寻找人类的疾病基因

　　找到一种药物能够让血管停止生长，进而有效杀死肿瘤，这是美国得克萨斯大学的爱德华•马科特和他的同事们一直致力研究的课题。最近，他们将靶标锁定在了5个人类基因上，这些基因都是血管生长所必需的。开发出遏制这些基因表达的药物，就会离他们的目标更近一步。不过，奇怪的是，这些关键的新基因既不是在人类基因组中发现的，也不是在实验鼠或者果蝇体内发现的，而是研究小组在酵母中找到的。

　　马科特表示，从表面上看，这太不可思议了。毕竟，作为一种单细胞真菌，酵母的体内没有血液，血管更无从谈起。事实也证明，在酵母中，这5个基因协同合作，负责的是一项与血管生长毫无关系的任务：修复细胞壁。

　　更不可思议的是，通过考察一些亲缘关系较远的物种，马科特和同事还发现了数百个与人类疾病相关的基因。比如，他们在植物中找到了与耳聋相关的基因，而与乳腺癌相关的基因则存在于线虫体内。在近期出版的美国《国家科学院学报》上，马科特的团队报告了他们的研究成果。

　　事实上，研究人员们只是利用了我们进化史上的一个奇特现象：同源异形。在现在这个大千世界中，那些看上去千差万别的物种，从生物遗传的角度来说，却拥有共同的祖先。

　　物种的同源性：人类与诸多生物源自同一祖先

　　早在16世纪，就有科学家发现人和鸟虽然外表很不相同，骨骼的组成和排列却非常相似。17世纪中期，解剖学家也开始对不同物种之间却存在相似的性状这一现象产生了兴趣，例如，蝙蝠的翼手与人类手臂的构造完全相同。前辈科学家进行的类似这样的研究显然给达尔文关于进化的最初理论作出了铺垫。达尔文认为，这种性状相似也可被称为同源，是由同一家族谱系演化而来的。蝙蝠和人类拥有共同的祖先，因此，人类和蝙蝠都遗传了这种肢生五趾的结构，从这个意义上来说，蝙蝠的翼手与人类的手臂是同源的。

　　在19世纪，研究不同生物种类的形态结构的比较解剖学已相当发达，各生物种类在内部结构上的同源性也越来越明显。比如，用于抓握的人手，用于飞翔的蝙蝠翼手，用于挖掘的鼹鼠前肢，用于奔跑的马腿和用于游泳的海豚鳍状肢，它们的外形如此迥异，功能如此不同，但是剔除皮毛、肌肉之后，呈现在我们眼前的骨架却又是如此相似。对此最合理的解释就是它们都是从同一祖先进化而来的，为了适应环境而具有了不同的功能和不同的外形，但是骨子里却没变多少。

　　经过此后150多年的研究积累，达尔文的见解已经得到了充分证实。比如，古生物学家找到的过渡时期的化石，使一些物种之间原本模糊的同源关系变得明确。其中一个典型的例子就是鲸鱼和海豚的呼吸孔和人类的鼻孔之间的联系，化石告诉了我们，鲸的祖先的鼻孔是如何从吻端移到头顶的。

　　20世纪50年代，物种同源性的研究步入了一个新阶段。科学家开始探寻蛋白质结构之间的相似性。举个例子，对于不同的物种而言，其拥有的血红蛋白形式也不同，每种血红蛋白与一种特定的生命方式相匹配，但所有的形式都是同一个“祖先”分子的后代。

　　当科学家开始进行基因测序，他们也能够找到基因之间的同源性。在远古时代，当我们的先祖以类似变形虫的面貌出现时，基因群就已经形成了，它们为了构建细胞壁以及完成生存所必需的其他一些非常基本的任务而一起工作。在经过了10亿年的漫长演变之后，这些基因中有很多仍然存在于同一个集群中，也仍然保持着亲密合作，只不过却是在不同的生物体内，承担着不同的任务。

　　某些基因产生的蛋白质可以结合起来，共同完成一项工作；还有的蛋白是由某一个基因编码的，它可以作为“开关”启动其他基因。在代代相传的过程中，基因有时会被意外地复制，而每个副本都会将这种变异秉持下去。不过，这些基因的序列仍然类似，足以“泄露”它们的共同祖先。

　　物种的性状，比如胳臂，就是由许多相互合作的基因编码而形成的。这些基因群（也被称为基因模块）在长达数百万年的时间里，仍然会继续一起工作。不过，这些模块在进化过程中重新“调整布局”，最终的结果是，它们会对新的信号作出响应，并帮助形成一些新的性状。

　　1997年，威斯康星大学的肖恩•卡罗尔、芝加哥大学的尼尔•舒宾和哈佛医学院的克里夫•塔宾合作发表了一份颇具影响力的论文，为这些基因模块创造了一个新的学术名词：深同源性（deep homology）。从那时起，科学家们对很多深同源性的例子有了更为细致的了解。

　　在最近的一项研究中，肖恩•卡罗尔和他的同事发现了果蝇翅膀上的斑点是如何通过基因模块的重新调整而进化的。这种生活在北美洲的小型果蝇的翅膀上有16个波尔卡圆点纹图案，卡罗尔的研究团队发现，果蝇体内负责分布这些点纹图案位置的基因模块与很多种类的苍蝇用来分布其翅膀上的血管和感觉器官位置的基因模块完全相同，果蝇正是借用了苍蝇的这一模块来“设计”自己的翅膀图案。

　　我们自己的眼睛也是深同源性的产物。比如，水母的光感应器官似乎与从我们人类的眼睛非常不同，但实际上二者都使用了相同的基因模块来构建感光分子。