自然界充斥着遗留物。在进化的过程中，不再对其所有者有益的身体部位最终会逐渐退化，留下萎缩且无用的解剖学遗迹。人类的尾骨就是其中一个例子。其他例子包括生活在完全黑暗中的洞鱼的失明眼睛，蟒蛇和蚺蛇上暗示其祖先进化出腿的微小刺，以及在加拉帕戈斯岛鸬鹚上退化的翅膀，这种动物在一个没有陆地捕食者的岛屿上放弃了飞行能力。
动物的基因组也包含类似的遗迹。就像器官一样，基因在停止发挥作用后也会退化。它们会累积导致其蛋白质制造能力丧失的毁灭性突变，并将它们变成无功能的“假基因”。它们除了能告诉好奇的遗传学家它们的历史之外，没有其他有用的作用。
因此，器官会退化，基因会衰败。这两个过程理应并行不悖，但关于这种情况的文献记录却寥寥无几。加州大学河滨分校的罗伯特·梅里迪斯（Robert Meredith）发现了一个这样的例子，这是一个绝佳的案例研究，其中一个名为釉质蛋白（enamelin）的基因的衰退与牙釉质这一身体部位的丧失清晰地平行。
釉质是一种极其坚韧的材料，覆盖在我们牙齿的外部。许多蛋白质对制造釉质至关重要，包括名称恰当的釉质蛋白，它由同名基因编码。梅里迪斯团队对20种哺乳动物的釉质蛋白基因（ENAM）进行了测序，这些哺乳动物的牙齿要么没有釉质层（如土豚、树懒和犰狳），要么完全没有牙齿（如食蚁兽、穿山甲和几种鲸鱼）。
如今，这些物种中的每一个都拥有一个损坏的釉质蛋白基因版本。突变已经侵入这些基因，导致蛋白质在完全形成之前就停止生产。结果是一个损坏的基因，它产生一个矮小、无用的蛋白质。其他哺乳动物则没有这个问题；梅里迪斯发现，在包括猫、牛和海豚在内的29种其他有牙齿的哺乳动物中，ENAM基因功能完好。
这正是人们所期望的，但缺乏釉质与损坏的釉质生产基因之间的清晰联系 nonetheless 令人兴奋。正如梅里迪斯自己所说，这是一个提供了“达尔文进化论预测能力的明确证据”的故事。
该团队还构建了所有这些ENAM序列的家谱，以研究该基因在不同谱系中的进化方式，并重建其在哺乳动物群中的历史。
在任何基因中，改变一些字母会改变其编码的蛋白质的结构——这些称为非同义突变。但是许多改变可以发生而不影响蛋白质——这些称为同义突变。它们实际上是沉默的。非同义突变更为重要，因为即使蛋白质结构发生微小变化，也会对其有效性以及所属动物的命运产生重大影响。
在这两种类型的变化中，对于具有有益功能的基因来说，非同义突变更为罕见。对这类基因进行修改通常是个坏主意，因此它们在进化上的限制性通常更大——这被称为“净化选择”。对于仍有釉质和功能正常釉质蛋白基因的哺乳动物来说，情况确实如此。在它们的谱系中，ENAM基因捕获的沉默同义突变数量大约是非同义突变的双倍。
但在最终失去釉质的哺乳动物群体中，情况则不同。它们版本的ENAM捕获了相同比例的非同义突变和同义突变。在这个群体中，该基因的进化显然已经放松——这就是科学家们所说的“中性选择”。
梅里迪斯还利用他的釉质蛋白家谱来估计该基因在每个哺乳动物谱系中变得无用所需的时间。根据这些估计，他预测了必须追溯到多久以前才能找到仍有釉质的每个群体成员。
对于土豚，你必须追溯到至少2900万至3500万年前，才能找到仍有釉质的物种。对于穿山甲，你必须更早地追溯到大约5500万至5900万年前。到目前为止，已知最古老的土豚和穿山甲化石要比这个年轻得多。不出所料，它们都没有任何釉质，但要真正证实梅里迪斯的预测，化石猎人必须找到这两个群体更古老的代表。幸运的是，那些化石应该存在——釉质是哺乳动物身体中最坚硬的物质，并且倾向于很好地石化。
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参考文献：doi 10.1371/journal.pgen.1000634
图片：动物来自Verdammelt、Stefan Laube、Mariano Cecowski、Malene Thyssen、Montageman和Whit Welles
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