科学悖论 低等生物基因数比高等生物的多
2014-基因组学——最终版
基因组学题库一基因组学介绍1 基因组与基因组学基因组是指生物的整套染色体所含有的全部DNA序列，是生物体所有遗传信息的总和。
基因组学（Genomics）是以生物信息学分析为手段研究基因组的组成、结构、表达调控机制和进化规律的一门学科，研究对象是基因组结构特征、变演规律和生物学意义。
2 C质与C质悖论C值（C value)通常是指某一生物单倍体基因组DNA的总量。
C值悖论（C Value Paradox)：生物的复杂性与基因组的大小并不完全成比例增加。
3 人类基因组计划及其8个目标人类基因组计划(human genome project, HGP)是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。
美、英、法、德、日和我国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组计划。
按照这个计划的设想，在2005年，要把人体内约10万个基因的密码全部解开，同时绘制出人类基因的谱图。
其8个目标：1）人类DNA序列（Human DNA sequence）；2）开发测序技术（Develop sequencing technology）；3）识别人类基因组序列变异（Identify human genome sequence variation）；4）功能基因组学技术（Functional genomics technology）；5）比较基因组学（Comparative genomics）；6）伦理、法律、社会问题（ELSI: ethical, legal, and social issues）；7）生物信息学和系统生物学（Bioinformatics and computational biology）；8）Training and manpower。
4 什么是宏基因组（metagenomics）？研究一类在特殊的或极端的环境下共栖生长微生物的混合基因。
生境中全部微小生物遗传物质的总和。
它包含了可培养的和未可培养的微生物的基因，目前主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。
变异的法则：重复的、残留的低级构造容易变异
变异的法则：重复的、残留的低级构造容易变异正如小圣提雷尔所说，在物种和变种中，如果将同一个体的任何构造或器官（如蛇的脊椎骨、多雄蕊花中的雄蕊等）重复多次，它重复的次数就容易变异；相反的，同样的构造或器官，如果重复器官较少，就更具有稳定性，这似乎已经成为一种规律了。
小圣提雷尔和一些植物学家进一步指出，重复的器官，在构造上也非常容易发生变异。
这正是欧文教授所说的“生长的重复”，并且他认为这是低等生物的标志。
上述观点似乎与博物学家的普遍看法是一致的，即在自然界中，低等生物比高等生物更容易发生变异。
我认为这种情况下，所谓的低级是指生物的一些构造很少专门用于某种特殊功能。
只要同一构造必须实现多种功能，我们也许可以发现为什么它容易发生变异，因为自然选择对这种器官比对专营一特殊功能的器官宽松。
就好比一把有各种用途的刀，可以是各种形状；但是有特殊用途的刀，通常形状都是特定的。
永远不要忘记，自然选择只在对生物有利的情况下才会发挥作用。
一般学者认为，退化的构造容易产生高度变异，以后我们会对这个论题进行讨论。
我在这里仅做一点补充，它们的变异似乎是由于其无用性引起的，因此自然选择无法对这些变异发挥作用。
不同物种基因家族数目差异的原因
不同物种基因家族数目差异的原因下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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DNA含量的不同解释方式
DNA含量的不同解释方式人类的DNA是构成我们身体的基础，它是我们所有细胞的蓝图，规定了我们的生理特征和行为方式。
但是，对于DNA含量的解释方式，科学界目前仍有一些争议与研究。
一、DNA含量的基本意义DNA含量的基本意义是指细胞中DNA的总量。
一个生物的DNA含量通常与其生命历史相关。
比如，多数动物的细胞DNA含量越高，其体型趋于较大，寿命较长，而细胞DNA含量较低的生物则体型较小，寿命较短。
同时，DNA含量还与生物的核型等相关特性密切相关。
二、C值悖论在对DNA含量进行研究时，科学家们发现了一个神奇的现象，即“C值悖论”。
有些生命体系中的DNA含量可以远高于其他生物的DNA含量，例如某些蚊子的DNA含量是其他昆虫的数十倍之多，而这些生物的核型却与其它动植物一样单纯。
对此，科学家们提出了两种解释方式。
