缺失染色体的奥秘（以及来自Facebook创造论者的特别客串）

[注：这篇帖子最终成为四部曲系列的第一部。

第二部分：缺失染色体的奥秘，续：来自你爱炫耀博主的最新消息

第三部分：融合染色体恐慌的四天

第四部分：终于，咆哮的鸭子可以休息了]

我们的染色体确实令人着迷。我们有23对。黑猩猩和大猩猩，我们最近的近亲，有24对。如果你对此一无所知，你可能会认为这对进化生物学家来说是一个生存危机。如果我们确实是与类人猿拥有共同的祖先，那么在我们这一支系分化出去的大约六百万年前，我们的祖先一定丢失了一对染色体。我们怎么可能就这么轻易地失去一整对染色体呢？

仔细观察我们的基因组和我们近亲的基因组，我们会发现我们并没有丢失。我们只是将其中两个融合了。染色体偶尔会融合。这种融合发生在精子和卵子发育过程中，染色体对相互折叠并交换DNA片段。有时，两条不同的染色体会互相抓住，然后未能分离。

科学家们已经观察到人类和哺乳动物都有染色体融合的现象。染色体通常在其中心和末端有独特的DNA片段。有时，科学家会发现某个个体缺少一对染色体，但它保留的一条染色体现在却呈现出奇怪的结构，染色体末端出现在中间，以及其他奇特的特征。

这似乎是一种奇特的突变——有点像把人马和马合二为一。然而，令人惊讶的是，融合染色体是真实存在的，并且有相当数量的正常健康人群携带它们。

如果人类和类人猿确实共享一个共同的祖先，那么两条染色体在我们的祖先身上发生融合是合乎逻辑的。基因组测序的兴起使他们能够检验这一假设。他们发现，人类染色体2号就带有古代染色体融合的痕迹，其核心隐藏着染色体末端的残余。2005年，当一个科学家团队测序了黑猩猩基因组并将其与人类基因组进行比较后，对该假设进行再次检验成为可能。黑猩猩基因组团队能够将人类染色体2号与黑猩猩基因组中的两条未融合染色体相匹配。

肯·米勒（Ken Miller），布朗大学的生物学家，也是2005年多佛创造论审判的专家证人，在他的进化讲座中包含了这项研究。这是一段视频，其中一段讲座，他清晰地阐述了一些证据。

进化生物学之所以如此有趣的写作主题，是因为它不会停滞不前。虽然米勒的描述完全准确，但过去五年已经使其过时。上个月，华盛顿大学的埃文·艾希勒（Evan Eichler）及其同事在《基因组研究》杂志上发表了一项研究，他们更深入地研究了我们缺失染色体的历史。

由于今年早些时候大猩猩基因组的发布，他们得以做到这一点。对人类、黑猩猩和大猩猩基因组的比较证实，大猩猩的祖先在大约一千万年前从黑猩猩和人类的祖先中分化出来。人类和黑猩猩随后才分化。对这三个物种的比较，让我们对融合前的染色体以及之后的变化有了更清晰的认识。

艾希勒及其同事整理了一张图表来阐述这段一千万年的历程，我在这里进行了改编。

通过将人类染色体2号与黑猩猩和大猩猩中未融合的版本进行比较，艾希勒及其同事重建了这三个物种共同祖先的染色体。

条带对应于每条染色体的片段。颜色代表两条祖先染色体（我将称它们为绿色和红色，以免陷入混乱的数字）。哈希标记代表高度不稳定的DNA区域。这些区域富含重复序列，容易意外地发生重复，从而扩大染色体。它们也是染色体与其他染色体交换片段的可能地点。这就是为什么红色染色体末端带有一点绿色。它在比我们、黑猩猩和大猩猩共同祖先更早的时候就获得了绿色染色体的一部分。

