分子进化中性论

二、分子进化中性论

1.论　点

20世纪中后期，由于分子生物学的发展，人们开始对蛋白质和核酸分子进化改变，着重于蛋白质中的氨基酸和DAN中的碱基替换进行了比较研究。在这期间，木村与太田（Kimura，1968，Kimura与Ohta，1971），金与朱克斯（King和Jukes 1969）几乎同时提出了一个称为“分子进化中性论”的观点。随之，木村（1983）在他的《分子进化中性论》专著中进行了论述，并提出在分子层次上解释“非达尔文式的进化”现象。

分子进化中性论的中心论点：在生物分子层次上生物进化改变不是由自然选择作用于有利突变而引起的，而是在连续的突变压之下由选择中性或接近中性的突变的随机固定造成的。所谓中性突变是指对当时适应度无影响的突变。

值得指出，中性论虽然承认自然选择在表型（含形态、生理行为的特征）进化中的作用，但否认自然选择在分子进化中的作用，而大分子进化的主要因素是机遇与突变压。中性论主要依据：①分子层次上的大多数变异是选择中性的；②蛋白质与核酸分子的进化速率高而且相对恒定；③突变压在分子进化中的作用已得到许多证实；④按群体遗传学的数学模式计算出来的自然选择代谢过高，不符合实际情况。

2.证　据

从分子层次看，绝大多数突变是选择中性的，例如在DNA的64个密码子中，除了3个停止符号，其他61个密码子共有549种替换，其中同义替换134种，占总数24.4% ，无义替换23种，只占4.2% ，变义替换392种，占71.4%。这就是说，同义和无义替换占总数的1／4以上，在变义替换中亦有相当部分是无显著表型效应的。

一个最重要的现象，在生物基因组中，编码基因不多而非编码的DNA占绝大部分。例如，人基因组的蛋白质编码DNA只占1%多一点，其余的是非编码的卫星DNA（约5% ）、中介DNA（约25% ）及其特异DNA 。所谓卫星DNA多是短的、重复序列，特异DNA是非重复序列与中介DNA相间分布。所以，整个基因组的结构就像是相对稳定的结构基因（编码基因）小岛散布于许多易变的、重复的核酸序列中受到保护，致使大多突变发生在非生物编码的DNA上。

另有自然种群遗传结构的分析证明，种群内的遗传多态性是普遍存在的，大分子多态性尤其常见。中性论认为分子多态性不是由于平衡选择保持的，它是由突变和随机绝灭两个相反过程之间的动态平衡保持的。假如种群内大多数突变是选择中性的，即这些突变不受自然选择作用。那么它们如何让在种群中扩散并达到固定呢？中性突变的频率变化是随机的，即只能通过“随机漂移”而达到固定。

在这种情况下，大多数中性突变，甚至某些微小的选择利益突变，也会在不多几代的漂移中随机消失了；只有很少的突变经过很长时间，才能扩散到整个种群而达到固定。木村（1989）给了如下的计算公式：Ky＝（vt／g）f 。

分子进化速率，通常以年为时间单位，突变率以世代为单位，式中g为每世代的年数，如果几乎全部突变都是中性的，则f＝1 ，这时K y＝vt或K y＝vt／g ；这个最大的速度率等于突变率。这里复杂假设和计算就此省略。

我们所关心的中性论与自然选择学说是对立的，或是作为某种补充。首先承认中性论只是解释分子进化的一种理论，是有意义的，它虽然很好地解释了分子多态性起源，但未能解释表现型的适应进化。其原因何在？中性论所及的只是生物大分子一级结构单元的中性替换，那是一种无显著表型的突变，也是一种无功能的突变，它不能包含和代表分子进化的全部。为什么功能重要的大分子的替换率低，表现出极大的稳定性和保守性，实际上，中性选择对所及的只是生物大分子一级结构单元的中性替换，那是一种无显著表型的突变，也是一种无功能的突变，它不能包含和代表分子进化的全部。为什么功能重要的大分子的替换率低，表现出极大的稳定性和保守性，实际上，中性选择对最重要的遗传密码起保护作用。由此，我们不能不认为大分子的“保守区”，即遗传编码的起动区可能存在一种特有效的阻遏基因突变的保护机制。笔者认为达尔文的自然选择学说是不可动摇的，它可以包容分子中性突变内容，成为现代自然选择在分子水平上的认识。