三、基因多样性假说基因多样性假说主张，高DNA含量生物相较于低DNA含量生物，其基因重复率更低，因而具有更高的基因多样性和适应性。
根据这一假说的观点，DNA含量的不同，不一定代表生物基因组的大小或复杂程度，而是反映了生物的基因多样性和生存适应性差异。
四、稳定性选择假说稳定性选择假说认为，高DNA含量生物拥有多余的DNA序列，使它们能够在处于环境压力下时更为稳定，这些多余的DNA序列扮演了“保险”和“库存”的角色。
许多高DNA含量生物被认为具有抵抗性，因为它们在面临不适宜生存的环境时，有足够的库存DNA。
五、可能的进一步解释方式虽然上述两种解释方式都有一些合理性和多年的研究支持，但是科学家对“C值悖论”的解释仍然持续探讨。
一些科学家提出了新的可能性解释方式。
例如，有些研究表明，DNA含量的不同可能与基因表达有关，DNA含量的多少可能并不像以前认为的那样仅仅受到生存的压力和其他环境因素的制约。
此外，有些科学家建议将大规模的DNA含量分析作为一种新的生物分类法，认为这种方法可以更准确地分类生物，更为准确地了解生物相关的基因。
费米悖论——精选推荐
费米悖论1950年的一天，诺贝尔奖获得者、物理学家费米在和别人讨论飞碟及外星人问题时，突然冒出一句：“他们都在哪儿呢？”这句看似简单的问话，就是著名的“费米悖论”。
“费米悖论”隐含之意是，理论上讲，人类能用100万年的时间飞往银河系各个星球，那么，外星人只要比人类早进化100万年，现在就应该来到地球了。
换言之，“费米悖论”表明了这样的悖论：A.外星人是存在的——科学推论可以证明，外星人的进化要远早于人类，他们应该已经来到地球并存在于某处了；B.外星人是不存在的——迄今为止，人类并未发现任何有关外星人存在的蛛丝马迹。
1悖论基础阐述的是对地外文明存在性的过高估计和缺少相关证据之间的矛盾。
2产生背景在1950年的一次非正式讨论中，诺贝尔奖获得者、物理学家费米在和别人讨论飞碟及外星人的问题时，突然冒出一句：“他们都在哪儿呢？”，如果银河系存在大量先进的地外文明，那么为什么连飞船或者探测器之类的证据都看不到。
对这个话题更加具体的探讨最早出现在1975年麦克·哈特的文章中，有时也被叫做麦克·哈特悖论。
另一个紧密相关的问题是大沉默——即使难以星际旅行，如果生命是普遍存在的话，为什么我们探测不到电磁信号？有人尝试通过寻找地外文明的证据来解决费米悖论，也提出这些生命可能不具备人类的智慧。
也有学者认为高等地外文明根本不存在，或者非常稀少以至于人类不可能联系得上。
地球殊异假说有时被认为为费米悖论提供了一种解释的答案。
从哈特开始，很多人开始发展关于地外文明的科学理论或模型。
大部分工作都引用费米悖论作为参考。
很多相关的问题已经得到重视，内容包括天文学、生物学、生态学和哲学。
新兴的天体生物学给问题的解决引入了跨学科的研究手段。
3悖论发展费米悖论亦称费米佯谬，在费米提出之后，该佯谬得到了不断的发展，如今被称为“齐奥尔科夫斯基（K. Tsiolkovsky）·费米·维尤因（D. Viewing）·哈特（M. Hart）·蒂普勒（F. Tipler）佯谬”，这些人都曾参与了费米佯谬的讨论并提出了重要观点。
遗传学 第六章 真核生物遗传分析
1、单一序列（unique sequence）
➢ 真核生物的大多数基因在单倍体基因 组中都是单拷贝的。
➢ 单一序列所占的比例在不同生物基因 组中变化较大：
原核生物中一般只含有非重复序列；
较低等的真核生物中大部分DNA也 是单拷贝的；
动物中将近50％DNA是中度或高度 重复的；
植物和两栖类生物中单拷贝DNA序 列降低，而中度和高度重复序列增加， 如玉米的重复序列在80%以上。
（2）卫星DNA （satellite DNA）
➢ 其碱基组成不同于其他部份，可用 等密度梯度离心法将其与主体 DNA 分开，因而称为卫星DNA 或 随体DNA。
➢ 各类卫星DNA都由不同的重复序 列家族构成。
➢ 重复单位串联排列。 ➢ 卫星 DNA约占人基因组 5~6％。
卫星DNA 根据长度可将其分为3类：
➢ 基因组（genome）：一个物种单倍体的染色体数 目及其所携带的全部遗传信息。
基因组DNA测序结果表明基因组中不仅包含着整 套基因的编码序列，同时还包含着大量非编码序列， 这些序列同样包含着遗传指令(genetic instruction)。 因此，基因组（应该）是整套染色体所包含的 DNA分子以及DNA分子所携带的全部遗传指令。
➢ 可用遗传学方法区分每个染色单 体。
顺序四分子分析（ ordered tetrad analysis）
顺序四分子遗传分析的特殊意义在于： (1) 能从四分子不同类型出现的相对频率分析基因间的连
锁关系； (2) 能计算标记基因与着丝点之间的重组值，进行着丝粒
作图； (3) 子囊中子囊孢子严格的对称性质，表明减数分裂是一
Co = DNA concentration t1/2 = time for half reaction
