几千万年的时间,就能把一种陆生或者半水生,放现在也许只有中型犬大小,长着蹄子的哺乳动物,变成完全水生的海洋哺乳动物,顺便还占据了最大哺乳动物的宝座。你猜对了,就是鲸类。
而且更有意思的是在这几千万年里,这两个差了几千万年历史的物种在某些方面几乎没有变化,比如颌骨的形态。哪怕过了几千万年,鼻呼吸道从紧挨着嘴巴的的地方慢慢迁移到脑瓜顶,鲸类的上下颌还是那么又尖又长,其中保留牙齿的鲸类,其牙齿可以说还是几千万前年刚下水时候的样子。其他骨骼却是天差地别,海里那类直接退化掉后肢,前肢由蹄子演化回鳍,以一种非常奇特的泳姿纵横万里海洋。
根据各种化石记载与现存水生非鲸类脊椎动物活体的记录,这些在水里游的脊椎动物都是肌肉让脊椎左右弯曲来推动水流,而鲸类则是让肌肉带动脊椎上下(对应人类则是前后)弯曲来推动水流,尾巴也特意演化成了水平尾鳍。这就是鲸类的绝活,绝活到连后肢都可以不要。
就我坐这儿回答这个问题的时候,我的体内就正在发生着基因突变。
此时我体内的细胞正在分裂,复制DNA的时候需要一个碱基一个碱基地被复制;人类基因组如此之长——超过 30 亿个碱基——即使是百万分之一的惊人低错误率,每次细胞分裂也可能导致 10 个新突变。
我们平时在晒太阳、坐飞机、喝酒、抽烟的时候,无一不是在促进新的突变。
哪怕是遗传给下一代的突变,据估计,每次人类 DNA 代代相传时都会积累 100-200 个新突变[1]。
大多数都看不出来啥影响吧?
所以,突变绝大多数时候是没有什么影响的,或者即使有影响,也不会立即出现翻天覆地的变化的。
这种随机的错误(突变),正是我们适应环境的表现之一,总有一些突变能够更适应环境让族群更好延续(也有一些突变能够加速死亡,比如癌症相关的)。
人工选育合适的突变基因在农作物、家禽、家畜、宠物身上应用了很多年了,一些稳定的遗传突变多年累积起来,可以让后代与它们的祖辈完全不一样。
玉米、水稻、小麦等等都是人类祖先有意识的挑选那些更适合人类喜好的后代(产量高、味道好)进行培育,逐年挑选,就成了现代我们看见的样子。这个过程称为「驯化」。
比如下图左:玉米的祖先墨西哥类蜀黍(又名大刍草);右:现代玉米(图片来源:Doebley, 2014, Annu. Rev. Genet. 38:37–5)。
回到人体身上,某些癌基因的突变就可能会导致人获得癌症,某些基因突变也可以让人免疫艾滋。艾滋病毒控制者——虽然感染了艾滋病病毒,但不能发展为艾滋病——具有HLA基因变异,可促使特化细胞涌入,攻击对病毒功能至关重要的蛋白质。
基因突变虽然随机且大多没有意义,但是里面也充满了惊喜。