科学悖论 低等生物基因数比高等生物的多
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• 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。
Fra Baidu bibliotek
• 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。
• 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。
• 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.
• 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，不是决定于基因的数 量。
• 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。
• 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。~。~
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。
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.
• 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.
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.
• 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。
• 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?
• 最后，我认为 • 由于大多数真核生物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。
• Thus to add to Mark's answer, the 20,000 protein coding genes represent just a minority of the heritable genetic information in the genome, and may be complemented by 1 million regulatory elements and other sequences whose functions we are still learning about. In this context, 20,000 genes may be more than sufficient to produce the types of cell biology necessary for a complex organism, and the real challenge for development is orchestrating the expression of this arsenal of genes over time and across cell types.
Fra Baidu bibliotek
• 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。
• 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。
• 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.
• 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，不是决定于基因的数 量。
• 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。
• 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。~。~
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。
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.
• 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.
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.
• 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。
• 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?
• 最后，我认为 • 由于大多数真核生物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。
• Thus to add to Mark's answer, the 20,000 protein coding genes represent just a minority of the heritable genetic information in the genome, and may be complemented by 1 million regulatory elements and other sequences whose functions we are still learning about. In this context, 20,000 genes may be more than sufficient to produce the types of cell biology necessary for a complex organism, and the real challenge for development is orchestrating the expression of this arsenal of genes over time and across cell types.