不编码蛋白质的DNA毕竟不是遗传的“垃圾”

柯林斯避免了通常的简单说法: 两个物种之间的共用遗传功能相似性必然证明他们共用一个相同的祖先, 他承认遗传功能的相似性“本身当然并不能证明有一个共同的祖先”。因为一位设计者可以重复地使用“成功的设计原则”。 (注6)。相反地,柯林斯提供一个不同的观点: 他列举了古老重复元素 (Ancient Repetitive Elements: AREs) , 被称为没有功能的垃圾 DNA, 在他看来, 这证实了达尔文的进化论和人/猿有共同的祖先。

在哺乳动物的基因组中常见重复的元素。我们, 猿, 和老鼠都有。它们在我们的基因组中常出现在同样的位置上。柯林斯坚持这些AREs是“遗传上漂流的废物”(genetic flotsam and jetsam)并且是“对认为神从无中创造所有物种的想法有压倒性的挑战”。(注7) 在他看来, “除非人愿意相信神将这些砍了头的AREs元素放在这些精确的位置上来混淆和误导我们, 这些AREs是来自一个人类和小鼠共同祖先的结论几乎是不可避免的”。 (注8) 听起来柯林斯很像无神论达尔文学者理查。道金斯(Dawkins) 他同样写道, “创造论者应该花一些时间认真地猜测造物主何必在基因组中乱扔垃圾……这些串联重复的 DNA垃圾”。(注9) 值得注意的是柯林斯和道金斯在基本上正在使用一个神学论点“上帝不会那样做”作为科学的争辩。他们的神学立论是否健全将留给他人去衡量, 但他们的科学观点已被证据推翻。

科学文献却与柯林斯和道金斯的结论相反, 甚至粗略审查这些文件,都会表明简单地假设重复的和不编码蛋白质的DNA是无用的基因“垃圾”,是极端不恰当的。

开明的科学家在柯林斯写他的书很久以前已经理解这一点。2002年,生物学家理查德·斯滕伯格(Richard Sternberg)查阅科学的文献, 发现了AREs有功能的大量证据。他在纽约科学院年鉴(Annals of the New York Academy of Sciences) 写道: AREs现在的功能包括:

斯滕伯格认为,“自私的垃圾DNA和所有相关框架的叙述必须加入其他新达尔文的进化论“圣像”行列, 尽管他们与实证有差异, 却继续在科学文献中出现。”(注11) 其他遗传研究继续发现各种类型重复DNA的功能,包括散布核短元件(注12),散布核长元件(注13), 和Alu序列(注14), 一份研究报告甚至建议重复的Alu序列可能参与人体中的“高级脑功能的发展”。(注15)许多各类不编码蛋白质的DNA的其他功能已被发现, 其中包括:

斯滕伯格,以及芝加哥大学遗传学家詹姆斯·夏皮罗在2005年曾预言说:“有一天,我们会认为以前所谓的垃圾DNA?, 乃是真正细胞控制专家系统的重要组成部分。” (注23)

斯滕伯格和夏皮罗所预见的这一天, 可能比预期更快到来。 2007年, 《华盛顿邮报》报道,一个巨大的科学联合项目ENCODE,发现“人类遗传密码的三十亿字母”,绝大多数在以前看不见的任务组中忙于劳作”。(注24)根据在《自然》 (Nature)杂志一篇关于该项目的报告:

在不编码蛋白质的DNA被生物学普遍称为“垃圾”DNA的世界里, 我们有一个迷人的但令人迷惑的新认识。一个国际合作研究项目称为DNA元素百科全书(ENCODE)的学者表示, 在含有很少量制造蛋白质的编码序列的选定基因组部分, 介于74%和93%的DNA被转录成核醣核酸RNA。多量不编码蛋白质的DNA具有调节作用, 不同品种的小RNA似乎用以控制基因的表达, 在DNA和RNA转录方式的研究上仅在渐露端倪的开端。(注25)

2007年在《自然遗传学评论》(Nature Reviews of Genetics)名为“全基因组的转录和基因组结构的影响”的论文中,对这些不编码蛋白质的DNA的神秘的广泛复杂功能和重要性质作如下的解释:

证据表明,大多数的人类基因组DNA的两条链都可能被转录,这意味着基因组的转录单位和调节元件的大量重叠。这些观察结果表明,基因组结构不是只有一个功能的,而是代替交织和模块化,并且该相同的基因组序列具有多项功能:即用作多个独立调节的转录物和作为调节区。(注26)

同样地,一篇《科学》 (Science)杂志2008年的报告发现, 几乎所有被详细研究的真核细胞基因组都被转录, 产生巨量不制造蛋白质的RNA, 其中很有可能是有功能的:

科学在过去的几年中已经表明, 所有被研究的真核细胞的基因组几乎都完全被转录,产生巨量的非制造蛋白质的RNA(非编码RNA )。与此同时,人们越来越明显了解,许多这些RNA都有调控功能。在这里我们强调最新的研究进展,说明非编码RNA 控制的基因组动态,细胞生物学和多样性的发展模范。 (注 27)

这报告接着具体地阐述重复元素如何发挥着细胞控制中的功能:“由于大量的重复序列被转录,这可能代表整个基因组控制染色质结构的策略, 并可能被保守贯穿真核生物界”。 (注28)

在2003年的一篇《科学》杂志一篇文章中作者承认, 类似柯林斯所使用的“垃圾DNA ”的标签, 实在阻碍了科学家寻索非编码重复元素的功能:

虽然朗朗上口,术语“垃圾DNA ”多年来拦阻了主流的科硏人员研究非编码DNA,除了一小部分的基因组的“流浪汉”(clochard)以外, 谁想在基因组的垃圾堆中捡破烂?然而像平时一样, 在科学界也有一些“流浪汉”冒被嘲笑的危险, 去探索不受欢迎的领域。因为他们的努力, 人们对垃圾DNA的看法 , 特别是重复元素,于20世纪90年代初开始改变。现在,越来越多的生物学家把重复元件当作为基因组的宝库。 (注29)

尽管与普遍达尔文的假设相反,这文章得出的结论是,“重复元件不是无用的垃圾DNA,而是真核基因组的重要组成部分。”(注30)

除了重复元素,另一种柯林斯所引用的“垃圾DNA”来支持猿/人共同的祖先是“假基因”(pseudogene)。

柯林斯在《上帝的语言》中写道,人类有一个假基因(胱天蛋白酶caspase-12)是无功能的,他问道: “为什么上帝要烦劳在这个精确的位置插入这样无功能的基因呢? ”(注 31)。他在他后来的书《科学与信仰的语言》(2011年)引用同样的数据, 所谓无功能的维生素C假基因。他说,“宣称人类基因组是由上帝的独立创造,而不是从一个共同的祖先进化而来,意味着神在我们的基因组中插入一个破碎的DNA片段, 这是无稽之谈。”(注32)同样,布朗大学的生物学家肯尼思.米勒援引这等假基因作为“压倒性”的证据, 因为“共同的祖先, 是唯一在同一个基因中有那么多的匹配误差的可能解释。”(注33)

但假基因真的是无功能的破碎的DNA吗?

像AREs一样,假基因的多种功能已经被发现了。(注34) 事实上,两个权威生物学家在《遗传学年度评论》(Annual Review of Genetics)写道, “已经被适当调查的假基因常常表现出功能性的作用。”(注35) 同样 2011年在RNA杂志的论文,标题为“假基因:伪功能或在健康和疾病中的重点监管”,辩称假基因不应该再被假定为“垃圾”。“假基因早已被贴上‘垃圾’DNA的标签,是基因组在进化过程中产生的基因失败拷贝。然而,最近的结果正在挑战这个称呼;事实上一些假基因, 似乎有调节编码蛋白质表兄弟基因的潜能。”(注36)

事实上,一项研究表明,即使是柯林斯引用的胱天蛋白酶(caspase-12)假基因(注37)也可产生一类在人体中的功能蛋白质,“CARD-only protein”。(注38,39) 这研究还表明,人类的胱天蛋白酶在某些生物途径中有相互作用, 并鼓励科学家去研究胱天蛋白酶12假基因,以了解它的功能:“因为人类的胱天蛋白酶假基因在结构上堪比ICEBERG和COP/假ICE [CARD-only蛋白质]( 译注﹕都是某些蛋白质的简称), 它们在类似的生物途径中的参与将是有趣的研究”。(注40)

虽然有许多非编码DNA我们仍然不知道它们的功能,但柯林斯是错误的,因为他简单地认为重复DNA绝大多数是无功能的是“遗传上漂流的废物 (genetic flotsam and jetsam)”或假基因是“破”的DNA。在过去的5 - 10年的基因组革命, 已发现非编码DNA元素的众多功能, 具有讽刺意味的是柯林斯本人作为前人类基因组计划带头者, 曾参加过一些这方面的研究。也许这就是为什么在柯林斯《上帝的语言》一书面世后一年, 他开始收回到他对公众推广垃圾DNA的想法, 他甚至告诉一名记者,他“已停止使用这名词。”(注41)

尽管柯林斯明显地收回这想法,他参与创立的BioLogos基金会仍继续以垃圾DNA的范式来劝导信仰团体的成员, 促使他们接纳生物进化论。(注42)。实际上以垃圾DNA来看待非编码的DNA是一个日益过时的方式,并且它在证明常见的人类与猿有共同祖先理论上的用处是值得怀疑。