生命进化历程中的基因多样性和变异性
生命进化历程中的基因多样性和变异性生命的进化，是一个从简单到复杂、从低级到高级、从单一到多样的过程。
在长时间的进化演化中，生物种群中的基因组不断地发生变化和演化，导致基因多样性和变异性。
这种变异性不仅是自然选择的物质基础，也在很大程度上决定了生物的适应性和生存能力。
基因是生物遗传信息的基本单位，每个生物都有自己独特的基因组，其中包含许多不同的基因，它们决定了生物的性状和功能。
基因多样性指的是生物种群中存在多种不同基因型的现象。
这样的多样性反映了生物种群的基因组的多样性和复杂性，有助于增加种群的遗传变异，这对于适应环境和进化演化非常重要。
基因多样性和变异性是生命的重要进化特征，它们对生物的适应性和生存能力有着至关重要的影响。
在自然选择的过程中，具有更好适应环境的个体更容易生存下来，有更多机会繁殖后代，自然选择本质上就是一种选择基因的过程。
在这个过程中，基因多样性和变异性起到了至关重要的作用。
基因多样性和变异性的来源很多，主要包括突变、重组和基因流。
突变是基因发生改变的一种方式，它是由于生物体内部或者外部环境的因素所引起的。
突变可以是单个碱基的变异，也可以是染色体部分或者整个的缺失，重复插入等造成的基因改变。
通过突变的方式，随机变异率增加，也为后续进化过程中的适应性突变提供了可能性。
除了突变外，重组也是基因多样性和变异性的来源之一。
重组是由交叉互换和分离结合这两个过程构成的。
交叉互换是指在染色体的同源染色体互相配对后，发生基因的交换；分离结合是指在染色体的各个位点上，基因的组合是随机分离的。
这样的情况会导致后代的基因编码产生变异，这种变异性对于生物的进化具有积极的推动作用。
除了以上两种方式外，基因流也是基因多样性和变异性的来源之一。
基因流是指生物个体间或不同种群之间基因型的交流，它是影响生物遗传结构的重要因素。
基因流可以改变一个种群的基因型频率，并且从而影响生物个体的适应性和生存能力，从而影响具有基因多样性和变异性的生物种群的进化速度和方向。
分子生物学——精选推荐
分⼦⽣物学⼀、名词解释1.基因组：细胞或⽣物体的⼀套完整单倍体的遗传物质的总和2.C值悖论：⽣物基因组的⼤⼩同⽣物进化的复杂程度不⼀致，这种现象称为C值悖论（“C值反常现象”，“C值谬误”）3.启动⼦：与基因表达启动相关的顺式作⽤元件，是结构基因的重要成分。
4.GU-AG法则：GU表⽰供体衔接点的5′端，AG表⽰接纳体衔接点的3′端。
把这种保守序列模式称为GU-AG 法则。
5.ORF：开放读码框，⼀组连续三联密码⼦组成的DNA序列，由起始密码⼦开始到终⽌密码⼦结束，能翻译指导合成⼀段肽链。
6.SD序列：存在于原核⽣物起始密码⼦AUG上游7~12个核苷酸处的保守⽚段，它与16SrRNA3'端反向互补，可将mRNA的AUG起始密码⼦置于核糖体的适当位置以便起始翻译作⽤。
7.操纵⼦：指原核⽣物中由⼀个或多个相关基因以及转录翻译调控元件组成的基因表达单元。
8.定时定量PCR技术：利⽤带荧光检测的PCR仪对整个PCR过程中扩增DNA的累积速率绘制动态变化图，从⽽消除了在测定终端产物丰度时较⼤变异系数的问题。
1、中⼼法则：由克连克⾸次提出的遗传信息传递规律，该法则阐明了DNA复制、RNA转录以及翻译产⽣蛋⽩质在⽣命过程的核⼼地位。
2、C值：通常是指⼀种⽣物单倍体基因组DNA的总量，以每细胞内的⽪克数表⽰。
3、操纵⼦：是指原核⽣物中由⼀个或多个相关基因以及转录翻译调控元件组成的基因表达单元。
4、冈崎⽚段:是在DNA半不连续复制中产⽣的长度为1000~2000个碱基短的DNA⽚段，能被连接形成⼀条完整的DNA链。
5、顺式作⽤元件：存在与基因旁侧序列中能影响基因表达的序列，包括启动⼦、增强⼦、调控序列和可诱导元件等，本⾝不编码任何蛋⽩质，仅仅提供⼀个作⽤位点，与反式作⽤因⼦相互作⽤参与基因表达调控。
6、SD序列：存在与原核⽣物起始密码⼦AUG上游7~12核苷酸处的⼀种4~7个核苷酸的保守⽚段，它与16S rRNA 3’端反向互补。
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• To put the number of protein coding genes in perspective with other elements of the genome: Roughly 5% of our 3 billion base pair genome is functionally conserved at the level of base pairs. The 20,000 protein coding genes account for only 1/3 of this functional