对挑战的挑战

让我们回来检查阿亚拉的分析是怎么做的。他反对亚当和夏娃的两人袓先谱系, 是基于群体遗传学模拟随着时间而来的人群基因变化频率,以及祖先基因谱系如何易于凝聚在一起。他用来重建这些谱系树并计算祖先族群大小的方程式有赖于简化和假设,使数学可以运作,正如我前面所言。这些明确的假设包括在时间过程中有一个恒定背景突变率, 正在研究的DNA序列中缺乏遗传基因的拣选,群体的成员随意交配, 繁殖的群体大小没有因移民增加或缩小,并有恒定的群体人口。如果这些假设变得不切实际的话,这模拟的结果可能存有严重的缺陷。

群体遗传学模型中也有埋着隐藏的假设, 是被依赖来证明它们的结论,例如,谱系树的绘制法假定共同祖先树的存在。群体遗传学公式还假设随机过程是遗传变化在历史中发生的唯一原因,这是从自然主义得来的一个假设。如果有非自然的因素,甚至是未知的自然原因, 不按着随机过程进行干预而产生的遗传变化, 就不是在它的解释范围之内。

事实证明,从阿亚拉用于他的分析的特定DNA序列HLA-DRB1,是保证会获得高估的数据,因为他没有充分安排两个上述的假设 --- 假设正在研究的DNA序列中缺乏遗传基因的拣选, 和在时间过程中有一个恒定背景突变率。 HLA-DRB1被称为是有被强烈选择的异合子性能,这意味着有两个不同版本的基因给你一个更好的机会对付寄生虫和疾病。不仅如此,阿亚拉研究的特定区域(外显子2)似乎有一个比背景突变率要高得多的突变率。事实上,它是在我们的基因组的最可变基因之中的最可变区, 并且它可能是一个基因转变的热点(hotspot for gene conversion)这种突变特别可能混淆以共同祖先和简约系列为假设的谱系树绘制法), 我们在下文会讨论此事。阿亚拉确实为第一个问题使用了一个数学修正子数,但是他并没有修正第二个问题。


通过贝里斯特伦等(Bergström et al.)(注6)检测同一HLA-DRB1基因后来的研究, 获得很不同的结果, 所用的基因不能够转译成蛋白质的内含子2(intron 2)。他们选择这个与外显子2毗邻的一个内含子序列, 明显地是要避免强的选择和一个高突变率,和/或基因转换的混淆影响。他们验证了这一内含子的突变率, 与基因组的背景突变率接近。这项研究得出的结论与阿亚拉的研究相异, 是在四百万至六百万年前我们最后与黑猩的共同祖先世代,只有七个版本的HLA-DRB1基因, 而那时长期平均有效群体的大小是10,000,而不是阿亚拉估计的100,000。

换句话说,通过对只是上面假设中的两个结果密切注意,这些研究人员在祖先人口中获到的估计基因数量, 比阿亚拉在他的研究中发现的数量显著地降低(即从32个HLA- DRB1基因数目降低为7个)。但是阿亚拉的模式有更深的问题,我们将在下一节中看到。

种系混淆(Phylogenetic Confusion)

阿亚拉以外显子的HLA-DRB1基因2序列创造了他的进化树, 而贝里斯特伦等人却使用内含子2序列。第三个,多斯亚狄斯Doxiadis 等的研究再次检查黑猩猩、猕猴和人HLA -DRB1基因的种系历史,但这次他们采用的数据, 是从外显子2或内含子1-4取来的序列。出人意料的是,采用外显子2与使用内含子1-4绘成的进化树互相比对之下, 给基因的进化历史带来显著不同的系列,尽管这两组序列都来自于同样的基因。其中有一个在亲缘关系上存在实质的差异: 外显子2比较典型地表现出跨种间的关联,而内含子比较发现种与种之间的种内关联 (注7)。

不和谐种系树的简化示意图示于下列图5.4。 (有关原来的种系树,请参考多斯亚狄斯等,注8)。内含子序列组很明显地是根据品种分布的,而外显子2序列显示没有遵循物种而来的关系。

图5.4 :以内含子和外显子为基础的不协调的进化树。

Illustration: Ann Gauger.

虽然基于基因的进化树有时比较不显示物种之间的亲缘关系, 正如外显子2序列的情况。但是这种情况应该是令人惊讶的, 它表示发生了不同寻常的事情。

更不寻常的是, 用来自同一个基因的相邻节段所绘制的种系树彼此矛盾。它不是因为外显子2是高度可变的, 以及内含子是更保守的。内含子谱系相互之间可以有很多不同的地方。不寻常的是,内含子谱系组都是根据品种排列,而外显子2系别却不是。

一些进化生物学家尝试解释HLA-DRB1种系树的不协调。他们争辩说, 这证明这些基因始源在黑猩猩、人类和猕猴的谱系分离以前的深远进化历史,它是外显子2的数据所定义的基因种系历史。(注9) 还有人认为历史中出现了在跨物种不同的外显子2序列之间, 古迹肽结合基因序列发生改组,但在内含子谱系却不变。 (注10),但是目前尚不清楚,外显子2的这种跨物种分类的序列拼凑, 如何可能不破坏旁边在物种持续的内含子。此外,这将要求初始物种种群, 在漫长的时间周期中混杂在一起。混杂时间周期不太可能持续三千万年之久,因为这是最后一次猕猴、黑猩猩和人类理应拥有共同的祖先的时期。而且外显子分支长度可以媲美有种内关联内含子序列种系树的分支长度, 或是比它更长的事实,表示其中许多内含子谱系已经独立发展了相当长的一段时间,有些很可能已超过三四千万年。因此这个HLA-DRB1种系树的不协调, 不能由共同的祖先来解释,特别是当我们考虑额外的一项数据: 第6染色体的HLA-DRB1区域显示很少重组的迹象。