Fruit Fly

約在三年前,生物學家們對究竟是什麼造成型態的演化有了場大爭議:是基因的改變,還是調控基因的DNA區塊改變才造成型態差異呢?同時,因為缺乏有力的證據可供支持,有些研究人員覺得調控區域的改變其實無關緊要。(Science, 8 August 2008,p.760)。然而現在有了新發現,兩組不同的實驗人員分別於果蠅和無骨魚上進行實驗,結果不僅發現調控區塊的改變的確與生物的適應性有關,並且也揭露了基因表現的細節。


在鹽水中,棘魚的骨盆使得獵食者難以下嚥,然而在淡水中,棘魚骨盆的隆起處卻會造成妨礙,使蜻蜓 或其他的肉食性昆蟲容易抓取棘魚。在2004年,Kingsley和他的同事追蹤淡水棘魚中骨盆的消失情況,發現基因─Pitx1可能是主要的原因。Pitx1在許多成長的階段都會活躍,然而於骨盆的區塊,只有鹽水棘魚的Pitx1會有活躍的情形,淡水棘魚則無。然而,淡水棘魚與鹽水棘魚的Pitx1基因區塊幾乎沒有差異,這暗示著調控基因的DNA區塊才是主因。

他們後續的研究證實了這項猜測,Kingsley與德國的研究學生將DNA切塊分析,找到了一個名為Pel的enhancer,在棘魚的骨盆中可以開啟Pitx1。他們接著比較鹽水棘魚與來自其他九個不同湖泊的棘魚,發現其他棘魚在Pel enhancer的區塊皆有或多或少的遺失,多數的棘魚裡都明顯地遺失了關鍵的488個DNA鹼基。

為了證實他們的假設,Kingsley和他的同事將鹽水棘魚的PelPitx1置入淡水棘魚的受精卵中,結果原本應該沒有骨盆的棘魚長出了骨盆的結構。

至於果蠅的實驗,演化生物學家 Sean Carroll 及 Mark Rebeiz 針對為何在非洲較高海拔的果蠅擁有較深的顏色展開了研究。先前已有研究指出這個顏色的差異來自於一個名為 ebony 的基因。這個新實驗則進一步縮小範圍,他們找出了負責調控基因的 enhancer 區域,指出了會產生不同程度基因表現的五處變異。

腹色較淡的果蠅有三處變異,腹色較深的果蠅也有兩處新的變異。這兩處變異最能夠抑制 ebony 的基因表現,然而唯有當五處變異都存在時才會造成完整的顏色改變。

演化生物學家 William Cresko說:「這些研究有兩個重要的結論:一個是,重大的演化─比如顏色改變─事實上是少數的小步驟造成(enhancer上的多重突變)。第二,在群體中適應性的突變有時不會被察覺。」

謹慎是科學的美德,Creko最後不忘說道:「然而我們還需要更多來自不同的生物類群的案例研究,才能對此一機制擁有全面的瞭解」。可以想見的是,這場爭議還會延燒個好幾年。

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