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為什麼我們找不到恐龍 DNA?古 DNA 技術與時間的極限
《侏羅紀公園》描述了人類從封存在琥珀中的蚊子體內取得恐龍血液,重新開啟恐龍世界的大門。不過現實中這扇門根本無法以那種方式開啟,恐龍的骨骼可以在岩層中沉睡上億年,牙齒可以保留咬合與磨耗的痕跡,足跡可以記錄牠們曾經走過泥灘的瞬間,但雙股 DNA 是兩條由 4 種核苷酸(nucleotide)串接為長鏈並對接形成的聚合物,它在生物死亡後就失去維護,從那一刻開始,時間、溫度、水分、微生物與化學反應便開始共同拆解它。時間過得越久,DNA 降解得越嚴重,這也是為什麼我們至今還可以有機會取得猛獁象(Mammuthus)、洞熊(Ursus spelaeus)、古馬、古人類的 DNA,卻無法取得非鳥類恐龍的 DNA,這些分子本身有時間上的物理與化學極限。 DNA(圖片來源:Forluvoft,CC0 1.0 公共領域) 由於 DNA 在細胞內平時就會不斷接觸到活性氧類、自由基、水解反應、複製錯誤,還有外界的紫外光、化學致癌物、發炎等因素引發 DNA 損傷,因此生物演化出各種 DNA 修復蛋白用以每時每刻修補 DNA 的損傷,而修復機制以脊椎動物為例,包含鹼基切除修

演化之聲
5月21日讀畢需時 5 分鐘


生物演化的數據化,建立演化樹的方法
系統發生樹(圖片來源:Liang L et al,採用 CC BY 3.0 授權) 生物的系統發生樹(phylogenetic tree),又稱演化樹,是一種用來描述生物演化關係的圖形模型。它通過分支結構展示特定物種從共同祖先演化而來的過程。每個分支點代表一次演化分歧的發生,系統發生樹的根部代表的是所有該群物種的共同祖先,而越接近樹冠的分支則代表越後期的物種。過往的系統發生樹以生物物種間的形態、樣貌差異多寡作為參考基準,但隨著分子生物技術的發展,現代生物往往利用基因的DNA序列作為演化親緣關係的主要參考資料。由於古生物保留至今的線索多以化石形式呈現,因此古生物的系統發生樹則依舊以生物形態、樣貌來建立,並利用最大簡約法(maximum parsimony)找到最可能的系統發生樹。 DNA序列要如何建立系統發生樹? 要建立一群物種的演化關係,代表這群物種之間一定有某些共同的特點,而且這個特點在不同物種間都存在些微差異,就是藉由這個差異的多寡來認定牠們的親緣關係。 以一個假想基因A為例,不同物種間的基因A的DNA序列差異如下: 物種1: CAGTCGA

演化之聲
2025年1月21日讀畢需時 5 分鐘


什麼是基因? 與DNA有何不同?
首先,我必須先從染色體介紹起,讓大家能夠層層剖析地了解什麼是基因。每個物種都有特定數量的染色體,例如,人類有23對,花生有20對,郊狼有39對,而心臟葉瓶爾小草(Ophioglossum reticulatum)有630對。染色體在真核細胞中位於細胞核內,當細胞不分裂時,染色體像一堆毛線一樣分散於細胞核中,但仍有特定的分布。當細胞即將分裂時,染色體會凝聚成棒狀,這就是我們在教科書上所熟悉的樣貌。 染色體是由DNA和多種蛋白質纏繞形成的結構,其中組織蛋白結合成的八聚體占大部分。組織蛋白八聚體由組織蛋白H3、H4、H2A、H2B(各自還有多種變體)聚合而成,每146個DNA鹼基對纏繞一個組織蛋白八聚體。染色體的結構鬆散或密集取決於DNA纏繞這些蛋白質的緊密程度。 染色體結構(圖片來源:Πrate, PhiLiP,採用 CC BY-SA 4.0 授權) 組蛋白八聚體(小核體),octamer(八聚體)(圖片來源:Richard Wheeler (Zephyris),採用 CC BY-SA 3.0 授權) 至於DNA是什麼呢?DNA的全名是deoxyri

演化之聲
2025年1月21日讀畢需時 4 分鐘


人類與猿類失去尾巴的演化過程 — Alu元件 一 場意外的置入
尾巴對於許多脊椎動物在行動上扮演著十分重要的角色,靈長類也不例外。猴子在樹上攀爬時仰賴尾巴提供平衡,有的甚至將尾巴作為第五肢捉住樹枝或食物。人猿總科(包含長臂猿、猩猩、人類等)自2千5百萬年前與舊世界猴分道揚鑣時起就失去了這條尾巴,現今人類的尾骨則只遺留下3至5塊椎骨融合而成,其尾巴的遺失一直被推測是促使人猿雙足行走的主因之一。生物的演化來自其DNA的序列改變,而直至今日我們對於人猿失去尾巴在基因上出現什麼情形終於在一項研究中找出原因。 在比對各種靈長類的DNA序列時,研究者發現了其中一個基因—TBXT,顯示出猴與猿的差別。容我介紹一下TBXT這個基因,它是一種序列保留性較高的基因(意思是很少突變),例如人類與小鼠該基因的蛋白質序列相似性高達91%。TBXT所表達出的蛋白質屬於一種轉錄因子,稱作Brachyury蛋白,功能就是啟動其他特定種類基因的表達,在動物胚胎發育期間於中胚層與特定區域的內胚層中協助胚胎發育。胚胎如果完全失去TBXT基因或者不能發揮正常功能,胚胎就會死亡,無法形成生物個體。有研究顯示TBXT基因的一種異型合子突變(一對染色體的

演化之聲
2025年1月21日讀畢需時 4 分鐘
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