然后绿色染色体发生了改变

这里描绘了三个关键事件。首先，绿色染色体的顶部发生了翻转（另一种常见的突变类型，称为倒位）。然后，另一条染色体的一段卡在了绿色染色体的末端，这里用粉红色标出。然后，一段新的DNA卡在了绿色染色体的末端，称为StSat，这里用黄点标出。

大猩猩的祖先随后从黑猩猩和人类的祖先中分化出来。它们经历了大约一千万年的独立进化，在此期间发生了许多事情。例如，绿色染色体顶部的帽状结构被复制并粘贴到其他染色体上，包括红色染色体，甚至粘贴到绿色染色体本身的另一端。在下面的插图中，黄色和粉红色片段以及相邻的绿色片段由一个棕色椭圆形表示。

与此同时，黑猩猩和人类的祖先也在进化。这两条染色体继续发生变化，如下图所示。

StSat的一个拷贝被粘在了红色染色体的末端，然后绿色染色体顶部的粉红色和绿色片段发生了翻转。

图右侧的染色体显示了在我们两条染色体融合之前它们的样子。当人类和黑猩猩谱系分裂时，每个谱系都继承了它们。在每个谱系中，它们都以不同的方式进化。

在黑猩猩谱系中，染色体没有融合。而是发生了这种情况。

绿色和红色染色体上的帽状结构被大量复制，并出现在许多其他染色体上。

最后，这是在我们祖先与黑猩猩分离后，人类发生的变化。

这两条染色体融合了，帽状结构被删除了，包括StSat。它不再能在我们的基因组中传播，就像它在黑猩猩和大猩猩中发生的那样。

这项研究在增进我们对人类染色体如何进化的理解方面取得了重要进展——这也具有医学意义，因为染色体末端DNA的重复可能导致危险的突变，从而引起遗传性疾病。此外，看到我们的染色体实际上是一个古老的拼凑品，也很有趣。

巧合的是，我通过一个非常曲折但富有启发性的方式发现了这篇论文——在“熊猫拇指”网站上，昨天我了解到生物学家尼克·马茨克（Nick Matzke）正在一个创造论的Facebook页面上试图纠正一些错误。该页面由一个名为“生物学研究所”（The Biologic Institute）的组织设置，该组织正在推广其两名员工的一本新书，书中声称揭示了人类进化论的全部缺陷。他们链接到了一个由智能设计宣传机构Discovery Institute运营的网站上的一篇帖子，其中提供了一些关于这本书的细节。这本书名为“笼罩在我们人类起源之上的一层面纱”，作者是大卫·克林霍弗（David Klinghoffer）。

马茨克发表了几条评论，解释了他们为何出错，以及人类进化的实际证据是什么。生物学研究所对此反应不佳：他们突然宣布Facebook不适合辩论，并将评论限制在100字以内，或者干脆关闭整个页面。

我觉得这极具讽刺意味，所以我也加入了进来。我指出，他们链接的网站不允许评论（这在创造论网站上相当普遍）。所以除了在Facebook上提问，别无他法。而我的问题是关于染色体融合的。

克林霍弗宣称：

染色体融合的证据，首先，是极其模糊的。在达尔文的论述中，人类拥有23对染色体而类人猿拥有24对，这一事实清楚地表明发生了一次事件，即人类染色体2号是由融合形成的，留下了端粒DNA的痕迹——端粒DNA通常出现在染色体末端作为保护帽——却出现在了本不该出现的中部。因此，是共同的祖先。

但凯西（Casey [Luskin]，来自Discovery Institute，该书合著者）解释说，这个推断有很多问题。即使真的发生了这样的事件，而且人类曾经有24对染色体，也绝不意味着这发生在人类出现之前的某个时期。没有什么可以阻止我们设想，人类种群瓶颈完成了从早期人类社群一部分到全部的融合染色体2号的传播。