sequence. While we are still learning about new types of functional sequences represented in the other 2/3rds, much of this conserved non-coding sequence acts as the sheet music of the genome to regulate gene expression. Based on sequence alignments across the genomes of many vertebrates, we estimate that there are nearly 1 million regulatory elements in the genome.
科学悖论:
生物的基因组在进化过程中一般越来越复杂， 但是人的基因组却比有些低等生物的基因 组还小。而且人类的基因数目也比有些低 等生物的的少，请就此问题谈谈你的看法。
上网查了一下，人类基因数量有2.5万个，线虫有两万个， 水稻5万个，拟南芥比人类基因数量稍多。 按理说，物种应该越进化越复杂，基因也相应会变得复杂， 单从数量上来说却并非如此，以下是我的猜想： 当一个东西到了一定复杂的程度的时候，就会出现稳定性 的问题，生物进化变得复杂之后，稳定性就显得尤其重要， 进化过程中简化了基因的数量，降低了突变的可能性，提 高单个基因的效能。类比于计算机，早期编程程序显得复 杂而容易出问题，现在的程序的整合性更好，稳定性也高。 如此推断，人类基因会比某些低等动物的基因数量上更少。
• 基因密度随物种遗传复杂性的增加而明显减小， 从原核生物的1 000基因/百万碱基对，到酵母的 500基因/百万碱基对，再到哺乳动物的20基因/百 万碱基对。这说明基因调节机制的复杂性随着基 因组的复杂性而增加。如果除了编码蛋白质的信 息量外，把调节机制中的编码关系也算进来，则 编码信息量随物种进化而递增的图像就会很清晰。 实际上，基因组的复杂性主要来源于基因的功能， 决定于基因间的相互作用，不是决定于基因的真核生物DNA是非编码的，暗 示大的基因组不一定有更多数量的基因， 所以会出现认得基因组数目比某些度等生 物少。此外基因组大小与蛋白质编码基因 没有相关性。因此通常认为基因组中沉默 基因及自私寄生元件的数目差异导致了就 基因组大小的不同。
• 我个人经过上网查资料，觉得主要有以下几个原 因。 • 1、2001年报告其所估测的基因数目时，还有很多 工作未完成人类基因组的一些区域中隐藏着很多 基因片段的复本，最终完成的工作显示，最初认 为是基因的，实际上是一些基因片段的复本，而 且较早的一些基因模型是错误的，此前的估算曾 将这些复本计算在内。 • 2、在完成的人类基因组序列中有341个缺口，而 在2000年6月公布的工作草图中则有多达150000个 缺口。误差较大。
• 3、人类基因中的蛋白质编码区被称为外显子，他 们仅占DNA总量的2%，在其余98%中则不存在外 显子。有些奇怪的遗传性质也是的基因计数复杂化。 一些非常简单的基因只有一个外显子组成，他们非 常微小，极易被人工计算机基因计数器所忽略。相 反的，那些由于其DNA组成发生某些即便而不再产 生功能的，所谓的假基因则被计算在内，人为的夸 大了基因的数量。
• 4、存在可变剪切，所以基因的总数比潜在的蛋白 质数目少。人类的可变剪接程度比昆虫和线虫的大， 约60%的人类基因可能存在可变剪接。因此跟其他 真核生物相比，人类蛋白质组增加的程度大于基因 增加的程度。从人类基因组其中的两条染色体上抽 出一些基因进行可变剪接研究，发现导致蛋白质序 列改变的基因可变剪接的比率高达80%，如此可使 得蛋白质组的成员增加到50000~60000种。
• 个人认为可以从两方面解释该问题。
• 一方面，在坚持进化论的基础上，生物的基因组或 基因的使用效率及基因的复杂程度可以认为向着二 者平衡的方向进化。举例而言，原核生物的基因组 结构简单，只有一个复制起点，无内含子，并常出 现一段基因序列可控制多种性状，使用效率高但复 杂程度较低，基因表达过程中不存在复杂的调控现 象。在对人来基因组研究中发现，有25000多个基因， 远远少于人类所预测的基因数目。人类DNA链上含 有大量调控序列以及间隔序列。许多高等生物的基 因效率使用较低，但是其复杂程度却是低等生物基 因组无法比拟的。
• Chromatin proteins and RNA in regulating gene expression. • Genes also dance to the tune of RNA. Small RNA molecules
• How do all these features meld together to make us whole?
