功能分化是什麼意思?


簡介

進化是解釋人類和其他生物如何出現在地球上的基本關鍵。進化可以定義為對地球上各種生物起源和發展的研究。由於主要的形態和功能變化,生物體發生了進化。在進化的過程中,負責賦予各種特徵的基因透過複製原始基因不斷增加。一些重複基因獲得了新的功能,而另一些則僅僅幫助祖先基因發揮其功能。這些微小的變化對生物體的發育產生了重大影響,並進化出了新的物種。

這種由於複製而產生的新功能的發展,與祖先功能完全不同,被稱為功能分化。

基因複製是功能分化的主要貢獻者

有時由於突變發生複製,導致由於複製缺陷而將整個基因的第二個副本引入染色體。第二個副本沒有發生缺失,它是多餘的,這導致進化出具有新功能的新基因,同時保留了原始基因及其功能。整個進化過程被稱為基因複製進化。

一旦基因複製,它可能會發生三種情況之一:

  • 產生的重複基因沒有新功能,但被保留以供以後進化,此過程稱為亞功能化

  • 重複基因獲得新功能,而原始基因保留其舊功能,此過程稱為新功能化

  • 有害的複製會被丟失,既不保留舊功能也不發展新功能。

新功能化

在基因複製事件發生後,會產生原始基因的副本或旁系同源物。雖然原始基因保留其祖先功能,但旁系同源物會發生分化以獲得與原始基因完全不同的新功能。整個基因複製過程稱為新功能化。

這是一種適應性突變,其中重複基因獲得原始基因中不存在的全新功能。重複基因獲得的新功能是由於分子變化,這些變化有助於該基因承擔新的功能。這種變化被認為是生物體分化的根本原因。

新功能化的例子

新功能化的一個經典例子是南極魚科魚類在南極地區耐受冰凍條件的能力。抗凍蛋白基因 III 是唾液酸基因複製的結果。這個新基因賦予了一種耐受冰點降低的新特性,使它們能夠在南極極度寒冷的環境中生存。

亞功能化

在基因複製過程中,原始基因保持不變,具有祖先功能,併產生一個稱為旁系同源物的副本,其功能可能與原始基因不同。

在亞功能化的情況下,不會賦予新功能,因此不會形成新的適應。但是,形成的新基因幫助祖先基因發揮其功能,即它與原始基因共同發揮作用。在這種型別的基因複製中,可以看到分工。

當其中一個基因被分段沉默導致其中一個功能的缺失時,就會出現差異,因此只有重複基因保留了兩個功能中的一個。需要注意的是,原始基因具有執行兩項任務的能力,但由於原始基因的丟失,重複基因只剩下一個功能。

亞功能化的例子

亞功能化的一個重要例子是人類體內攜氧色素或血紅蛋白簇的形成。在脊椎動物的進化過程中,編碼該蛋白質的基因已透過各種方式多次複製。最初,祖先基因和重複基因發揮相同的功能,但在變化過程中,兩個基因都發生了分化,這是生物體正常功能所必需的。

功能分化的其他原因

  • 功能分化不僅來自基因複製,也可能來自染色體或基因組複製。

  • 它可能來自水平基因轉移,這在細菌和其他一些微生物中很常見。

功能分化的意義

  • 由於高度的功能分化,導致了高度的生態位分化和低資源競爭。

  • 人體的一些非常重要的組成部分,如血紅蛋白、肌紅蛋白、擴充套件形式的 G 蛋白 α 亞基,都是由於功能分化而產生的。

  • 它為透過複製形成的基因提供了全新的功能,並且該功能是完全不同的功能,導致了趨異進化。

  • 一些過程,如新功能化,幫助生物體抵禦惡劣的環境條件。

  • 它還衡量了群落朝向佔據的功能性狀空間的極端分佈。

結論

許多科學家提出了不同的理論來解釋進化論。但是,基因複製進化是所有理論中被廣泛接受的理論之一。基因複製會導致形成原始基因的副本。

有時,這個重複基因將具有與祖先基因完全不同的功能,或者將與原始基因共同發揮作用,或者有時可能會被完全刪除。在任何情況下,都會發展出與祖先功能不同的新功能,這被稱為功能分化,這些功能上的差異導致了適應不同條件的新物種的進化。

更新於:2023年5月17日

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