人并非是一個(gè)完整意義上的“人”，類似的，真核生物會(huì)從原核生物中“借來(lái)”基因從而促進(jìn)自己的進(jìn)化嗎？這類物種演化的方式在科學(xué)上有一個(gè)專門術(shù)語(yǔ)“基因水平轉(zhuǎn)移”（ Horizontal Gene Transfer, HGT），但長(zhǎng)期以來(lái)充滿爭(zhēng)議。

1月23日，生物學(xué)領(lǐng)域的預(yù)印本服務(wù)BioRxiv網(wǎng)站發(fā)布了一項(xiàng)新研究，一些在溫泉和其他極端環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的紅色藻類（單細(xì)胞真核生物）的基因組表明，大約1%的基因是外來(lái)的，這些“借來(lái)”的基因可能會(huì)幫助藻類適應(yīng)它們的惡劣環(huán)境。

這項(xiàng)研究由美國(guó)羅格斯大學(xué)進(jìn)化基因組學(xué)家Debashish Bhattacharya和德國(guó)杜塞爾多夫大學(xué)植物生物化學(xué)家Andreas Weber等人共同完成，他們仔細(xì)研究了一個(gè)可能由細(xì)菌到真核生物的基因轉(zhuǎn)移的案例。

Bhattacharya等人對(duì)兩種被稱為溫泉紅藻綱（Cyanidiophyceae，一群生活在高溫高酸環(huán)境中的單細(xì)胞紅藻）的紅藻的基因組進(jìn)行的測(cè)序。這些所謂的極端微生物生活在酸性溫泉甚至巖石內(nèi)部，無(wú)法維持多余的DNA，它們似乎只包含生存所需的基因。Bhattacharya說(shuō)，“當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)細(xì)菌基因時(shí)，我們知道它一定有一個(gè)重要的功能，否則它不會(huì)在這類紅藻的基因組中持續(xù)存在?！?/p>

他和Weber采用了一種新的技術(shù)，這種技術(shù)可以破譯DNA的長(zhǎng)片段。13個(gè)紅藻基因組研究中發(fā)現(xiàn)了96個(gè)外來(lái)基因，這些外來(lái)基因幾乎都夾在典型的藻基因的DNA序列中，這使得它不太可能是意外地由于污染進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)中。

所謂的基因水平轉(zhuǎn)移，指的是不同生物體間以非正常遺傳的方式進(jìn)行的基因轉(zhuǎn)移，也被稱為是“橫向”的基因傳遞。相較而言，這里“正常遺傳”通常指的就是遺傳物質(zhì)或基因組代際傳遞，也就是遺傳物質(zhì)的主要傳遞方式，是 “演化樹(shù)”的形成原因——基因是隨時(shí)間“縱向”傳遞的。

據(jù)《科學(xué)》（Science）官網(wǎng)報(bào)道，俄克拉荷馬州立大學(xué)植物生理學(xué)家Gerald Schoenknecht點(diǎn)評(píng)道，“至少， ‘假定轉(zhuǎn)移的基因’都是污染這個(gè)觀點(diǎn)應(yīng)該最終被淘汰了?！鞭D(zhuǎn)移的基因似乎可以運(yùn)輸或解毒重金屬，或幫助藻類從環(huán)境中提取營(yíng)養(yǎng)，或應(yīng)對(duì)高溫和其他環(huán)境壓力。Schoenknecht說(shuō)，“通過(guò)從嗜極原核生物中獲取基因，這些紅藻已經(jīng)適應(yīng)了越來(lái)越極端的環(huán)境。”

其他也有一部分科學(xué)家已經(jīng)被說(shuō)服了，加拿大達(dá)爾豪斯大學(xué)的原生生物（真核生物中一種）基因組學(xué)家Andrew Roger表示，上述研究小組為真核生物的基因水平轉(zhuǎn)移（生物將遺傳物質(zhì)傳遞給其他細(xì)胞而非其子代的過(guò)程，HGT）提供了一個(gè)“相當(dāng)好的、絕對(duì)可靠的案例”。

但這新的結(jié)論并沒(méi)有說(shuō)服那些堅(jiān)定的批評(píng)者，他們不認(rèn)同真核生物定會(huì)接受有益的細(xì)菌DNA這一觀點(diǎn)。雖然，許多基因組研究表明，原核生物（細(xì)菌、古生菌）在物種間自由交換基因，并影響它們的進(jìn)化。但也有研究表明，在脊椎動(dòng)物基因組中發(fā)現(xiàn)的這類基因往往是測(cè)序過(guò)程中引入的污染物。

