人并非是一個完整意義上的“人”，類似的，真核生物會從原核生物中“借來”基因從而促進自己的進化嗎？這類物種演化的方式在科學上有一個專門術語“基因水平轉移”（ Horizontal Gene Transfer, HGT），但長期以來充滿爭議。

1月23日，生物學領域的預印本服務BioRxiv網(wǎng)站發(fā)布了一項新研究，一些在溫泉和其他極端環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的紅色藻類（單細胞真核生物）的基因組表明，大約1%的基因是外來的，這些“借來”的基因可能會幫助藻類適應它們的惡劣環(huán)境。

這項研究由美國羅格斯大學進化基因組學家Debashish Bhattacharya和德國杜塞爾多夫大學植物生物化學家Andreas Weber等人共同完成，他們仔細研究了一個可能由細菌到真核生物的基因轉移的案例。

Bhattacharya等人對兩種被稱為溫泉紅藻綱（Cyanidiophyceae，一群生活在高溫高酸環(huán)境中的單細胞紅藻）的紅藻的基因組進行的測序。這些所謂的極端微生物生活在酸性溫泉甚至巖石內部，無法維持多余的DNA，它們似乎只包含生存所需的基因。Bhattacharya說，“當我們發(fā)現(xiàn)一個細菌基因時，我們知道它一定有一個重要的功能，否則它不會在這類紅藻的基因組中持續(xù)存在。”

他和Weber采用了一種新的技術，這種技術可以破譯DNA的長片段。13個紅藻基因組研究中發(fā)現(xiàn)了96個外來基因，這些外來基因幾乎都夾在典型的藻基因的DNA序列中，這使得它不太可能是意外地由于污染進入到實驗中。

所謂的基因水平轉移，指的是不同生物體間以非正常遺傳的方式進行的基因轉移，也被稱為是“橫向”的基因傳遞。相較而言，這里“正常遺傳”通常指的就是遺傳物質或基因組代際傳遞，也就是遺傳物質的主要傳遞方式，是 “演化樹”的形成原因——基因是隨時間“縱向”傳遞的。

據(jù)《科學》（Science）官網(wǎng)報道，俄克拉荷馬州立大學植物生理學家Gerald Schoenknecht點評道，“至少， ‘假定轉移的基因’都是污染這個觀點應該最終被淘汰了。”轉移的基因似乎可以運輸或解毒重金屬，或幫助藻類從環(huán)境中提取營養(yǎng)，或應對高溫和其他環(huán)境壓力。Schoenknecht說，“通過從嗜極原核生物中獲取基因，這些紅藻已經(jīng)適應了越來越極端的環(huán)境。”

其他也有一部分科學家已經(jīng)被說服了，加拿大達爾豪斯大學的原生生物（真核生物中一種）基因組學家Andrew Roger表示，上述研究小組為真核生物的基因水平轉移（生物將遺傳物質傳遞給其他細胞而非其子代的過程，HGT）提供了一個“相當好的、絕對可靠的案例”。

但這新的結論并沒有說服那些堅定的批評者，他們不認同真核生物定會接受有益的細菌DNA這一觀點。雖然，許多基因組研究表明，原核生物（細菌、古生菌）在物種間自由交換基因，并影響它們的進化。但也有研究表明，在脊椎動物基因組中發(fā)現(xiàn)的這類基因往往是測序過程中引入的污染物。

有趣的是，人類基因組的初步測序也表明，人類這一物種也獲得了微生物基因。2015年，英國劍橋大學生物學家Alastair Crisp在國際著名學術期刊《基因組生物學》（Genome Biology）發(fā)表研究，人類或攜帶了多達145個來自細菌、其他單細胞生物體以及病毒的基因，后者把人類基因組當作了自己的家。

杜塞爾多夫大學的生物學家William Martin是堅定的批評者之一。2015年，Martin及其同事在《自然》(Nature)雜志上分析了許多物種的數(shù)百萬個蛋白質序列后得出結論，原核生物基因并沒有顯著地轉移到真核生物中。Martin認為，這種轉移只是在真核生物進化的早期偶然發(fā)生的，因為它們內化了最終成為線粒體或葉綠體等細胞器的細菌。

值得一提的是，基因水平轉移最有名的例子即為所有真核生物細胞中都存在的線粒體。線粒體被稱為是“寄生者”， 它有自己的DNA，也能完成從DNA到RNA再到蛋白質的基因表達過程，看起來像是寄生在細胞里的一樣，但又是我們的細胞賴以消耗能源物質產(chǎn)生能量的“發(fā)電站”。

對于線粒體的起源，科學界已基本接受了內共生（endosymbiosis）假說。也就是說，線粒體原本是獨立生活的原核生物，進入真核生物的細胞后被同化成了細胞的一部分，但仍然保留了自己的基因組和基因表達功能。

植物細胞中還存在的另一種與線粒體相似的細胞器葉綠體，它也有自己的DNA，被認為是內共生的另一個例子，也經(jīng)歷了向細胞核的基因水平轉移。

但Martin認為，如果細菌基因能不斷地進入真核生物并被利用，那么真核生物系譜樹中應該可以看到這種基因積累的模式，但實際上沒有。

Martin說，新的證據(jù)無法說服他。他斷言，“如果‘向真核生物基因水平轉移’是真實的，他們會竭盡全力找到我所說的他們應該找到的東西，但他們沒有找到。”

另一些人則認為，基因轉移到真核生物中是如此罕見，而且清除任何外來但很最重要的外來基因的壓力是如此之大，以至于轉移的基因可能不會像Martin預期的那樣隨著時間的推移而累積。

當然，Roger也提到，在紅藻中發(fā)生的事情可能不會發(fā)生在人類或其他動物身上。“人類和包括植物在內的所有多細胞真核生物都有專門的生殖細胞，如精子、卵子或它們的干細胞，只有這些細胞攜帶了細菌基因才能遺傳下來。”

盡管存在這些障礙，但一些昆蟲研究人員說他們看到了這種基因轉移的證據(jù)。美國蒙大拿州立大學研究粉虱的生物學家John McCutcheon就是其中之一， “我不再問‘細菌基因是否存在’，而是問它們是如何工作的。”他補充說，紅藻“是一個非常清晰的例子”。