An answer
• Protein-coding genes are only part of the story of how the genome produces a complex organism. Genes are like the keys on a piano. Genes can be expressed in numerous different sequences and combinations to produce different cell types and functions. What is important beyond the number of genes, is the sheet music of the genome that determines when and where genes are expressed. Regulatory sequences of DNA in the genome can act as this music, controlling the expression of genes in every cell type.
• 此外，在坚持进化论的基础上，不同界的生物进化速度不 同。低等生物从进化角度主要包括：低等动物（原生动物， 腔肠动物，扁形动物，线形动物这些体内无体腔膜的动 物）、低等植物（无胚藻类）以及细菌真菌病毒。涵盖了 生物的“五界学说”中定义的所有生物。生物进化出上述 五界后，分别进入独立或者相互影响的进化途径。由于对 环境变化反应速度不同或其它因素，使各界进化速度不一 定相同。可能造成在全体生物界范围内，动物界的高等生 物在其他界的进化地位上属较为低等生物。 • 另一方面，在否认进化论的基础上，生物的出现以及变得 如此丰富多彩仍让是未知的，上述科学悖论自然也就没有 意义再去探讨。
• As an example of the importance of gene regulation on top of a set of genes, consider that a subset of our genes are functionally equivalent to those found in yeast, most of our genes are well conserved across vertebrates, and we share nearly all of our genes with chimpanzee（黑猩猩）, with an average of just one amino acid substitution per a gene. Yet starting with a similar set of genes, the human genome is programmed to produce a complex organism with some differences very important to us.
• 我个人认为，生命体的精细复杂程度与基因的数量没有必然 的联系，最重要的因素是不同物种如何利用了这些基因。虽 然从数量上相比，人类的基因并不占优势，但人类的基因图 谱却要复杂得多。人类的每个基因都拥有非常复杂的功能， 与其他物种相比更高效。基因转录翻译出来是肽链，肽链经 过不同的折叠方式就可以成为不同的蛋白质，而且两种蛋白 质组合也可以形成新的蛋白质。基因会重组、突变产生许多 的种类 ，不同的发育阶段 ，肽链有不同的内含子 、不同的 剪切 、拼接方式 、不同的折叠方式，甚至加糖基等修饰方 式也有很多种，所合成的蛋白质也有许多类型。另外蛋白质 有些是通过消化吸收转变过来的，有些是利用一些物质和人 自身合成的蛋白发生作用然后得到的，还有多种化学途径来 合成蛋白质，但不是人类自身基因指导转录的。这些蛋白质 共同完成人类精密复杂的生命活动，使人类变得高等复杂。
Why do human have so few genes？
• Our genomes and those of other mammals are far more flexible and complicated than they once seemed.
• Alternative splicing is one reason human genomes can produce such complexity with so few genes.
• 相比于以上几种生物，基因相对数量较少的人类 细胞却能分化出更多不同种的细胞，可见人类基 因拥有更加复杂的表达方式，我想进化的复杂程 度不是体现在基因数量上，而是在基因表达的多 样性上，用更少的资源创造更大的价值才比较符 合进化方向。 当然低等高等只是人类自己的评判标准，或许自 然界根本没有这样的区分，适应才是最重要的， 由于进化的方向不同，对基因数量的需求也不同， 所以基因数量也许并不能说明什么问题。~。~