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垃圾DNA緩慢而痛苦的死亡

6688DNA

作者:羅伯特•W•卡特(

翻譯:中國創造論團契

發表時間:2009年6月9日(東10區)
[編者按: 隨後發表在《創造期刊》(Journal of Creation) 23(3):12–13頁, 2009年。 ; 見: PDF.]

所謂的“垃圾DNA”已經處境艱難。它曾經一度是支持進化理論的典型代表,但在過去的幾年裡,其地位受到越來越多的挑戰。關於垃圾DNA功能的文章已經在本網站1其它文章和《創造期刊》2引用。在多坍(Dothan)創造-進化的辯論中3,我的對手不斷地重複主要論點就是垃圾DNA。我警告說,這是把無知當論據,別忘了“形式服從功能”,正如關於退化器官的陳舊爭論一樣(一旦其功能被發現,這種論點就很容易被證偽)。我們果然不需要等太久,因為一項新研究結果已經把垃圾DNA的概念帶到了垃圾桶旁邊,這垃圾桶是專門盛放過期的進化論推測的。福克納(Faulkner)等人(2009年)4宣稱逆轉錄轉座子(據說是插入人類和其他物種基因組中的古老病毒的殘餘)原來有重要的功能,從此垃圾DNA夾起了尾巴。

背景

J•B•S•霍爾丹(1957年,霍爾丹)5和其他人的研究工作表明,在人類進化的時間範圍內,自然選擇不可能選擇出數百萬的新突變。鑑此,木村(1968年)6提出了“中性進化”的想法,因為如果“霍爾丹的困境” 7是正確的話,大多數DNA必須是沒有功能的。 DNA應該是隨著時間的推移自由地變異而無需接受自然選擇。這樣,自然選擇就可以作用於重要的元件,其他部分任由中性進化去隨機運作。既然自然選擇不能作用於那些不影響生存和繁殖的中性特徵,中性進化就可以通過沒有內在“選擇代價”的隨機漂移而進行。 8“垃圾DNA”一詞起源於大野(1972年),9 他這個概念完全基於中性進化的想法。對於大野和其他同時代的科學家來說,蛋白編碼基因之間的巨大空間是無用的DNA,其唯一功能是在染色體中分隔基因。現在你明白垃圾DNA的這一概念的由來了嗎?它是數學上的必然推論,它的發明是為了解決進化理論的一個困境。如果沒有“垃圾DNA”理論,進化就會陷入無法克服的數學困境中。

再重申一次:垃圾DNA不僅僅是為一些似乎沒有功能的DNA打上的標籤,而是進化論的需要。從數學上講,物種間的變異太多,需要突變的DNA太多,而現實中的物種的世代數目太少,不足以實現這些變化。這是霍爾丹工作的關鍵。沒有了垃圾DNA,進化理論目前就不能在數學上來詮釋萬物演變的機制。試想,在進化模型中,人類和黑猩猩分化之後的時間只有300~600萬年。人類每代大約有20~30年,那他們就必須在10萬~30萬代之內將人類和黑猩猩之間數以百萬計的突變固定下來。這包括至少3500萬單個鹼基的差異10,超過9000萬個只存在於人類而不存在於黑猩猩的DNA鹼基對10 ,近700個只存在於人類而不存在於黑猩猩中的基因(大約佔全部基因的6%),11更有成千上萬的染色體重組。而且,黑猩猩的基因組比人類基因組大13%12,這個差異主要是由於黑猩猩染色體末端的異染色質所致。這一切基因組差異都要在一個非常短的進化時間內出現。即使95%以上的基因組是沒有功能的,時間還是不夠,但如果垃圾DNA是有功能的話,他們的處境將變得更加嚴峻。每發現一個垃圾DNA的新功能,都讓進化論者的處境雪上加霜。

“垃圾DNA ”的一個重要類型是“逆轉錄轉座子”,曾被認為是因古老病毒感染而留下的,這些病毒的DNA被隨機插入到(例如)人類的DNA中。

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大段的人類DNA是進化的殘餘,是無用的垃圾,這個觀念本身已逐漸變成垃圾了。

恩特• 福克納(Enter Faulkner)等人(2009年)在人類和小鼠身上進行研究工作,他們發現有6%至30%的RNA,其合成的起始點位於在逆轉錄轉座子內13。逆轉錄轉座子的分佈顯然不是隨機的。這令人震驚,但他們補充道,這些RNA通常只在特定的組織中合成,似乎有不同類型的逆轉錄轉座子在不同的組織中參與調節基因的表達。他們的結論從一開始就似乎不支持逆轉錄轉座子是進化的垃圾這一想法,後來結果則更好。原來,逆轉錄轉座子存在於基因密集的區域,且在基因組內有明顯的群集現象,顯示其分佈的非隨機性。當他們出現在蛋白質編碼基因的上游,就為基因轉錄提供了多個起始位點,產生大量互不相同的mRNA和非編碼RNA。在轉錄產物的下游,超過四分之一的蛋白質編碼基因(RefSeq基因14)在3 '端的非翻譯區(UTR)內含有逆轉錄轉座子的15,其作用是減少蛋白質合成量。他們得出結論,這些3'UTR具有強烈的轉錄調控作用。垃圾DNA竟有如此功能!這是人們始料未及的。他們根據逆轉錄轉座子分佈的,發現了基因組內多達23,000個潛在調節區域。此外,他們還發現了2000處由逆轉錄轉座子導致的雙向轉錄(DNA在兩個方向上“閱讀”,而不是人們認為的一個方向)。

