尋找神秘的暗基因

凌薇

在宇宙中，95%以上是暗物質和暗能量，但遺憾的是，各國科學家費盡九牛二虎之力卻始終無法瞥見暗物質的神秘身影，也沒能發現暗能量的蹤跡。但在物種的基因宇宙中，科學家發現了一種類似暗物質的基因，他們稱它為暗基因。

“缺失”基因仍在表達

暗基因最初是在沙鼠體內發現的，沙鼠是生活在貧瘠干涸的沙漠中的一種嚙齒類動物。

其實，研究人員研究沙鼠最初的目的，是想解開沙鼠為何能在沙漠中生存這個謎題。為此，研究人員對沙鼠的整個基因組進行了測序，希望能找到沙鼠在沙漠生存下來的“秘密武器”。遺憾的是測序結果并沒有找到這個“秘密武器”，但該結果讓研究人員失望的同時也讓他們大吃一驚。

因為基因組測序結果表明，沙鼠的基因組中竟“缺失”了許多對生存至關重要的基因！其中包括Pdx1基因，它可以促進胰島素的合成，也能促進胰腺（胰島素的合成場所）發育。如果缺失了這個基因，會導致胰腺發育不完全和胰島素不足，容易患上糖尿病。

為了再次驗證Pdx1基因是不是真的“缺失”了，研究人員還給沙鼠喂嚙齒類動物的標準食物，然后觀察它們的情況。結果發現沙鼠往往會比其他嚙齒類動物更加的肥胖，并且很容易患上糖尿病，這似乎可以說明沙鼠體內并沒有Pdx1基因。

正當研究人員準備寫下沙鼠體內沒有Pdx1基因這一結論時，另外一些研究人員卻發現，它的胰腺發育得很完整，并且還能正常分泌胰島素。除此之外，他們還在沙鼠體內發現了應該由Pdx1基因轉錄出的RNA，那為什么基因測序和喂食實驗卻顯示沙鼠缺失了這個基因呢？這勾起了研究人員強烈的好奇心。

原來基因只是“藏”起來了

懷揣著對沙鼠的好奇心，研究人員探究了這種應該由Pdx1基因轉錄出來的RNA。研究人員發現，這些轉錄RNA上的胞嘧啶和鳥嘌呤的數量要比其他基因轉錄的RNA多得多，它們是兩種類型的堿基。根據堿基配對原則，基因和轉錄RNA上的胞嘧啶和鳥嘌呤是配對存在的，當轉錄的RNA上有鳥嘌呤時，基因上就有胞嘧啶；當轉錄RNA上有胞嘧啶時，基因上就有鳥嘌呤。由此推斷，如果存在Pdx1基因，那么它應該含有大量的胞嘧啶和鳥嘌呤。

為了找出基因組里的Pdx1基因，研究人員將沙鼠基因打碎，投入基因分離機器，富含胞嘧啶和鳥嘌呤的Pdx1基因會因質量較大沉淀到底部，這樣就可以得到這個基因。

在不懈努力下，研究人員最終找到了Pdx1基因。他們發現，這個基因與其他基因最大的不同，就是基因上存在著比其他基因多得多的胞嘧啶和鳥嘌呤，而由于原來的基因測序技術很難發現帶有高水平的胞嘧啶和鳥嘌呤的基因，所以在測序過程中沒發現這個基因。

為什么它與其他基因不同呢？研究人員決定找出其中的原因。

暗基因竟能改變進化方向

在對這個基因做了許多研究后，研究人員認為，產生大量胞嘧啶和鳥嘌呤的原因是沙鼠體內發生的大量產生胞嘧啶和鳥嘌呤的基因突變。

我們知道，進化往往是從基因突變開始的。首先，基因發生隨機突變，基因突變會導致物種的性狀發生改變。然后，自然選擇就像一個過濾器，過濾掉那些產生不利物種生存的基因，并留下具有優勢性狀的基因，進化會在自然選擇的作用下找到一個明確的方向。因此，自然選擇可以說是基因突變的唯一“驅動器”，而且進化的方向僅僅是由自然選擇決定的。

但是，由于暗基因發生了大量的突變，這些突變有好有壞。自然選擇來不及過濾掉所有的有害變異，一部分有害變異會被自然選擇遺漏，并在物種中傳遞下來，這可能會使物種的進化軌跡發生改變。

以Pdx1基因的突變導致合成無法調節血糖水平的胰島素為例。對普通物種而言，“無法調節血糖水平的胰島素”是一個不利的變異，因為如果胰島素無法降低血糖，在普通物種吃掉正常的食物后，物種體內的血糖無法降低，很容易患上糖尿病甚至死亡。

但對沙鼠而言，這反而是個有利的變異，因為沙鼠通常生活在沙漠中，食物極其匱乏，它只能食用營養極少的食物，這些食物能提供的糖分本來就很少，如果胰島素再繼續降低沙鼠的血糖，它根本就無法存活。

其實，暗基因并不是不存在的基因，而是像暗物質和暗能量一樣，它只是真實存在卻沒有被人類發現的基因。當暗基因發生大量突變時，它就可能成為物種進化的另一個“驅動器”，也可能控制著進化的方向。暗基因帶來的進化對物種來說，究竟是天堂還是地獄，還需要進一步的研究。

什么是堿基配對原則？

基因是帶有遺傳信息的DNA片段。基因表達時，RNA通過堿基和DNA的一條鏈連接，DNA上的遺傳信息就可以通過堿基流入RNA。在RNA和DNA中共有五種堿基，分別是腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）（DNA特有）、胞嘧啶（C）、鳥嘌呤（G）和尿嘧啶（U）（RNA特有）。

為了穩定RNA和DNA的連接，堿基之間會通過配對形成較為穩固的氫鍵。只有可以形成相同數量氫鍵的堿基才會發生配對，A-T、T-A和A-U、U-A會形成兩個氫鍵，C-G和G-C會形成三個氫鍵，這就是堿基配對原則。