今天我们介绍一下3月10日出版的New Scientist的封面文章“The hunt for dark DNA!”

故事要从沙鼠说起。沙鼠是一种在北非和中东的沙漠中生活的啮齿类动物。它们在沙中挖洞居住，每天可以吃掉占自身体重80%的植物而且不需要喝水。这种土肥圆的小动物是哪里引起了牛津大学的生物学家Adam Hargreaves的注意呢？

20世纪60年代，科学家们就发现当他们将沙鼠带回实验室与其他啮齿类动物进行类似的“常规”喂养时，沙鼠会非常容易患2型糖尿病。科学家认为实验室的食物可能对于沙鼠而言“营养过剩”了。Hargreaves通过对沙鼠的基因组分析，发现在沙鼠的DNA中缺少了一种名为Pdx1的基因。Pdx1基因存在于所有食草哺乳动物体内，该基因会编译合成Pdx1蛋白，Pdx1蛋白在胰腺发育和调控胰岛素分泌基因的过程中起到了至关重要的作用。不合逻辑的是，尽管沙鼠体内缺失了Pdx1基因，它们却拥有正常的胰腺，而且可以分泌胰岛素。

Hargreaves联合了世界各地的17位学者进行了更深入的研究，他们发现与其他食草哺乳动物的染色体相比，沙鼠体内不止缺失了Pdx1基因，而是缺失了接近90个基因！其中大部分都像Pdx1一样具有重要的生理作用。更加令人惊奇的是，尽管没有发现这些DNA，科学家们却发现了与之对应的RNA。

DNA在哪里？Hargreaves将这些没有被检测到的DNA称为“Dark DNA”。

生物学家进一步解析了与“Dark DNA”对应的RNA，他们发现这些RNA的一个共同特点是C/G碱基对的比例异常高，这就说明“Dark DNA”中C/G碱基对比例也非常高。常规的DNA分离分析手段是无法检测到这类DNA的，因此他们就像失踪了一样。科学家使用了超高速离心法（超过40000转/分钟）对高C/G碱基对的基因进行了富集并成功解析。在这些“Dark DNA”中，生物学家发现了沙鼠的Pdx1基因，这部分基因中大量的A/T碱基对被C/G碱基对所替代。该基因编译合成的Pdx1蛋白中至少有15个氨基酸是与正常的Pdx1蛋白不同的。这表明“Dark DNA”是变异热点。

进一步的研究发现，12个种类的沙鼠中都存在“Dark DNA”。德国Ludwig-Maximilian大学的Fidel Botero-Castro发现在鸟类中也存在类似的现象。这表明”Dark DNA“可能是在生物体中广泛存在的，但之前没有被检测到。生物学家们可能需要回顾之前的基因组解析工作了。

基于以上发现Hargreaves提出了一个大胆的假设，”Dark DNA“可能影响了生物进化的方向。主流的观点认为生物的进化过程分为两个阶段：

1. 生殖细胞中的染色体随机断裂重组，产生了变异的基因；

2. 自然选择像筛子一样决定了哪些变异的基因可以通过，哪些生物可以存活。

因此传统观点认为自然选择是决定生物进化方向的唯一推动力。

通过自然选择对一个基因的清除是需要相当长的时间的，而”Dark DNA"的高变异率说明这部分“突变热点”基因可能会以高于自然选择的速率不断变异，突变后的物种在面临自然环境挑战时就有可能会适应环境而存活下来。以沙鼠为例，不同种类的沙鼠之间染色体的区别有22-68处之多，这表明在生物演化过程中他们的部分染色体很容易断裂重组，发生变异。我们设想这样一种情况，一个沙鼠种群中发生了基因A的变异，使其很难适应当时的自然条件，种群数量开始逐渐减少，而在这一个过程中，有部分沙鼠又发生了基因B的变异，使得它们得以适应环境并成功存活了下来。这些带有基因B变异的沙鼠同时也携带了变异的基因A，也就是说，尽管基因A无法适应自然环境，但基因B的变异使其得到保留而没有被自然选择清除。因此“Dark DNA”也可能影响了生物演化的方向，造成了生物的多样性和基因的多样性。自然选择可能并不是唯一的决定力量。

很难讲沙鼠是否从高突变率的”Dark DNA“中受益，一方面突变的Pdx1基因使沙鼠在沙漠中得以生存，他们可以只吃些营养成分很低的食物，也几乎不需要喝水，从而避免了和其他动物之间的食物竞争；另一方面，当它们的食物营养得到改善后，沙鼠很容易患糖尿病而死亡，这就将他们的活动范围限制在了沙漠中。因此，Hargreaves认为”Dark DNA“是沙鼠的"liberator"同时也是沙鼠的“jailer”。

“Dark DNA”对于生物学家而言仍是个错综复杂的问题，但可以肯定的是，分子层面的基因演化以及生物多样性的产生过程还有许多未解之谜，还有许多需要生物学家研究和破解的难题。

最危险的牢笼是蒙昧

最危险的蒙昧是无知而不自知