人類和猩猩存在生殖隔離,科學界是如何發現的?

2022年09月05日11:55:21 科學 1064

只有人類?

動物園裡的猩猩,當人們看著它的時候總會情不自禁地朝著它去模仿,或者做一些滑稽的動作。

猩猩沒準兒看了會覺得很開心,因為在它看來,人才是那個「猴子」。

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達爾文進化論影響了現代生物進化研究,但同時越來越多的科學研究已經證明,人類的祖先確實屬於猩猩這一範疇,準確地來講是靈長類動物中的類人猿,後來進化至人科,成為獨有的物種。

人類與猩猩如此相似並不無道理尤其是黑猩猩家族

根據美國在2005年的研究報告中指出,人類的基因組與黑猩猩在DNA水平方面非常相似

科學家發現兩者的基因編碼有著非常,相似的蛋白質在兩個基因組之間的直接比較中,DNA序列的相似程度達到了98.2%

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基因吻合度極高

另外,科學家發現我們身體中的一小部分DNA只有1.6%僅與倭猩猩共享,而不與黑猩猩共享。

相關差異表明,產生人類、黑猩猩和倭黑猩猩的猿類祖先種群數量龐大,並且有著基因多樣性

人類祖先在400多萬年前與倭黑猩猩和黑猩猩的祖先分離,但後兩者保留這種多樣性,知道它們的種群在100萬年前完全分裂成兩個群體。

但問題在於,為什麼人類與黑猩猩的基因如此相似,但在行為模式和進化中的表現卻又如此不同?

兩者的差異主要集中在X染色體中包含的1100個不同的基因,每個基因都會影響身體的特定特徵。

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人類與猩猩有太多相似的地方

例如EM8,它會影響凝血效果,與白血病有關,CPX與面部發育、齶裂有關,OPN1LW與紅色視覺有關等等。

不同的1.2%帶來的便是3500萬個差異,儘管有很大一部分對個體造成的影響並不大,但是差異化帶來的卻是質的改變。

那麼人類是何時何地從猿類中分離出來成為兩足動物中的一個獨立分支呢?

