进化不仅仅关乎你获得的基因，也关乎你丢失的基因。在人类听来，“失去”这个词带着痛苦和悲伤，因此很难理解它如何与生命的 [繁荣] 和复杂性有关。直到最近，进化生物学家才开始关注丢失的基因，因为他们之前专注于新基因的出现。他们发现，新基因的产生方式有很多。例如，一个基因可能会被意外复制，然后副本发生突变，产生新的功能。或者，两个独立基因的片段可以融合在一起，产生一种新型蛋白质。或者，一个旧基因可能获得了一个新的开关，可以根据不同的信号来开启或关闭它。随着越来越多的物种基因组被测序，科学家们一直在其中搜寻新基因。他们寻找那些在某个物种或某个物种群中独有，而在远缘生物中找不到的基因。他们想区分那些普遍存在于生命体中的旧基因，以及那些在一个谱系中创造了新身体构造的新基因。以脊椎动物最亲近的现生近亲之一——一种叫做 海鞘 的纤细管状生物——的基因组为例。科学家发现，它超过 2500 个基因（占其整个基因组的六分之一）也可以在鱼类等脊椎动物的基因组中找到，但在果蝇或醋虫等无脊椎动物的基因组中却找不到。因此，科学家们认为，这可能是一些使我们脊椎动物区别于其他生物的基因。然而，在过去的几年里，进化生物学家也对消失的基因产生了兴趣。导致基因丢失的突变是相当容易理解的。一个基因可能最初因为某种失活突变而被关闭。后来，通过一次复制错误，基因可能被完全从基因组中剪除。这些基因删除可能是毁灭性的，导致迅速死亡或长期痛苦的疾病。但在某些情况下，这种丢失是可以承受的。个体在没有该基因的情况下也能生存，并且随着时间的推移，越来越多的人能够生存，直到该基因在物种中完全消失。基因丢失在寄生虫和共生生物的进化中尤为重要，这些生物生活在我们细胞内。例如，我们对依靠消耗氧气的细菌的生存至关重要，这些细菌在大约 20 亿年前入侵了我们的细胞，并演变成了线粒体。与它们的自由生活亲戚相比，线粒体已经丢失了绝大多数基因，只保留了它们仍然需要的少数基因，以维持它们与宿主（我们）之间的共生关系。对于生活在拥有自身基因且能够产生与自身功能相似的蛋白质的宿主中的生物来说，丢失一个基因实际上可能是一种优势。线粒体的近亲也进行了基因简化，但原因有所不同。立克次氏体，伤寒的病原体，只能生活在细胞内，但它是一种致命的病原体，而不是一种有益的共生体。然而，自由生活的生物也丢失了相当一部分基因，而那些忽视这一点的人可能会误读生命的 [历史]。一个典型的例子：细菌不仅可以通过遗传获得基因，就像我们一样，还可以从其他细菌那里窃取基因。（想象一下，通过一次握手，你的眼睛颜色从蓝色变成棕色，就像获得了别人的 DNA 一样。大概就是这样。）科学家们一直在争论这两种进化途径对微生物的重要性。它们是否只交换少量次要基因，还是可以交换它们基因组的核心部分？一些 新的研究 表明，猖獗基因交易的证据很可能仅仅是基因丢失造成的幻象。想象一个烹饪书的比喻。想象一下，很久以前，一个偏远村庄里的一个家庭开发了一种蓝莓汤的食谱。他们将食谱保密，只传给他们的孩子。随着时间的推移，孩子们搬到周围的村庄，带着食谱，并将其传给他们的孩子。但渐渐地，一些家庭分支丢失了它，也许是在厨房火灾中，或者不小心把它扔进了垃圾桶。许多代之后，你进行了一次调查，记录谁仍然拥有蓝莓汤的食谱。你发现，大多数拥有食谱的人住得很近，靠近祖先的村庄。但也有一些孤立的家庭散落在各处，也拥有相同的食谱。你可能会认为，在这些情况下，保密规则被打破了，家庭成员将食谱副本给了陌生人。只有了解了谁丢失了它，你才能看到规则是如何被遵守的。不过，基因丢失并非细菌独有，正如一项发表在《Current Biology》杂志上的 新报告 所阐明的。澳大利亚的生物学家报告了他们对一种珊瑚基因组的研究。珊瑚属于动物界最古老的谱系之一（一个称为刺胞动物门的类群，其中还包括水母和海葵）。刺胞动物留下了几乎 6 亿年前的化石，比许多其他动物群体的第一批化石早数千万年。它们也比大多数其他动物在生物学上更简单。它们没有大脑或复杂的感官器官，而是依靠形成简单网状结构的神经。它们没有从身体一端到另一端的嘴巴和肠道。只有在刺胞动物独立分化之后，才出现了具有头部和尾部、各种感官器官和神经元、用于游泳和挖洞的肌肉以及许多其他组织的新型动物。澳大利亚的生物学家决定比较一种珊瑚（Acropora millepora，图片中的珊瑚）的基因组与动物界较年轻分支的动物的基因组，这会很有趣。他们将其基因组与无脊椎动物（果蝇和醋虫）和脊椎动物（人类）的基因组进行了比较。在澳大利亚科学家研究的 1376 个珊瑚基因中，他们在其他动物中发现了 492 个匹配项。但总体而言，这些匹配项与人类基因的相似度远高于与果蝇和醋虫的基因。事实上，珊瑚基因的 58 个（11%）仅能在人类基因组中找到，而在其他动物中则完全找不到。换句话说，相当一部分最早的动物就存在的基因在果蝇和醋虫中已经丢失，而在珊瑚和人类中得以保留。这些丢失的基因可能会改变我们对动物进化的理解。研究人员使用 海鞘 基因组来识别新的脊椎动物基因时，只使用了果蝇和醋虫作为比较对象。事实上，很多这些基因可能与脊椎动物的出现并没有太大关系。我们对自身独特之处的探索必须转向别处。物种为什么会丢失基因，以及基因丢失对它们未来的进化有什么影响？例如，令人费解的是，人类和珊瑚仍然携带可以追溯到 6 亿年前甚至更早的基因——例如，这些基因与胚胎发育密切相关——然而果蝇和醋虫（可能还有许多其他无脊椎动物）在没有它们的情况下却蓬勃发展。遗传学家 Maynard Olson 提出，丢失基因不仅仅是生物体可以“适应”的突变，实际上可以带来巨大的改进。根据他的 “少即是多” 假说，丢失一个基因可以开辟一种动物祖先从未享受过的新生态位。Olson 指出，野生小鼠有一个身体时钟，可以感知季节性日照长度的变化，并利用这些信息来控制何时可以生育。实验室小鼠已经丢失了这个时钟，这使得它们能够在不变的环境中全年繁殖。“少即是多”可能是许多动物（如果蝇和醋虫）丢失如此多基因的原因。它也可能使我们人类 独一无二。例如，对人类和小鼠的 比较 显示，我们大约 1 亿年前共同祖先的基因中，有 2% 在我们身上已经丢失。更仔细地观察我们最近的亲戚——猿类——我们会发现，我们缺少一个特别重要的基因，这个基因编码了一种分子，该分子能稳定它们细胞的表面。它在它们的神经元上尤其常见。值得注意的是，似乎 我们的祖先在 150 万年前丢失了这个基因，这大约是我们大脑开始急剧膨胀的时期。科学家们推测，这种表面分子的存在以某种方式阻碍了更复杂大脑的进化。只有当它消失后，我们的祖先才能充分发挥他们的进化潜力。丢失基因，就打开了一个新世界。
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