肺鱼是名副其实的“活化石”,而且是现存所有鱼类中和人类演化关系最接近的。约4.2 亿年前,人类还和肺鱼有一个共同的老祖先物种,之后,人类的祖先登上陆地,肺鱼的祖先选择留在水里。
早在2018年,一群德国科学家对来自美洲、非洲和澳大利亚的肺鱼进行细致研究后发现,虽然都是肺鱼,但它们的差异还挺大。例如,澳大利亚肺鱼有着粗壮的肉鳍,而南美肺鱼的肉鳍纤细得多——在水中游动时就像四根晃动的面条。更神奇的是,南美肺鱼的基因组规模达到其他两种肺鱼的2倍多。
南美肺鱼其貌不扬,乍一看还容易被误认为是蛇,但根据一项最新研究,南美肺鱼的基因组规模竟然是人类基因组的30多倍,总碱基数高达910亿,是目前已知具有动物基因组中最大的!
肺鱼有19条染色体,其中18条都特别巨大——每一条的规模都堪比人类整个基因组。
有趣的是,尽管肺鱼基因组如此庞大,但真正负责合成蛋白质的“干活儿”基因只有约2万个,和人类基因总数相当。
基因组大有利有弊。先说缺点,基因组大,合成DNA更费时、费能量、费原材料。不仅如此,更大的基因组,意味着南美肺鱼细胞核和细胞的整体尺寸也要相应增加,单个细胞的生长周期就会延长,南美肺鱼也就无法快速成长。
庞大的基因组给南美肺鱼带来了超强的适应性。它们基因组中的备用基因更多,这让它们更有希望在环境剧变时生存下来。同时,更大的基因组把真正重要的基因隐藏了起来。这样,即便生存环境让南美肺鱼的基因组承受损伤,相比基因组较小的动物,南美肺鱼真正重要的基因受损的比例会更低,这也能提高它们的生存能力。
南美肺鱼的基因组如此巨大,原因竟然是转座子它们体内缺乏抑制转座子的机制。这导致它们的基因组都由转座子构成,而拥有抑制转座子机制的人类,转座子比例仅为40%。
如果把生物基因组看成一本书,那么转座子就是一些可以随意复制自己并插入书本任意位置的机动页面。如果不加控制,那么随着转座子的不断复制和插入,基因组这本书最终会无比厚重。好在绝大多数生物都有限制转座子复制的机制,但南美肺鱼几乎没有,难怪它们的基因组变得异常巨大。
尽管南美肺鱼的基因组规模冠绝动物界,但并不是所有生物中最大的。新喀里多尼亚叉蕨以其1600 亿个碱基对的基因组规模,保持着具有最大基因组生物的纪录。