抗冻蛋白

深蓝色的畅想

为了在北冰洋和南极洲附近的寒冷海水中生存，海洋生物演化出了许多抵御致命低温的方法。一种常见的适应手段是产生抗冻蛋白（AFPs），用来阻止冰晶在血液、组织和细胞中生长。事实上，许多生物都独立演化出了这种适应性，抗冻蛋白不仅存在于鱼类中，也存在于植物、真菌和细菌中。

　　图1：胡瓜鱼能在寒冷的环境中生存是因为它们的抗冷能力中含有一种抗冻蛋白质。新的研究表明，表达这种蛋白质的基因可能是从另一种冷水鱼——大西洋鲱鱼——那里直接转移给了胡瓜鱼

　　因此，鲱鱼和胡瓜鱼这两种鱼类都能产生抗冻蛋白也就不足为奇了，它们通常就在大西洋和太平洋的最北部游弋。然而，令人惊奇的是，这两种鱼具有相同的抗冻蛋白基因，要知道它们的祖先早在2.5亿年前就分道扬镳了，而与它们关系密切的所有鱼类都没有这种基因。

　　研究人员对此给出了一个非正统的解释：这个来自鲱鱼的基因通过水平转移直接成为了胡瓜鱼基因组的一部分。这种转移并不是通过杂交实现的，因为鲱鱼和胡瓜鱼之间不能杂交，很多失败的尝试都证明了这一点。换句话说，鲱鱼的基因并非通过正常的性通道进入胡瓜鱼的基因组。

　　这个很大胆的观点可以理解为：某个基因可以从一条鱼直接转移到另一条鱼身上。在以往的认识中，水平基因转移（又称侧向基因转移）不会发生在任何动物身上，更不用说脊椎动物了。但是，随着科学家对胡瓜鱼研究得越多，证据开始越来越清晰。

　　事实上，这样的现象并不罕见。近年来，对许多动物——包括鱼类、爬行动物、鸟类和哺乳动物——的研究都得出了类似的结论：曾被认为是微生物独有的DNA横向遗传现象，也会出现在生命演化树的各个分支上。

　　这些基因水平转移的例子“相当令人惊奇”，因为长期以来的传统观点认为，这种情况在真核生物中不太可能，或者说不可能发生。然而，胡瓜鱼基因组和其他发现都表明，基因的水平转移在生物演化中发挥了重要作用。

　　观点的交锋

　　早在21世纪初，科学家研究抗冻蛋白时就十分惊讶地发现，胡瓜鱼的抗冻蛋白基因与鲱鱼的一个抗冻基因惊人地相似，二者的内含子有超过95%是相同的。内含子是DNA中非编码的片段，通常比编码区突变得更快，能得出的唯一结论是，这个基因发生了水平转移。

　　然而，当研究团队试图发表这一发现时，却发现自己面临着巨大的阻力。2001年，在描述人类基因组新近测序结果的一系列重要论文中，有一篇论文根据人类基因组与一些动物基因组的比较，提出了细菌基因可以进行水平转移的惊人主张。这些说法很快被另一项研究推翻。该研究指出，细菌与人类之间的物种谱系曾经拥有这些基因，但后来又失去了它们。

　　即使在抗冻蛋白这篇论文最终于2008年由《公共科学图书馆·综合》（PLOS ONE）发表之后，其结论仍受到质疑。大约有一半研究领域的人说，‘哦！这真的很酷！’而另一半人会说，‘不，我们不相信你’。”

　　对这些发现的质疑是可以理解的，因为对真核生物而言，其基因水平转移似乎有着不可逾越的障碍。细菌中基因水平转移很常见，而且很容易做到，因为细菌的DNA就在它们的细胞质中。如果一个DNA片段能够通过细菌的细胞壁和细胞膜，那就没有什么能阻止它整合到基因组中。但对于真核生物，其基因组都被封闭在第二道屏障，即细胞核中。大多数情况下，它们的DNA紧密地凝聚在染色体中，限制了其他基因剪接进入基因组的机会。此外，为了在真核生物物种中实现基因的水平转移，它就不能只简单地整合进任意细胞的DNA，而是需要进入生殖细胞，最终传递给后代，并在种群中持续存在。在许多科学家看来，这一连串的事件似乎极不可能发生。