基因为什么会跳跃?

跳跃基因又称之为转座子

在转座酶的帮助下,转座子自身进行复制,然后插入到另一段基因中；或者转座子直接从一个位点出来,转移到另一个位点.

其实人体内也有转座子,但是在500万年前已经全部失活,而相近的老鼠体内还是存在的.

具体可以百度“转座子”

跳跃基因的首先发现人是McClintock。1944年，麦克林托克因出色的工作当选了美国科学院院士，进步的脚步从未停下。40年代，首次发现了跳跃基因（转座子Transposon），30多年后，分子生物学技术发展起来证实了理论，科学界承认了跳跃基因的重要性，1983年她被授予了诺贝尔生理学或医学奖。

正如世界上没有两片树叶是完全一样的，大脑也存在着惊人的多样性，而这种多样性来源于大脑中的一些无名英雄。

在人体中沉默的跳跃基因

生物学家们经常说，细胞所做的最危险的事情就是分裂。这是因为分裂中的细胞需要进行DNA复制，而这个过程可能会出现差错，也就是发生基因突变。基因突变可能会使得生物体丧命，但它也是进化的关键，通过基因突变以及自然选择，生物就可以进化出各种各样的种类和形态。

而在细胞分裂时，一些DNA片段可以在基因组里发生随机转移，从一个地方跑到一个新的地方。这种DNA片段被称为跳跃基因（也称为转座子）。跳跃基因在进化过程中扮演着无名英雄的角色，因为它可以改变基因组的组成结构。

可是，在所有哺乳动物的遗传物质中，跳跃基因就占了一半。如果这些跳跃基因细胞分裂时不断跳跃，那细胞岂不是时时面临危险？科学家发现，哺乳动物的细胞有一项特殊的本领，就是非常擅长让跳跃基因不发生转移，或者说是让跳跃基因沉默。因此，无须担心我们身体里的跳跃基因——它们大都是处于休眠状态的。

可是新的研究发现，大脑却与众不同。2000年，美国索尔克生物研究所的神经生物学家拉斯提·盖奇和他的同事研究了人类神经系统发育过程，也就是未成熟的干细胞发展为成熟的神经细胞的过程。而在对这些干细胞的基因表达情况进行调查时，他们困惑地发现，这些细胞里的跳跃基因大都是活跃的。它们不是处在沉默中，而是在欢叫着。

人脑中的跳跃基因格外活跃

盖奇对这个发现感到意外的同时，也感到一丝的不安。如果在这些干细胞中，跳跃基因会随机地篡改基因组，那么这意味着每一个成熟后的大脑细胞的基因组都是略有不同的，每一个都具有不同的行为。

上面这种基因组被篡改的现象被称为基因嵌合现象，在身体的其他组织中很少会发生这种现象。例如，保护我们肺部的纤毛细胞和血细胞的基因组是完全一样的，尽管纤毛细胞看起来像海葵，血细胞看上去就像一个糖片。它们之所以看起来不同，是因为它们具有不同的基因表达方式（细胞按照基因指令产生蛋白质的过程）。而与此相反的是，尽管神经细胞彼此看起来比较相似，但是在基因层面上却是千差万别的。

盖奇等人在之后的几年里对一些人类尸体中的单个神经细胞进行了DNA测序，发现的确如此。在同一个大脑中，每一个神经细胞在遗传上都是截然不同的。盖奇很快意识到，这个新发现可能有助于解答神经学领域里一个长期存在的问题：大自然究竟是如何组装大脑这种复杂系统的？

生物学家经常研究的秀丽隐杆线虫，拥有2万多个基因，而神经细胞总数为302个。相比之下，我们人类也有2万多个基因，但是我们总共有超过800亿个神经细胞。这就像给了两个厨师看似相同的原料，第一个厨师只想出了几个菜谱，而第二个厨师竟然能想出几百几千个菜谱！这是因为第二个厨师的原料偶尔会发生转换，例如芹菜有时能变为土豆或茄子。根据盖奇的发现，跳跃基因使得这种转换成为可能，由此可以使得神经细胞变得复杂和多样。

跳跃基因塑造每一个独特的大脑

不仅如此，盖奇的发现也表明每一个大脑都是独一无二的。因为跳跃基因具体的运作方式是不会遗传的。女儿大脑的生态系统是明显不同于她母亲的，甚至与她的孪生妹妹也不一样。

这还意味着科学家在实验中，有时很难排除个体的基因差异。

例如，C57BL/6是一种实验室常用的老鼠，它们是由近亲繁殖培养出来的，这样它们可拥有几乎完全相同的基因组。那么，这样是否可以避免基因带来的差异呢？事实情况是，基因差异仍然存在。盖奇提出了一个假想实验：把一些这样的老鼠一个大盒子里，它们都是同卵多胞胎，性别也都相同。对它们进行行为检测，会发现它们的性情会大不相同，一个可能会呆若木鸡，而另一个会疯狂地转圈。这是因为跳跃基因使得每一个老鼠大脑的基因都变得不同。

这就解释了为什么在某种程度上科学家们很难找到神经系统疾病的遗传基础，因为大脑中没有一个统一的基因组。事实上，许多脑部疾病都与大脑内跳跃基因变得活跃起来有关。但目前尚不清楚它们之间是否有因果联系。

从根本上来说，我们千差万别的大脑可能加深了每个人性格的差异，由此看来，这种奇怪的喜欢跳跃的基因最终帮助我们每一个人成就了独特的自己。

跳跃基因更有趣的地方

如果对比猿类和人类，我们还会发现关于跳跃基因更有趣的地方。

2013年，盖奇等人比较了猿类和人类干细胞跳跃基因活动的不同。他们发现，猿类身体里的跳跃基因比起人类体内的活跃得多。因此，来自相隔几千米的不同群体的两个黑猩猩之间的基因差异，比地球上任何两个人之间的都大。事实上，猿类和人类中都存在着另一种类似的基因，它们能让跳跃基因不活跃。不过，人类中这些基因的表达能力比猿类的更强，是它们的10到20倍。

这样，与猿类相比，我们人类的遗传多样性比较差，从进化的角度来看，这并不是一件好事。但是盖奇认为，这可能使得我们被迫远离基因层面上的进化，从而走向文化层面上的进化。也就是说，我们会使用我们的医学知识与疾病作斗争，而且还能通过语言等途径把知识传给下一代，而不是依赖基因变异，来随机找到抵抗疾病的方法。

（本文源自大科技*科学之谜2016年第1期文章）

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