红猩猩、⼩⽼⿏,猫、⻢……绝⼤多数哺乳动物身上,都有⼤量的⽑发覆盖。可以说,在动物王国,⽑发是哺乳动物的⼀种典型特征。虽然不同动物的⽑发各不相同,但它们具有感觉知觉、保温、保护⽪肤等多种重要功能。然⽽,同样是哺乳动物的⼈类、鲸⻥、⼤象、犀⽜、裸鼹⿏等,身上的⽑发却明显更少。从这些物种的基因来看,它们的共同祖先都有相当多的⽑发。
究竟是什么,让这⼏种亲缘关系相距甚远的动物,都进化进化出了相同的“⽆⽑”特征?⻓期以来,这种“趋同进化”的基础⼀直困扰着科学家。⼀种可能是,它们经历了相似的基因变化,⽐如打开或关闭了某种在性状发展中发挥重要作⽤的基因。在⼀项新的研究中,来⾃犹他⼤学和匹兹堡⼤学的科学家观察了62种哺乳动物的基因组,⾸次揭开了⼈类和其他⼀些没有⽑发的哺乳动物是如何失去⽑发的故事。
对于⼈类来说,缺乏⽑发是我们的⼀个重要特征。然⽽,有关形成了这⼀特征的机制的⼀些基本问题,却⼀直不为⼈所知。科学家认为,找到这些问题的答案具有⼗分重要的现实意义,⽐如通过这些研究,我们或许能为脱发、化疗后的头发再⽣,以及患有会导致脱发的疾病的患者带来福⾳。在新研究中,为了揭开⽑发衰退的遗传基础,研究⼈员决定在⽆⽑动物体内寻找那些进化速率⽐有⽑动物更快的基因。
在这项研究中,研究团队采⽤了⼀种创新的计算⽅法,来识别所谓的在“⽆⽑哺乳动物”和“有⽑哺乳动物”中有着不同的进化速率的编码和⾮编码序列。在⽆⽑哺乳动物基因组的编码区域,他们发现许多相同的基因经历了加速进化,这些积累了突变的基因包括编码了⻆蛋⽩的基因,以及⼀些与构建⽑⼲和促进⽑发⽣⻓有关的要素。与此同时,他们发现基因组的调控区域也同样重要。
这些⾮编码区域虽然不直接参与⽑发结构的⽣成,但它们的进化速率变化会间接地影响这⼀过程,指导某些基因的开启、关闭以及产出。通过筛选,研究⼈员还发现了⼀些在⽑发⽣⻓中发挥了作⽤的陌⽣基因。结合其他证据,研究⼈员认为这些发现所揭示的可能是⼀组与⽑发⽣⻓有关的新基因。总的来说,这些结果表明,⼀组特定的基因变化在不同的哺乳动物物种中发⽣过好⼏次,进⽽推动了亲缘关系相距甚远的物种的⽆⽑进化。
在这项研究中,科学家利⽤⽣物多样性来了解我们⾃⼰的基因。这对于那些研究⽪肤、⽑发的科学家以及进化⽣物学家很有意义。在论⽂中,研究⼈员描述了基因组中可能参与了控制⽑发⽣⻓的部分。⼀旦这些发现得到确认,就可以⽤于开发治疗⼈类脱发的疗法。此外,他们发展的计算⽅法也可以应⽤于研究其他的趋同进化例⼦。现在,研究⼈员正使⽤这种⽅法来定义与预防癌症、延⻓寿命和了解其他健康状况有关的基因区域。