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人科的進化關係。

早在3個多世紀之前荷蘭解剖學家尼古拉斯·圖爾普和18世紀博物學家卡爾·林奈都研究過這個問題,最知名的則是達爾文,他也是兩人的繼任者。

現代解剖學的發現表明大猩猩和黑猩猩是最接近的人類,沒有任何物種會如此接近人類。

生殖隔離的揭示

20世紀60年代中期哈佛大學的大衛·皮爾比姆認為拉瑪古猿或許是人類譜系中最早的成員。

當然也有人認為,人類進化歷史的3000萬年里,進化過程如此漫長,要想確定祖先並不是如此簡單的事情。

除了拉瑪古猿,另外非洲猿也是潛在的對象。

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人類其實就是猩猩

從以上的情況來看人類與靈長類動物極大的相似性似乎並沒有為其他靈長類動物帶來變化。

或者說,同樣作為靈長類的人類在進化過程中為何沒有與其他靈長類動物出現雜交,以及發展出其他不同群體。

靈長類動物與人類有生殖隔離在今天並不是一個秘密,現代科學告訴生殖隔離主要由染色體決定,染色體的配對和基因結合是形成物種的關鍵

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染色體表達

多倍體,即染色體補體的倍增可能會在一代內產生一個新物種,從其祖先物種升值分離。

例如二倍體祖先雜交的四倍體植物會產生不育的雜交種後代,這種情況在被子植物中更為常見。

染色體重排概念中,羅伯遜融合、裂變、易位和倒位可能會在物種中起作用。

不少相關模型表示,染色體重排加速了種群之間的基因多樣化,因此促進了物種形成

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一套完整的遺傳信息由46條染色體組成

科學家在兩類模型的考慮中,將其成為物種形成的「混合功能障礙」和「抑制重組」的模型。

雜交功能障礙模型表明,重排染色體之間的重組會產生配子,其中一些染色體片段會被刪除。

而另一些會被複制,由此進一步產生部分生殖障礙

這是因為異核型雜交體會表現出低水平的生殖適應性,這被稱為「優勢不足」。

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染色體重排的過程

染色體重排可能首先通過隨機漂移在一個小的局部群體中建立,無論祖先物種分布的區域是否在外圍還是內部。

如果其個體在該區域中表現出高適應性,並促進合子前分離機制的進化,這將會抑制雜交種的形成。

該模型進一步指出,如果雜交種的適應度降低,則染色體突變將被選中,然後從種群中消除

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可能的合子前分離機制概述

儘管有小概率情況下會發生隨機漂移,但因為它不太可能在其祖先群體中建立降低雜合子適應性的染色體重排。

尤其在雜交劣勢只是非常輕微的狀態下,生殖隔離的自然選擇也會變得很弱。

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人類黑猩猩染色體圖譜

科學家在對人類物種形成的基因研究中證實,人類和黑猩猩之間發生了大量的染色體重排

尤其是九條染色體在人類核黑猩猩之間表現出中心到位的現象。

九條染色體中包括1、4、5、9、12、15、16、17,其中人類第二號染色體代表黑猩猩中存在的兩條近端著絲粒染色體的融合。

其他染色體則有12、13號,如果這些染色體重排發生在黑猩猩和人類祖先種群分化的早期,那麼它們在分化種群中偏向等位基因將被困在染色體屏障上。

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人類和黑猩猩 7 號染色體信息圖

因此這會導致兩個群體在適應自身不同普遍環境時發生基因分化,不相容的積累會逐漸導致生殖隔離和物種形成。

人類與猩猩

DNA測序,科學家如今可以通過更為先進的技術進行遺傳學考證,從而可以在去全基因組範圍內識別與生殖隔離的基因座,並在不同譜系間進行比較。

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相關研究表明性染色體或許是大多數動物分類群中生殖隔離重要驅動因素,這裡面同樣也包括人類。

現代科學表明,古人類中存在雜交現象尼安德特人Y染色體序列並沒有在現代人類基因組中被發現,其中有許多基因來自遠古人類祖先減少的區域,即沙漠地區。

不少發現表明,X和Y染色體區域可能在雜交期間參與了生殖隔離,因此不合適的雜交種進行選擇會限制性染色體的基因滲入,從而迅速清除了古代祖先。

科學家為了解決這類問題,他們在識別與自然雜交區中的2個現代靈長類動物種群之間的生殖隔離特徵一致的基因組區域來解決這個問題。

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人類進化中的雜交

科學家鑒定了廣泛又連續的X染色體序列,其區域與人類和吼猴X染色體表現出高度的保守性,與哺乳動物的X染色體的保守性一致。

常染色體相比,X染色體的基因滲透減少了,這是因為合子後生殖隔離而導致的基因組特徵。

科學家的實驗結果表明,選擇可能以不同方式塑造X染色體和常染色體的基因滲入。

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靈長類動物雜交區映射出的人類X染色體

最終結果顯示,基因滲入水平顯著降低了X染色體區域與人類基因組中遠古時期的減少區域重疊,這表明靈長類動物生殖隔離有共享基因組結構。

換句話說,人類與黑猩猩的生殖隔離已經體現在了基因本身,這就好比錯誤的鑰匙無法打開正確的門。

人類這一物種在進化的過程中經歷了相當迅速的變化,我們沒有機會也沒有時間在基因發展變化中與靈長類動物基因發生融合,

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這在一開始就決定了人類在進化的道路上註定要走屬於自己的道路,我們沒有辦法去解決生殖隔離上的問題。

研究人類起源和尋找人類祖先,對於人類來講能夠提供對進化史更多更深刻的見解,例如人猿物種多樣性,從基因方面研究人口爆炸等等。

這是大自然賦予人類的機會,最終讓我們站在這顆星球上,俯瞰一切。

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