“無毛”的進(jìn)化

紅猩猩、小老鼠，貓、馬……絕大多數(shù)哺乳動(dòng)物身上，都有大量的毛發(fā)覆蓋。可以說，在動(dòng)物王國，毛發(fā)是哺乳動(dòng)物的一種典型特征。雖然不同動(dòng)物的毛發(fā)各不相同，但它們具有感覺知覺、保溫、保護(hù)皮膚等多種重要功能。

(資料圖片僅供參考)

然而，同樣是哺乳動(dòng)物的人類、鯨魚、大象、犀牛、裸鼴鼠等，身上的毛發(fā)卻明顯更少。從這些物種的基因來看，它們的共同祖先都有相當(dāng)多的毛發(fā)。究竟是什么，讓這幾種親緣關(guān)系相距甚遠(yuǎn)的動(dòng)物，都進(jìn)化進(jìn)化出了相同的“無毛”特征？長期以來，這種“趨同進(jìn)化”的基礎(chǔ)一直困擾著科學(xué)家。

一種可能是，它們經(jīng)歷了相似的基因變化，比如打開或關(guān)閉了某種在性狀發(fā)展中發(fā)揮重要作用的基因。在一項(xiàng)新的研究中，來自猶他大學(xué)和匹茲堡大學(xué)的科學(xué)家觀察了62種哺乳動(dòng)物的基因組，首次揭開了人類和其他一些沒有毛發(fā)的哺乳動(dòng)物是如何失去毛發(fā)的故事。

在一篇發(fā)表于《eLife》雜志的論文中，他們詳細(xì)報(bào)告了一組對(duì)毛發(fā)的形成至關(guān)重要的基因和基因組調(diào)控區(qū)域。

圖片圖片來源：論文原文

加速進(jìn)化的基因?qū)τ谌祟悂碚f，缺乏毛發(fā)是我們的一個(gè)重要特征。然而，有關(guān)形成了這一特征的機(jī)制的一些基本問題，卻一直不為人所知。

科學(xué)家認(rèn)為，找到這些問題的答案具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，比如通過這些研究，我們或許能為脫發(fā)、化療后的頭發(fā)再生，以及患有會(huì)導(dǎo)致脫發(fā)的疾病的患者帶來福音。

對(duì)其他一些無毛哺乳動(dòng)物來說，退去毛發(fā)的原因可能各不相同，但也都有其好處。比如說，當(dāng)沒有濃密的毛發(fā)時(shí)，大象在炎熱的氣候中更容易降溫，海象在水中也更加容易滑行……

圖片圖片來源：Pixabay

在新研究中，為了揭開毛發(fā)衰退的遺傳基礎(chǔ)，研究人員決定在無毛動(dòng)物體內(nèi)尋找那些進(jìn)化速率比有毛動(dòng)物更快的基因。

之所以要尋找這些基因，是因?yàn)檫M(jìn)化速率的變化反應(yīng)了施加在基因組上的進(jìn)化壓力的大小。并且已經(jīng)有多項(xiàng)研究表明，表型的趨同確實(shí)與進(jìn)化速率的趨同變化有關(guān)。重復(fù)的基因變化在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)采用了一種創(chuàng)新的計(jì)算方法，來識(shí)別所謂的在“無毛哺乳動(dòng)物”和“有毛哺乳動(dòng)物”中有著不同的進(jìn)化速率的編碼和非編碼序列。

這種方法可以使研究人員同時(shí)比較基因組的數(shù)百個(gè)區(qū)域。他們對(duì)62種哺乳動(dòng)物的19,149個(gè)基因和343,598個(gè)保守的非編碼區(qū)域進(jìn)行了掃描。在無毛哺乳動(dòng)物基因組的編碼區(qū)域，他們發(fā)現(xiàn)許多相同的基因經(jīng)歷了加速進(jìn)化，這些積累了突變的基因包括編碼了角蛋白的基因，以及一些與構(gòu)建毛干和促進(jìn)毛發(fā)生長有關(guān)的要素。

與此同時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)基因組的調(diào)控區(qū)域也同樣重要。這些非編碼區(qū)域雖然不直接參與毛發(fā)結(jié)構(gòu)的生成，但它們的進(jìn)化速率變化會(huì)間接地影響這一過程，指導(dǎo)某些基因的開啟、關(guān)閉以及產(chǎn)出。通過篩選，研究人員還發(fā)現(xiàn)了一些在毛發(fā)生長中發(fā)揮了作用的陌生基因。在此之前，科學(xué)家是不知道這些基因和調(diào)節(jié)序列是否與哺乳動(dòng)物的毛發(fā)生長或無毛有關(guān)的。結(jié)合其他證據(jù)，研究人員認(rèn)為這些發(fā)現(xiàn)所揭示的可能是一組與毛發(fā)生長有關(guān)的新基因。

總的來說，這些結(jié)果表明，一組特定的基因變化在不同的哺乳動(dòng)物物種中發(fā)生過好幾次，進(jìn)而推動(dòng)了親緣關(guān)系相距甚遠(yuǎn)的物種的無毛進(jìn)化。治療脫發(fā)有希望了？

在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家利用生物多樣性來了解我們自己的基因。這對(duì)于那些研究皮膚、毛發(fā)的科學(xué)家以及進(jìn)化生物學(xué)家很有意義。在論文中，研究人員描述了基因組中可能參與了控制毛發(fā)生長的部分。一旦這些發(fā)現(xiàn)得到確認(rèn)，就可以用于開發(fā)治療人類脫發(fā)的療法。此外，他們發(fā)展的計(jì)算方法也可以應(yīng)用于研究其他的趨同進(jìn)化例子?，F(xiàn)在，研究人員正使用這種方法來定義與預(yù)防癌癥、延長壽命和了解其他健康狀況有關(guān)的基因區(qū)域。

參考鏈接：

[1] https://healthcare.utah.edu/publicaffairs/news/2023/01/why-humans-lost-body-hair.php

[2] https://elifesciences.org/articles/76911

標(biāo)簽： 哺乳動(dòng)物 研究人員 進(jìn)化速率