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如果人类与猩猩有共同祖先,为什么两者的染色体数量不同呢

(2020-08-08 22:19:33)
分类: 医学
转自:https://www.zhihu.com/question/35393919
作者:鱼骨头段
链接:https://www.zhihu.com/question/35393919/answer/219030281
来源:知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。

原因是“如果相差一个染色体,生物会产生不育后代。”这句话并是事实。

1、现在地球上存在着的所有生物如果追溯的足够远的话,都有共同祖先,人类与黑猩猩的共祖大概在600万年前,人类与所有旧大陆猴的共祖大概在3000万年前(食蟹猴:2n=42),人类与啮齿类动物的共祖大概在7000万年前(小鼠:2n=40),这可以一直往前追溯下去,直到大约40亿年前所有细胞生命的共祖LUCA。(可以参考道金斯的《祖先的故事》)。把现存所有物种都拿来对比,可以看到它们的染色体数目差异巨大。

2、由以上事实可以推论:对于染色体数目不同的近源物种,往上追溯共祖的时候,必然有一个时刻,其染色体数目发生了畸变,而且这种染色体畸变事件在几十亿年的生命史中并不罕见。对于人类与黑猩猩来说,这一畸变是黑猩猩的两条中等长度染色体连在一起形成了人类第二长的染色体——2号染色体(通过DNA序列相似性确认的),并且,是人类的发生了畸变,因为与两者共祖时间在大约1000万年前的大猩猩,也是24n,与黑猩猩一致。

所以,这个问题可以扩展到所有物种:你们到底是怎么变成这么多种染色体数目的类型的?

这个问题约等于:为什么染色体畸变的个体能存活下来,并生育有繁殖能力的后代?

3、答案是:染色体畸变实际上并不是个特别特别严重的事儿。无论是有丝分裂还是减数分裂的时候,染色体的复制与分离都不是那么严丝合缝一丝不苟的事儿。举个例子:21三体综合征(唐氏综合症),是21号染色体变成3条的造成的,这一疾病的发病率在千分之一以上,对于高龄产妇来说甚至可以达到百分之几,实际上除了21号染色体变成3倍之外,所有染色体都可能变成3倍,18号染色体三倍叫爱德华氏综合症,13号染色体三倍叫巴陶氏综合症,参考wiki(Trisomy - Wikipedia)。不常见的染色体三体往往是因为该染色体三体通常导致流产。因为实际生活中往往有很多的“无感流产”,在妊娠早期就无知无觉的流产掉了,这么想来,染色体三倍的几率可能比统计的还要高很多。

4、染色体畸变不光是三倍这样,还有很多的易位、片段缺失、片段重复加倍等非常繁多的情况。实际上21三体综合症并不仅仅是简单的21号染色体变成3倍这么简单,多出来的那条21号染色体,并不一定是完整的一条,有时候仅仅多出来那么一小段——据说多出来的序列长短跟疾病的严重程度关系还挺大。而多出来的这条21号染色体,还有可能黏连到其他染色体上。

其他染色体也可能多出那么一段,或者黏连到其他染色体。比方说最小的那个染色体——Y染色体,就有可能部分的黏连到X染色体上,造成了一个染色体为XX却表现为男性的人——de la Chapelle syndrome症,又称为XX男性综合征。我在我的文章男人的...尺寸重要吗?中有提到。

这篇文章同样提到Y染色体的长度在正常人中是不一致的,有的长些有的短些——但并不影响生活。实际上,如果你去NCBI的ClinVar数据库(ClinVar)稍微查一下就会发现,有很多百万碱基长度以上的片段的dup(加倍)或者del(缺失),都标记为Benign(良性,即无症状)。

可见减数分裂的时候出错的几率,还是非常高的嘛。说不定我们自己的染色体组就在哪里多那么一段或者少那么一段,完全不影响我们的生活。

5、我们再回到将人类与黑猩猩分离开来的那个关键事件:人类2号染色体的形成——就不再显得那么特殊了。毕竟,两条中等长度染色体黏连到一起这种事件,在全球生命的范围来看,可能随时都在发生着。实际上,着丝粒的强弱可能影响着染色体组的稳定性,有人认为,易发生染色体异常的人,其着丝粒比正常人要弱一些,因此其受精卵染色体异常的可能性要高那么一些——这可能也是一种“不孕不育”的原因。对于每条染色体,甚至每一个染色体的区域来说,其稳定性都是有差异的。比方说脆性X综合症,顾名思义,其X染色体很“脆弱”,而这种脆弱,与一个基因(FMR1)上(CGG)n 三核甘酸重复序列的个数相关。再比方说,在一些癌症患者(如前列腺癌)中,8p(短臂)容易缺失,8q(长臂)容易加倍。很多癌症的染色体异常往往是特征性的,说明这些染色体(段)的稳定性很容易受到影响——即容易不稳定。

是的,不同染色体“区域”的稳定性是不同的。有的容易易位、加倍、删除,有的就不。

所以说,600万年前到现在的这一段时间中,两条中等长度染色体形成了2号染色体,很可能早有先兆(这两条染色体的亲密关系可能不是一见钟情,而是早就暧昧了吧),并且可能存在了比较久的时断时连的不稳定期(个人观点),印象中有文章提到,2号染色体直到现在依然留存着当时的不稳定因素,并没有完全稳定下来,也有文章提到,Y染色体也依然在“进化”,变得越来越小(懒,不去找文章了)。

而当代人类的染色体组中那些不稳定区域,也有可能正孕育着新的畸变,并可能在合适的环境中(急剧变化的环境)形成一个新的稳态。

6、所以呢,染色体数目不同,到底能不能生娃,到底能不能生个有繁殖能力的娃呢?这个可能得具体案例具体分析了——也就是说,并不是绝对的。人与黑猩猩这里,并没有人做过杂交试验(也不让啊!),至少我没见过记录(如果有的话麻烦让我开开眼)。。。所以真的不能确定人与黑猩猩到底能不能生娃。毕竟,人类2号染色体跟黑猩猩那两条染色体的同源性那是超高的,染色体分裂的时候不匹配也可能没那么大影响嘛。即使影响挺大,那做它上亿次,保不住哪次碰巧就行了。就跟上面所说的,这个事儿,随机性比想象的要高一些。

其他物种倒是很常见了,马与驴杂交的骡子,狮虎兽,虎狮兽,鲸豚兽啥的,名字都是噱头。不要在意。都说骡子因为染色体不匹配(2n=62 vs 2n=64)所以不育,但是,你真的把所有的骡子都检查了一遍吗?不要小看个体差异,生物可是专治各种不服的。

大大写过一篇文章,就专门介绍了鲸豚类的杂交生活史(跨种族之恋:鲸豚的混血与生殖隔离),wiki也有一个猫科动物的杂交介绍页面(Panthera hybrid - Wikipedia),不但狮、虎、美洲豹、美洲狮之间有杂交案例,它们与二代之间也有杂交案例。

是不是比想象的复杂那么一点点呢?

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