分子进化与病毒进化

分子进化与病毒进化

武汉大学基础医学院赵旻

本章内容提要

1. 进化总论

2. 分子进化的模式

3. 病毒的起源与进化

第一节进化总论

❒进化含有连续变化的意思，而这种变化又带有定向的成分，进化即朝一定方向变化的趋势。❒生物从共同祖先由低级到高级，由简单到复杂逐步分化演变的过程叫进化（evolution)。

一.生物进化的证据

1.古生物进化的证据

✍化石✍同位素衰变

2.比较解剖学证据

✍同源器官homologue organ

是指具有不同的功能和外部形态，但却有相同的基本结构的器官。如：蝾螈和鳄的前肢；鸟类的翅和哺乳类的前肢以及人的手臂。同源器官在构造及发育上的一致性说明这些动物起源于共同的祖先，具有相似的遗传基础。

1肱骨；2尺骨和桡骨；3腕骨和掌骨；4指骨

3.胚胎学证据

从鱼类、两栖类、爬行类、鸟类到哺乳类和人，它们的早期胚胎很相似，都具有鳃裂和尾。这说明脊椎动物也具有共同的祖先，它们均来自用鳃呼吸、有尾的水栖动物祖先，而人类则是从有尾的动物发展而来的。

4.免疫学证据

根据抗原抗体沉淀反应的强弱程度，确定不同生物之间的亲疏关系。

❆1964年，Linus Pauling提出分子进化理论

❆DNA & RNA: 4种碱基；蛋白质分子：20种氨基酸

❆发生在分子层面的进化过程：DNA, RNA和蛋白质分子

❆基本假设：核苷酸和氨基酸序列中含有生物进化历史的全部信息

✍细胞色素C

细胞色素C是一个具有104~112个氨基酸的多肽分子，从进化上看，它是很保守的分子。不同生物的细胞色素C中氨基酸的组成和顺序反映了这些生物之间的亲缘关系。

根据细胞色素C分子中氨基酸顺序的差异，可以得知这一分子的基因核苷酸顺序的差异，依此也同样反映出不同生物之间的亲缘关系。

•在细胞色素c中，根据差异的程度，推算它们在进化过程中分歧的时间。大概每2千万年，有1%的氨基酸残基发生替换。在哺乳动物与爬行动物104个氨基酸中，平均有14.3个的差异（占13.7%）。可算出哺乳类从原始兽形爬行类分歧的时间为2.74亿年，这与古生物学上的资料完全相符；陆生脊椎动物与鱼类的细胞色素c中，平均有18.5个氨基酸（占17.8%）的差异，那么两者分歧的时间应为3.56亿年。

✍ 16S rRNA

通过比较真核细胞rRNA的核苷酸顺序和“真细菌”、“古细菌”的rRNA核苷酸顺序，发现它们之间截然不同，表明真核细胞不是来自原核细胞，而是远在原核细胞生成之前，真核细胞就已和原核细胞分开而成独立的一支，即“早真核生物”，它才是现代真核生物的始祖。

(1) Tree of Life: 16S rRNA

Mitochondrial DNA

Out of Africa

2.获得性状遗传学说

法国拉马克(Lamarck,1744－1829)，科学进化论的创始者。他认为生命是连续的，物种是变化的，环境改变是物种变化的原因。

主要思想：“用进废退” 。即生物在环境的直接影响下，经常使用的器官逐渐发达，不使用的器官逐渐退化，这种后天获得的性状可以遗传下去。

环境条件的变化决定了变异的方向，因此称作“定向变异”，同时定向变异又是生物对环境的一种适应，即变异＝适应，称为“一步适应”。

3.自然选择学说（达尔文主义）

✍英国博物学家华莱士（Wallace)，1858年提出了生物进化的见解，和达尔文结论如出一辙。✍英国人达尔文（Charles Darwin)，1859年出版了<<物种起源>>一书。为达尔文主义打下了坚实的基础。

达尔文进化论学说：

（1）遗传和变异

有遗传物种才能稳定存在；有变异生物界才会绚丽多彩，即世界上没有两个生物个体是完全相同的，并且这种变异是随机产生的，是可遗传的变异。

（2）繁殖过剩

各种生物都有极强大的生殖力。但是自然界中各种生物的数量在一定时期内都会保持相对稳定。

（3）生存斗争

生物存在着繁殖过剩现象，出现了生存斗争。

种内斗争；种间斗争；生物与非生物之间的斗争

（4）适者生存

生物体普遍存在着遗传和变异，其中有利变异得到保存，对生存不利的变异遭受淘汰，出现适者生存。变异是随机的，是没有方向的，只有通过定向的选择，才能保存有利变异，以适应环境。即：变异＋选择＝适应，称为“二步适应”。总之，通过一代代的生存环境的选择作用，物种变异被定向地向着一个方向积累，于是性状逐渐和原来的祖先种不同了，这样就演变成了新种，即变异的选择和积累则是生命多样性的根源。

第二节分子进化的模式

1. 从物种的一些分子特性出发，构建系统发育树，进而了解物种之间的生物系统发生的关系—— tree of life; 物种分类

2. 大分子功能与结构的分析：同一家族的大分子，具有相似的三级结构及生化功能，通过序列同源性分析，构建系统发育树，进行相关分析；功能预测

3. 进化速率和程度分析：例如，HIV的高突变性；哪些位点易发生突变？

分子进化的理论

自然选择理论

1. 阳性选择（适应性进化，达尔文进化）：固定有益的等位基因；保持多态性。DNA分子显著出现非同义替代，改变编码蛋白质的氨基酸组成，并产生新的功能

2. 阴性选择（净化选择）：清除有害突变；DNA分子的同义替代显著，较少改变蛋白质的氨基酸组成，其原来的功能高度保守

中性理论

阳性选择：少有；

阴性选择：普遍存在；

中性进化：普遍存在；同义替代与非同义替代比例相当，突变不好不坏，不改变或轻微改变蛋白质的功能

4 分子钟

分子钟（molecular clock）是以某一进化事件作为划分时间的刻度，并以此判定其他进