但事件本身是否发生就远未确定。染色体2号中部存在的端粒DNA并非独特的现象。其他哺乳动物的基因组中也存在这种情况。即使是独特的，它的含量也远低于我们对两条端粒融合的预期。最后，它以一种“退化”、“高度分歧”的形式出现，如果融合发生在六百万年前的近期，正如达尔文的解释所认为的那样，就不应该出现这种情况。

我感到困惑，于是我在Facebook上询问，关于染色体形态不符合六百万年前融合的预期，有什么证据。

接下来是一场荒谬的推诿，我将在此重现其中一部分。

生物学研究所：抱歉，卡尔，哪个链接包含那段引文？

我：我正在引用你链接的页面。

生物学研究所：啊！这些证据就在那篇帖子描述的书里。

卡尔·齐默尔（Carl Zimmer）：换句话说，我们只能通过购买这本书来核实这些说法吗？在同行评审的期刊上没有发表任何证据吗？

[没有回应]

卡尔·齐默尔：你们推荐的这本书是由两位生物学研究所的员工写的——就是你们这个Facebook页面所在的研究所。为什么你不能在这里描述你关于染色体融合的证据？

[一小时过去了。没有回应。]

卡尔·齐默尔：你好？有人在吗？你们是选择不回应我要求提供你们书中证据的要求吗？你们是如何计算出六百万年前染色体融合后的DNA应该是什么样子的？

生物学研究所：卡尔，你以写书为生。你会在你的博客上为你写的内容在任何人询问时都进行排练吗？

卡尔·齐默尔：你好，生物学研究所。如果我在在线论坛上对科学发表了强有力的声明，并且有人向我索要证据，我不会说：“嗯，你只需要读我的书。”我会提供证据——我会引用我基于的同行评审研究。但嘿，如果你能指出一篇科学论文，其中包含计算显示染色体融合不可能发生在六百万年前，我将非常满意。如果真有这样的论文，我可以自己去找。

好吧，这就是我从生物学研究所听到的最后消息。他们仍然没有在自己的帖子中回复。然而，我确实收到了一个读过这本书的人的回复，保罗·麦克布赖德（Paul MacBride）。（他在这里写了一篇评论。）这是他在Facebook上留下的评论。

卡尔，我可以告诉你你问题的答案，因为我读过这本书。卢斯金没有提供任何证据。好吧，更确切地说，他引用了这篇论文中的一个问题 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12421751 “如果融合发生在约600万年前的端粒重复阵列内，为什么融合位点的阵列如此退化？” 但没有引用他们的三个Suggested Answers。卢斯金声称，如果发生了染色体融合，那应该是两条染色体的整洁、有序的连接，任何其他情况都是“进化的问题”。戴夫·维斯克（Dave Wisker）在熊猫拇指（Panda’s Thumb）的一条评论中简洁地回应了这一点 http://pandasthumb.org/archives/2012/07/paul-mcbrides-r.html#comment-288503

麦克布赖德提到的那篇论文？就是我开头提到的2002年的论文，那篇提出了基于人类基因组研究的融合证据的论文。换句话说，这本新智能设计书的作者是从一篇十年前的论文中（你可以自己查，这篇论文是免费的）随意挑选了一句话。看来，这就是他们所有的证据。如果有人告诉你智能设计的科学有多么令人印象深刻，比进化生物学优越，我建议你用这个例子来告诉他们他们有多么错误。

我很久以前读过这篇2002年的论文，但麦克布赖德的链接让我重新阅读了它。我还注意到，包括艾希勒的新论文在内的许多近期论文都引用了它。这恰恰说明了，你在最意想不到的地方也能学到新东西。

更新：天哪，这些人为了避免直接给我证据，真是无所不用其极。

更新 #2：事实上，他们会做得更多——这是我过去四天以来对这件事的总结。

更新 #3：五天后，我终于得到了答案。它证明了创造论者是错误的。至此，这个奇怪的故事告一段落。

[半人马骨骼图：维基百科]