Only Perception: 蛋白質演化與物種的新陳代謝速率有關

2007-10-05

蛋白質演化與物種的新陳代謝速率有關

Driving Force Of Evolution? Evolution Of Proteins Linked To Species' Metabolic Rate
http://www.sciencedaily.com/releases/2007/10/071004100013.htm

October 4, 2007

Science Daily -- 「適者生存（Survival of the fittest）」已通俗地描述演化超過一個世紀，不過根據一項發表在 Royal Society 期刊 Biology Letters 的新研究，提供更進一步的證據：超過幾百萬年的隨機遺傳突變也扮演強有力的角色。

佛州與加州科學家第一個將蛋白質，這種有機化合物決定生物的結構與功能，的演化與一個物種的新陳代謝速率（metabolic rate）連接在一起。

從魚類橫跨到哺乳類的物種中，他們發現蛋白質的演化速率顯然與體型、溫度一樣，端賴新陳代謝速率而定。尤其是他們的數學模型預測，跨物種的溫度增加 10 度，會導致蛋白質的演化速率增加約 300 倍，而體型縮小 10 倍，會導致演化速率增加約 200 倍。

"這暗示若在小而熱的動物與大而冷的動物之間，真有一場演化軍備競賽的話，大而冷的動物將很難追上，" James F. Gillooly 說，佛州大學文科與自然學院動物學助教授，同時也是佛大遺傳研究所的成員。"不過實際上，我們所證明的是，中立進程（neutral processes，不依賴天擇的進程），在支配其演化上很重要。"

天擇，這是英國博物學家 Charles Darwin（達爾文）在 1859 年首先提出的一種概念，是生物學的一種基石，指出，演化是受到生物傳遞其有利特徵（那能幫助他們存活與繁殖）的驅使，並去除不利的。

"我們知道演化依賴動物生活的環境，" Gillooly 說。"而這個研究卻指出，你能觀察不同的物種 -- 而無須知道任何有關他們在各自環境中所面臨的生存與繁殖壓力 -- 你就能獲得這幾百萬年中他們蛋白質演化速率的推論。這讓人相當興奮。"

與 Michael W. McCoy 博士（佛大動物學系的博士後共事者）的合作下，科學家們在魚類、二棲類、爬蟲類、鳥類與哺乳類之間，研究 3 種細胞蛋白質家族 -- 這些是唯一有足夠資料存在，以完成這項分析的蛋白質。

"大體而言，有二個學派在思考什麼會影響演化，" Andrew P. Allen 博士說，加州聖塔巴巴拉生態分析與合成國家中心的研究者。"一派說，環境所支配的改變發生在基因組與某一物種的顯型（phenotype，譯註：表現某一顯性特徵之生物）中，而另一派則說，DNA 突變速率驅使這些改變。我們的發現則暗示，驅動突變速率的生理過程很重要。"

在先前的研究中，Gillooly 與 Allen 決定溫度如何控制物種的形成速率 -- 動物與植物何時演化成新物種。而這個最新的研究則將這些發現帶到基因組層級。

"我們不是在說這個與那個何時發生，某種動物正要長出一條尾巴，" Allen 說。"我們無法進行這種預測，不過這項研究指出，我們或許能預測某種動物演化的有多快，以便能面對某些環境上的挑戰。亦即，我們正在定義所有演化速率的限制。"

最後，研究者發現蛋白質演化速率大部分受到突變速率控制，而突變速率則強烈地受到個體的新陳代謝速率影響。

"關於驅使演化的力量是什麼，是一項持續不斷的辯論，而這是最明暸的研究之一，它說突變就是驅力，" Dan Graur 博士說，休斯頓大學 John and Rebecca Moores 生物與生物化學教授。"如果你想要下一個標語，或許就不是「適者生存」了，而是「最幸運者生存（survival of the luckiest，譯註：剛好變種成最適合生存的情況）」。就某一種特徵是否影響某種動物的競爭與生存能力而論，結果並非由某種特徵的「適合」程度來決定。"

※ 或許熱帶物種繁多跟這個有關。

＊ Changes in body temperature influence the scaling of VO₂ max and aerobic scope in mammals
http://www.journals.royalsoc.ac.uk/content/843w4212714t5w22/?p=4b59f76ef230423699eb36d14a3dd4cd&pi=0