寒武纪物种大爆发和Hox同源框架基因

面具@知道疯子对 Evolution 的书评发表时间：2011-08-28 16:08:09

蚂蚁娶蜈蚣做老婆，别人问洞房夜如何？？蚂蚁说：“累死了！！！昨天晚上，我拨开两条腿儿，没有，又拨开两条腿儿，还是没有！一晚上尽拨腿了！”

我知道这个段子很猥琐，但是别人看到是猥琐，我看到的却是科学，或者说bagua的资料，只要本着一点点bagua的精神和能力，让我们开始一段奇妙的发现之旅吧。

在这个段子中让人困惑的显然是蜈蚣同学的腿，虽然蜈蚣的腿虽然有很多，但是如果告诉你从Gene的角度看，蜈蚣的腿和我们人类的腿几乎是一样的，一样到什么程度呢？一样到拿制造蜈蚣的腿Gene到人类胚胎上，人的腿也可以完好的长出来。你会怎么想？shock吧，吃了一大斤吧？这种Gene的名字叫同源框架Gene（hox），属于一大类的被称作是总调控gene家族的一员，hox基因对于身体发育异常重要，这种总调控gene控制我们的那一部分应该发育成什么器官，也就是说比如，手臂应该在手臂的地方长出来，而不是比如长成一条腿。这种的第一条线索来自一些畸形的个体，比如六指琴魔。更奇妙的地方在于hox gene在DNA上排列的顺序和身体排列的顺序完全一致，一图胜千言，下面这张是苍蝇的hox gene和身体对比图（via wikipedia），不同颜色标识了不同gene作用的身体部位。

虽然昆虫只有一组hox gene，而人类这样的脊椎动物有四组这样的gene，但是出奇的是hox gene异常保守（比如这里的这张图片），拿生物学术语来说，就是gene上的突变很少，组成部分和排列顺序都是一致的。虽然我没有看到前面所假想的人类相关的实验，但是看到过把老鼠的hox gene替换了果蝇的hox gene，但是果蝇依然正常发育了。多么恐怖的事情啊。

顺带bagua一下，以前有都市传说说KFC的鸡是转gene的，长着好几对翅膀，从科学上说，这显然是可能的，但是这样做的代价在现在显然是不恰当的，强烈要求流言终结者终结它。

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在进化史上，有一个很有名的事件就是在大约5.8亿年前的寒武纪物种大爆发的事件，仿佛在一夜之间（数百万年，要知道，有生命迹象的是在38.5亿年），地球上出现了形形色色的物种，号称光动物就出现了突然出现了17个门类，有些甚至不能归之于现在的动物门类，虽然经过后来的研究校正，似乎又可以归之现有的门类，主要的原因是它们的身体构造太奇怪了，有些甚至长了两排脚，一排在背部，一排在正常的腹部（图片就不奉送了）。总而言之，动物们对自己的身体构造进行了疯狂的实验，远比你能想到的要千奇百怪的多。[1]

古生物学家对寒武纪物种的大爆发一直很好奇，为什么会突然出现了如此之多的物种，按照教主同学的说法，是外星人的作用，当时我就想，幸亏我朝没有宗教传统，否则教主同学肯定会把它归之为上帝的存在，事实上，这也正是那些神创论者和“智能设计”者们的论调，但是自然选择是一项如此简单优雅的学说，达尔文先生不是不犯错误，但是极少，而这一次，他又赢了God。

寒武纪物种大爆发至少在半打书中看到，hox同源框架基因也在半打书中看到过，但是从没有想到这之间有什么联系。但是在最近的这本书中，演化：跨越40亿年的生命记录，就有整整一章就是讲述这个故事的。虽然只有300来页，而且高达88块大洋，但是个人觉得就这一章“第六章意外的工具箱：动物进化的机遇及限制”就值回票价了。

寒武纪的物种为什么会对自己的身体进行各式各样的实验呢？根本的原因就是这个意外的工具箱，是的，你已经猜到了吧，hox同源框架gene，既然hox gene是掌管身体长成什么样子的，寒武纪的物种同样需要它们，那么在hox gene工具箱产生以前，动物即便想要实验自己的身体，显然是不太可能的。只有当hox gene进化出来以后，再加上书中所说的外在条件，显然是气候条件和地理条件，才引发了寒武纪开始的那数百万年的突进狂飙的狂欢时代。当发展出来的身体不符合自然选择之后，当然就被慢慢淘汰了，但是hox工具箱却一直保留下来了，而且还异常的保守，也就是说非常精密，OMG，要是一个程序员写的程序能在5.8亿年之后依然运行，而不需要重新发明轮子，那显然是一桩至高的荣誉了。[2]

写到这里，这篇文章似乎可以结束了。不过有意思的事情还可以稍微延伸一点。我们知道漂亮的人通常也是对称的，在胚胎发育的时候，越没有差错，最终的成品也就越对称，其间主要起作用的是激素水平。但是我们为什么是左右对称，而不是上下对称或者前后对称呢？这就涉及到书中所说的神经系统的起源了也就是脊柱了。不知道有没有人看过胚胎发育的过程，个人第一次是在人脑之谜上看到的，受精卵不断分裂，变成一张纸一样被称为胚囊的东西，随后形成一根中空的管子，两头会分别发育成两个最深的孔，口和肛门，中间的中空自然就是消化食物的地方了。而身体自然也就只能沿着管子一路排下来，也就是hox gene为什么自然是按序排列的了。不过这样的身体设计好不好呢？其中最为人诟病的，被G.C.威廉斯称为“愚蠢的设计”的眼睛就是这种设计上的牺牲者，这里就不展开了，书中的讲述非常精彩。

最后，hox gene的意义在于它是生物体可以移动，可以主动的去适应环境的变化，最终成为游泳健将和掠食者。如果你用的是IPTV，上面记录片频道里面有个CCTV10的系列节目，<进化>，可以相互印证着看看。

注：

[1]寒武纪的物种都是软体动物，所以化石资料很难保存下来，最有名的有三个化石发现地，分别是英属布尔吉斯群岛和澳大利亚的埃迪卡拉动物群和中国云南的澄江化石群，对寒武纪故事的感兴趣的同学可以深入的了解一下，相当有意思。

[2]还是得申明一下，寒武纪物种爆发的原因说法很多，这里介绍的是其中一种，是科学假说，个人以为它很有说服力。不管你信不信，反正我信了。

http://hgye.blogspot.com/2011/08/hox.html