问题

人类拥有生物界内最大的基因库吗?

回答
关于人类是否拥有生物界内最大的基因库这个问题,答案需要更细致地来探讨,不能简单地说“是”或“否”。我们可以从几个不同的角度来理解“基因库”这个概念,以及人类基因组在其中的位置。

首先,我们需要明确“基因库”在这里指的是什么。通常我们说的“基因库”可能包含两种含义:

1. 物种内部的遗传多样性总量:这是指一个物种所有个体所拥有的全部基因的集合,或者说该物种基因组中存在的所有等位基因的总数。遗传多样性是物种生存和适应能力的重要基础。
2. 基因组的相对大小或复杂性:这可能指的是单个基因组中包含的DNA总量(即基因组大小),或者其中编码蛋白质的基因数量。

我们逐一分析这两种情况:

1. 关于物种内部的遗传多样性总量

如果将“基因库”理解为一个物种内部所蕴含的全部遗传信息的多样性总量,那么人类的基因库绝对不是最大的。实际上,在这一点上,人类可能还处于一个相对较低的水平。

原因如下:

瓶颈效应(Bottleneck Effect):人类在进化过程中经历过几次所谓的“瓶颈效应”。这意味着在某个时期,由于环境剧变(如疾病、灾难等),人类种群的数量急剧减少。当种群规模缩小到一个非常小的数量时,许多原有的遗传变异就会丢失,这会显著降低该物种的整体遗传多样性。科学家通过比较不同人群的基因组以及与其他物种的基因组,普遍认为现代人类种群相对于我们的近亲黑猩猩等,遗传多样性是较低的。黑猩猩、大猩猩等灵长类动物,以及一些我们可能认为不如人类“复杂”的生物,其物种内部的遗传多样性反而可能更丰富。
“走出非洲”(Out of Africa)假说:关于人类起源的一个主流理论是“走出非洲”假说。根据这个理论,现代智人最初起源于非洲,然后逐渐扩散到世界各地。当一小部分人群迁徙到新的地区时,他们只会携带原种群中一部分的遗传变异。随着迁徙距离的增加和群体数量的不断分化,后来的群体携带的遗传多样性会越来越少。这就是所谓的“创始人效应”(Founder Effect),它也是导致整体遗传多样性降低的一个重要因素。因此,非洲以外的人类群体在整体遗传多样性上通常低于非洲人群。
繁殖和代际传递:一个物种的繁殖策略和代际传递方式也会影响其遗传多样性的积累和保持。一些繁殖速度快、世代周期短的生物,其基因变异累积和传播的速度可能更快。

所以,从“一个物种内部包含的遗传变异总量”这个角度看,人类的基因库,或者说人类的遗传多样性,在生物界中并不突出,甚至可以说是相对“小”的。

2. 关于基因组的相对大小或复杂性

如果我们探讨的是单个基因组的大小(DNA总量)或编码蛋白质的基因数量,情况就更复杂了,而且人类也肯定不是最大的。

基因组大小(DNA总量):生物的基因组大小差异极其巨大。例如,某些细菌的基因组可能只有几百万个碱基对,而植物和一些两栖动物的基因组则可以非常庞大。举例来说,巨型网状黏菌(Amoeba dubia)的基因组大小据估计可以达到人类基因组的200倍以上。植物界的基因组更是庞大得惊人,例如,某些品种的百合花(如郁金香)的基因组大小可能也远超人类。这其中的一部分原因是,许多生物的基因组中包含大量的非编码DNA区域,例如重复序列、内含子等,这些部分并不直接编码蛋白质,但占用了大量的DNA空间。人类基因组的DNA总量大约是30亿碱基对,这在生物界中算是一个中等偏上的水平,但离最大的还有很远的距离。
编码蛋白质的基因数量:人类大约拥有2万到2.5万个编码蛋白质的基因。这个数量在生物界中也并非最多。例如:
水稻(Oryza sativa)的基因数量可能比人类多。
玉米(Zea mays)的基因数量也比人类多。
甚至一些简单的生物,例如线虫(Caenorhabditis elegans),拥有的编码蛋白质的基因数量也和人类差不多,或者略少。
而像某种类型的肺鱼(Protopterus aethiopicus)的基因组大小比人类大几十倍,其编码蛋白质的基因数量也可能相应地更多,尽管其中很多基因的功能我们可能还不完全清楚。

总结来说:

从物种内部遗传多样性总量来看,人类的基因库不是最大的,反而因为进化历史上的瓶颈效应和迁徙事件,遗传多样性相对较低。

从单个基因组的DNA总量或编码蛋白质的基因数量来看,人类的基因库也不是最大的。生物界存在着比人类基因组大得多、基因数量也可能更多的生物,从简单的细菌到复杂的植物,都各有特色。

人类之所以被认为是“生物界内一个独特的、高度复杂的生命形式”,并非是因为基因库的大小或数量,而是因为我们基因的组织方式、基因的调控机制、神经系统的复杂性、以及由此产生的认知能力和行为模式。这些因素共同作用,造就了人类在改造环境、发展文化、进行抽象思维等方面的独特能力。我们拥有的,更多的是一种“精巧”而非“庞大”。

网友意见

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否,人的基因库规模相当小

可以看看:

“基因库”指一个种群中的所有个体的全部基因的集合。在谈论基因库对生存的任何作用时,重复的基因不能重复计算(例如在同一个体的基因组中复制了多份而未因突变产生差异的基因、一对同卵双胞胎身上未因突变产生差异的基因被视为重复的),你要考虑的是所有位点的所有等位基因。

  • 一些学者认为能够杂交产生可育后代的多个物种也可以共享同一个基因库,但这在考虑到水平基因转移时会变得很麻烦。
  • 更宽泛的研究会谈论“灵长类的基因库”这样内部分断得七零八落的东西。
  • 其他回答有将一套人类基因组里的基因的数量拿来跟其他生物比较的,那不符合题意。

2021 年,地球上存活着的人的总数约 78 亿。一套单倍体人类基因组有约 20400 个蛋白质编码基因和约 27700 个非蛋白质编码基因。存活着的人主要是二倍体,偶尔有二倍体细胞与三倍体·四倍体细胞的嵌合体。随机选出两个人进行基因测序,他们的基因通常有 99.9% 相同,0.1% 不同

截至 2015 年,个体基因组与参考基因组之间的典型差异估计为 2000 万个碱基对,占总共 32 亿个碱基对的 0.6%——相当小,且差异的部分在不同的人身上也经常是重复的。

截至 2017 年,人类基因组测序记录了 3.24 亿个遗传变异[1]

任取一个典型的非人物种,它们普遍有比现代人更多的遗传多样性。基因库比现代人还小的物种主要是当前濒危的物种,例如猎豹。这可能归因于人类历史上经历过数量少于 3000(甚至少于 1000)的瓶颈期,并长时间处于数量较低的状态。当前人口数量是在二十世纪爆炸式地增加出来的,我们的基因多样性还没有跟上我们的数量变动。

参考

  1. ^ https://ncbiinsights.ncbi.nlm.nih.gov/2017/05/08/dbsnps-human-build-150-has-doubled-the-amount-of-refsnp-records/

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