我们为何没有尾巴？大脑为何如此发达？

2023-08-14 09:19

来源：半月谈网

人类从何而来？重要的线索可能藏在基因里。

2018年，我国科学家牵头发起灵长类基因组计划，来自中、美、德、英等国的100多位科学家参与其中。

不久前，《科学》杂志以专刊形式发表了8篇灵长类基因组计划的研究论文。灵长类基因组计划的最新成果是什么？有什么重大意义？灵长类基因组计划发起人之一、浙江大学生命演化研究中心教授张国捷专门为半月谈记者作了讲述。

奇妙发现迭出

灵长类基因组由中国科学院昆明动物研究所和浙江大学生命演化研究中心2018年牵头发起，该计划的目标，是分3个阶段绘制出地球上已知520多种灵长类动物的基因图谱。

“人类和黑猩猩的基因序列的相似度很高，差异只有2%。人与黑猩猩起源于共同祖先，这些差异主要在物种分化之后形成。我们基因组上的绝大部分区域可以回溯到早先灵长类不同时期的共同祖先。我们的目标是希望追踪到灵长类演化历史过程中哪些决定性的时刻发生了对人类性状有重要影响的变化。”张国捷告诉半月谈记者。

张国捷在研究黑猩猩头骨

在张国捷看来，这一计划不仅有助于我们回答人类起源问题，也能让我们更好地认识自身身体结构特征的演变。

在灵长类基因组计划公布的最新一批成果中，科学家们有一系列奇妙发现。

大脑曾在灵长类多个演化节点快速变大，一些与之相关的基因在灵长类的演化历程中受到了很强的自然选择的影响，功能得以特异性强化。这些基因在现代人群里一旦发生紊乱，往往会导致大脑疾病的产生。

尾巴是很多动物的标志性特征之一，尤其是对于一些动作灵敏的灵长类物种，长短不一的尾巴能够帮助它们稳定身体，转向和控制速度。然而，包括人类在内的猿类物种失去了尾巴，这也成为其重要体征。研究表明，该现象可能与特定基因调控序列的突变有关。

群居生活及相应社会行为的演变，是灵长类研究的重点之一，科学家对包括金丝猴在内的亚洲叶猴进行了自然史重建和基因组比较研究，发现寒冷气候是推动它们性情变温和，产生复杂社会群体结构的重要因素。

凡此种种，灵长类基因组讲述的故事，刚刚开篇。

多重应用潜力

灵长类基因组计划的另一重雄心，是尽可能充分了解我们身上每个基因、每个碱基的演化过程和变异模式，为理解人类创新性状和疾病发生的机制提供参照。

在本次研究中，长于人工智能的合作团队利用采集到的灵长类动物基因数据集，训练了一个名为Primate AI-3D的人工智能神经网络，为解释人类基因变异的致病性找到新方法。

“我们能够利用这些灵长类的遗传多样性信息来反推潜在的人类疾病致病位点。”张国捷说，目前，罕见病的致病原因或致病位点往往难于发现，因为罕见变异只可见于人群很少数个体。

自然选择倾向于淘汰掉导致严重疾病的变异。根据这个原则，研究者可以对基因变异“打分”，如果人类基因变异的位点也频繁出现在其他灵长类物种中，那么它大概率不会导致严重的疾病。同理，如果这个变异是过去就发生且长期存在的，对于现代人类来说，它也不太可能会造成威胁。

张国捷在标本库，身边标本为红毛猩猩骨架

今天，非人灵长类广泛用作医学研究的动物模型。一些发生在人类大脑中的神经疾病，如自闭症、阿尔茨海默症、帕金森病等，在小鼠身上难以复现。针对实验猴进行诱导或者基因编辑，能够构建可以产生近似人类疾病的动物模型，对我们而言更具有参考价值。

灵长类基因组计划还能为现有生物保护策略提供指导。张国捷介绍，基因组研究可以提高保护生物学的预见性。“有很多物种没有被列为濒危物种，但藉由基因组信息可以发现，它们的遗传多样性已经非常低了，这就值得我们对其采取保护措施。”

未来在于合作

1953年，英国科学家弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森发现DNA的双螺旋结构——由含有四种碱基的脱氧核苷酸连接而成的长链。这4个“字母”排列组合构成所有物种基因组的“生命之书”。

1990年10月，被誉为生命科学“阿波罗登月计划”的国际人类基因组计划启动。1999年9月，中国加入人类基因组计划，负责测定全部序列的1%。

如今回头看这1%，意义非凡。1%项目不仅使我们得以搭建一个重要的基础科学平台，也在整体上提高了我们的研究创新能力。

从这1%起步，中国基因研究技术从追赶迈向并跑，并在测序仪的研制和量产以及生物信息学软件的开发等方面逐渐走入全球第一梯队。

“如今国内基因组学技术之所以发展如此蓬勃，很大程度是由于我们尽早参与到了1%的项目，在参与人类基因组计划中收获了很多基因组研究经验。”张国捷说。

走进浙江大学生命演化研究中心，灵长类基因组计划的研究人员正利用超算平台，对收集到的数据进行基因组比对和分析。目前，灵长类基因组计划已经产生巨大的数据规模，相当于数百万部电影。

“我们更关心大尺度的宏观演化历史，通过对不同演化阶段形成的物种开展比较研究，可以让我们更充分地理解物种是如何起源、如何适应新的环境，甚至产生创新性状等。足够的数据是我们研究的重要前提。”张国捷说。生命演化，是全人类共同的课题。灵长类基因组计划尽可能广泛地研究全球灵长类动物的基因图谱，这也需要更多不同学科背景的国际合作者加入，共同解读这部瑰丽的“天书”。