福克納等人一度淡化他們自己的結果,他們指出只有某些逆轉錄轉座子含有活躍的啟動子,而且這些活躍的啟動子中只有一部分有功能。他們並不強調逆轉錄轉座子有著通用的功能。然而,正如福克納等人也指出的,逆轉錄轉座子數量龐大,其中有成千上萬的啟動子就存在於蛋白質編碼基因的旁邊,影響著這些基因的調控和(假設中的)演化。他們的結論是,逆轉錄轉座子在整個基因組範圍內對轉錄有關鍵影響,“對哺乳動物全部轉錄產物的輸出功能進行多方面的調節”,“無處不在地影響著轉錄的起始和轉錄的調節”, “在將來的基因組研究中必須將它們看作轉錄機器。”

這些結果令人瞠目。隨著基因組調控越來越複雜,而且越來越多的基因組被證實是有功能的,人不禁要問:進化論者的垃圾DNA概念還能堅持多久?然而,他們必須堅持下去,因為如果沒有垃圾DNA,他們將失去一個最有力的論據。他們最近剛失去了一個最喜歡的證據:基因組中存在古老的失活病毒。逆轉錄轉座子並不是過去無用DNA的殘留,而是與哺乳動物基因組極其複雜的調節網絡相整合,發揮著功能!

我想指出,持年輕地球論的神創論者並不要求整個基因組都有高度的功能。雖然我猜測最終人們會發現,基因組中的大部分序列直接或間接地參與轉錄調控,但也許,基因組中有一大部分只是為有功能的元件提供臨時性架構,就如在三維基因組的摩天大樓外搭起的腳手架。即使不直接參與基因調控,其序列特異性也許很弱,這些部分還是有功能的(因為這些結構是必需的)。我們必須等到最後(充分的研究結果)再來看它們是如何工作的。現在,讓我們振作起來,進化論證的又一個薄弱環節已經暴露出來。

參考文獻

  1. 'Vestigial' Organs Questions and Answers; see especially No joy for junkies.返回文章.
  2. 如,Woodmorappe, J., Potentially decisive evidence against pseudogene 'shared mistakes'. Journal of Creation 18(3):63–69, 2004. 返回文章.
  3. 在大多坍(Great Dothan)的創造-進化爭論,大多坍辯論。 返回文章.
  4. Faulkner GJ, et al., The regulated retrotransposon transcriptome of mammalian cells. Nature Genetics 41(5):563–571,​​ 2009.返回文章.
  5. Haldane, JBS, The cost of natural selection, Journal of Genetics 55:511–524, 1957.返回文章.
  6. Kimura, M., Evolution rate at the molecular level, Nature 217:624–626, 1968.返回文章.
  7. Batten, D., Haldane's Dilemma Has Not Been Solved. Journal of Creation 19(1):20–21, 2005.返回文章.
  8. Batten, D., The Biotic Message: Evolution versus Message Theory. Journal of Creation 11(3):292–298, 1997. 返回文章.
  9. Ohno, S., So Much “Junk” DNA in our Genome. Evolution of genetic systems.Brookhaven Symposia In Biology, no. 23 (Smith, HH, ed.) pp. 366–370, 1972. (Available at www.junkdna.com/ohno.html) 返回文章.
  10. Varki A. and Altheide TK, Comparing the human and chimpanzee genomes: searching for needles in a haystack. Genome Research 15:1746–1758, 2005.返回文章.
  11. Demuth JP, et al., The evolution of mammalian gene families. PLoS One 1:e85, 2006. 返回文章.
  12. 根據基因組規模數據庫(http://www genomesize.com),人類基因組規模被計算為3.2(按照“C值”進行計算,C值是一個比重單位,(在理論上)直接與基因組規模成正比),黑猩猩C值有分歧,分別是3.46, 3.63, 3.76 和3.85。但都表明人類基因組比黑猩猩的小(約8-17%)。 返回文章.
  13. RNA是從DNA到蛋白質的一個中間步驟,是根據DNA通過轉錄過程而合成的。然而,並非所有的RNA都會翻譯成蛋白質,RNA在細胞內有眾多其他的功能。 返回文章.
  14. 一個標準的蛋白編碼基因的目錄。 www.ncbi.nlm.nih.gov/RefSeq 返回文章.
  15. UTR(“非翻譯區”)是mRNA中不翻譯成蛋白質的部分。通常一個mRNA分子的兩端各有一個UTR。 3 ' UTR位於下游,在蛋白質編碼區之後,通常包含一個終止信號、一個多聚腺苷酸信號、及其他特徵性結構。 返回文章.