有趣的是，人類基因組的初步測(cè)序也表明，人類這一物種也獲得了微生物基因。2015年，英國(guó)劍橋大學(xué)生物學(xué)家Alastair Crisp在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《基因組生物學(xué)》（Genome Biology）發(fā)表研究，人類或攜帶了多達(dá)145個(gè)來(lái)自細(xì)菌、其他單細(xì)胞生物體以及病毒的基因，后者把人類基因組當(dāng)作了自己的家。

杜塞爾多夫大學(xué)的生物學(xué)家William Martin是堅(jiān)定的批評(píng)者之一。2015年，Martin及其同事在《自然》(Nature)雜志上分析了許多物種的數(shù)百萬(wàn)個(gè)蛋白質(zhì)序列后得出結(jié)論，原核生物基因并沒(méi)有顯著地轉(zhuǎn)移到真核生物中。Martin認(rèn)為，這種轉(zhuǎn)移只是在真核生物進(jìn)化的早期偶然發(fā)生的，因?yàn)樗鼈儍?nèi)化了最終成為線粒體或葉綠體等細(xì)胞器的細(xì)菌。

值得一提的是，基因水平轉(zhuǎn)移最有名的例子即為所有真核生物細(xì)胞中都存在的線粒體。線粒體被稱為是“寄生者”， 它有自己的DNA，也能完成從DNA到RNA再到蛋白質(zhì)的基因表達(dá)過(guò)程，看起來(lái)像是寄生在細(xì)胞里的一樣，但又是我們的細(xì)胞賴以消耗能源物質(zhì)產(chǎn)生能量的“發(fā)電站”。

對(duì)于線粒體的起源，科學(xué)界已基本接受了內(nèi)共生（endosymbiosis）假說(shuō)。也就是說(shuō)，線粒體原本是獨(dú)立生活的原核生物，進(jìn)入真核生物的細(xì)胞后被同化成了細(xì)胞的一部分，但仍然保留了自己的基因組和基因表達(dá)功能。

植物細(xì)胞中還存在的另一種與線粒體相似的細(xì)胞器葉綠體，它也有自己的DNA，被認(rèn)為是內(nèi)共生的另一個(gè)例子，也經(jīng)歷了向細(xì)胞核的基因水平轉(zhuǎn)移。

但Martin認(rèn)為，如果細(xì)菌基因能不斷地進(jìn)入真核生物并被利用，那么真核生物系譜樹(shù)中應(yīng)該可以看到這種基因積累的模式，但實(shí)際上沒(méi)有。

Martin說(shuō)，新的證據(jù)無(wú)法說(shuō)服他。他斷言，“如果‘向真核生物基因水平轉(zhuǎn)移’是真實(shí)的，他們會(huì)竭盡全力找到我所說(shuō)的他們應(yīng)該找到的東西，但他們沒(méi)有找到?！?/p>

另一些人則認(rèn)為，基因轉(zhuǎn)移到真核生物中是如此罕見(jiàn)，而且清除任何外來(lái)但很最重要的外來(lái)基因的壓力是如此之大，以至于轉(zhuǎn)移的基因可能不會(huì)像Martin預(yù)期的那樣隨著時(shí)間的推移而累積。

當(dāng)然，Roger也提到，在紅藻中發(fā)生的事情可能不會(huì)發(fā)生在人類或其他動(dòng)物身上?！叭祟惡桶ㄖ参镌趦?nèi)的所有多細(xì)胞真核生物都有專門的生殖細(xì)胞，如精子、卵子或它們的干細(xì)胞，只有這些細(xì)胞攜帶了細(xì)菌基因才能遺傳下來(lái)?！?/p>

盡管存在這些障礙，但一些昆蟲(chóng)研究人員說(shuō)他們看到了這種基因轉(zhuǎn)移的證據(jù)。美國(guó)蒙大拿州立大學(xué)研究粉虱的生物學(xué)家John McCutcheon就是其中之一， “我不再問(wèn)‘細(xì)菌基因是否存在’，而是問(wèn)它們是如何工作的?！彼a(bǔ)充說(shuō)，紅藻“是一個(gè)非常清晰的例子”。