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
James F. Gillooly, Andrew P. Allen
Biology Letters, Volume 3, Number 1 / February 22, 2007
DOI:10.1098/rsbl.2006.0576
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