《“基因决定形状”这句话是完全正确的吗?》感兴趣的也可以去解读下。

当然,有部分生物并没有DNA,比如朊病毒,或者RNA病毒(依然依赖DNA),不在本文讨论范畴

02,DNA进化分析

自从有了测序技术,我们可以对DNA进行分析了。DNA就是ATGC四个碱基组成,因此,读出了这些内容,就可以对DNA进行解读。而随着二代测序的快速发展,我们从曾经的两三年测一个人的基因组到现在几天就可以完成一个人的基因组测序。

而有了序列,我们就可以对基因进化进行分析了,最基础核心当然就是比对了。通过对不同物种的基因组分析,我们可以对我们关注的基因的一个发展历程进行一个分析

03,现代进化分析的过程

下面我用【人类走出非洲理论是怎么得出的】来说一下现代进化分析的过程。

第一步,线粒体—母系遗传的典范

由于特殊的受精机制,受精卵中的线粒体遗传信息几乎全部来自于卵细胞中,同时由于 mtDNA 不存在重组,子代个体中的线粒体遗传信息能够遵循严格的母系遗传规律将过去所积累的所有变异信息忠实而连续地遗传下去,因而能够被广泛地运用于追溯群体的起源及母系进化历史等研究领域。

一句话,线粒体只能母系遗传

上图是线粒体(mitochondria)及线粒体基因组(mitochondrial DNA)的示意图

其中,线粒体基因组是我们研究的关键

第二步 线粒体基因组结构

这个大家可以一笔带过,反正你就知道,线粒体基因组是有序列的,而且,16569个碱基(人类基因组是30亿)

我描述下,一个个完整的mtDNA基因组由编码区与非编码区组成。其中双链编码区共包含37个编码基因;非编码区即控制区(control region),又称D-loop 区(displancement loop),全长 1122bp,D-loop 区包含2段长度约为300-400bp但富含突变信息的核苷酸片段,被称为高变Ⅰ区和高变Ⅱ区

第三,对线粒体基因组进行分析分类

根据从线粒体中提取的序列信息,我们将一组具有相同特征性突变的 mtDNA 序列划

分到一特定的群体中,即作为一种单倍型类群(haplogroup)。就如下图所示,根据图中加框的地方碱基不同,可以分为1,2,3,4这是个单倍群,这是接下来划分的基础

第四步,人类走出非洲结论得出

第三条我们说了,根据单倍群来分类,那么,每个人都可以属于某一个群。

1987年美国遗传学家Rebecca Cann等于在《Nature》上发表了文章《Mitocondrial DNA and Human Evolution》,奠定了“非洲夏娃学说”,可以说是进化史上最为颠覆的一次,什么元谋人,北京人都一下子傻眼了。这是怎么做到的呢?就是用线粒体基因组。

他们对来自全世界各地区共计147名妇女胎盘细胞的线粒体DNA全序列进行 PCR-RFLP分析(由12种高分辨率的限制性内切酶所组成的酶切图谱),结果显示所有个体的 mtDNA单倍型的系统发育均显示出非洲的根,即所有非洲个体均可划分到最古老的支 L 中,而 L 支所衍生的 L3 支系则囊括了部分的非洲个体以及其他各大洲所有群体的 mtDNA 单倍型类群。其中由L3支系所衍生出的所有非洲以外的 mtDNA 谱系可分为M 和N两大支系。N支系包括了所有西部欧亚特异的单倍型类群(H、I、J、K、T、U等),东亚特异的(A、B、R9、N9 等)单倍型类群以及大洋洲特异的 P 单倍型类群。M 支系下游的谱系分布在东非(M1)、南亚(M1-M6)、大洋洲(Q/M12)和东亚(C、D、G、M7、M8、M9 等)的人群中。

大体上,是这样一个分类图

也就是说,世界上,大部分人是来自于L3群体。感兴趣的可以进一步去细看(PhyloTree.org)

放到地图上,是下面这样的。亚洲,欧洲,南美北美,大洋洲,都是L3的后裔,而亚洲和南美是M类群,北美是N类群,欧洲和美国是R类群

如图,各种颜色代表了各种单倍型

在这以后,各地学者对不同人群的 mtDNA 进行了大规模的研究,其结果均支持“非洲起源学说”。

第五步,进化时间计算

由于古老的线粒体DNA单倍群在向其它大陆或区域迁徙的过程中,线粒体DNA上不断积累的变异成为了现今在各大洲人群中所观察到的大洲特异性突变信息,因而可根据这些变异位点所界定的单倍群地理分布情况来推测群体的迁移模式、群体的历史动态以及群体扩张和迁移发生的时间。目前根据这一理论对全世界范围内的群体迁移已做出来较多的论述,认为现代人类的祖先大约于十到二十万年前起源于非洲,六七万年前迁入亚洲,三至五万年前迁进入欧洲,然后大约一至三万年前从亚洲的北部或欧洲移至美洲。

就是我们最初提到的图。

好了,以人类为例的一个进化迁徙路线已经搞定了。这也是一个经典的进化分析途径。而我们在分析其他的进化的时候,一般是依据基因组来判断。当然了,公众看到的和我们做的还是有细微区别的。

我们计算出来的结果是这样的

而你们看到的呢,是这样的

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2022-01-26