C值悖论：基因组大小与生命复杂度的不相关性

2023-10-28 理论教育版权反馈

【摘要】：C值，即每一种生物的单倍体基因组DNA总量，或者通俗一点理解，也就是这个物种的所有扑克牌，即所有碱基对加在一起有多重。日前研究结果显示，对于每个生命大分支，基因组大小与生命复杂度之间并没有绝对的相关性，“低等”生命可能拥有极大基因组，而“高等”生命的基因组可能小巧而精致，这就是物种之间基因组大小变异的C值悖论。另外，C值悖论与达尔文的演化论和自然选择理论也是不吻合的。

我们终于可以正经地讲讲基因组了。基因组是生命的源代码，是细胞内所有的遗传信息的总和，是指导物种生长、发育和繁衍的基本程序。

30多亿年前，生命的第一个完整基因组诞生，它具有了复制、变异和遗传的特性，从诞生之日起便在这个星球上以不可阻挡的力量扩散和传承，形成了今天众多已知和未知的丰富多彩的生命形式。这些栖息于不同生命载体的基因组在时间和空间中有着无穷的多样性，基因组大小的变异就是其中之一。这个大小，我们用C值表示。

C值，即每一种生物的单倍体基因组DNA总量，或者通俗一点理解，也就是这个物种的所有扑克牌，即所有碱基对加在一起有多重。我们一般用皮克（pg，10-12克）表示，1pg的重量约等于1Gb（10亿个）的碱基对。虽然生命大致还是遵循了从简单到复杂、从低等到高等的演化模式，但正如刚才列举的例子，基因组大的物种并不一定更高等。

日前研究结果显示，对于每个生命大分支（细菌、真菌、动物、植物、藻类和原虫等），基因组大小与生命复杂度之间并没有绝对的相关性，“低等”生命可能拥有极大基因组，而“高等”生命的基因组可能小巧而精致，这就是物种之间基因组大小变异的C值悖论。这似乎与我们的感性认识不相符合。

示意图：陆生植物的基因组大小分布
（内圈是以苔藓植物为起点构建的陆生植物系统发育树，最小分支单元为科，各科按演化出现的时间先后顺序在图中逆时针排布；外圈有色条柱，高度代表该科平均基因组大小，单位Gb；内圈加粗的灰色分支对应的外圈基因组大小数值暂缺。数据引自：Jaume Pellicer，et al.，Genome Size Diversity and Its Impact on the Evolution of Land Plants）(www.chuimin.cn)

表面上看，我们会认为基因组越大的物种，越可能拥有更复杂、更高等的生命形式。然而，这就如同单看国土面积并不能和GDP（国内生产总值）成正比一样，GDP与该国的科技水平、人口组成、经济构成甚至宗教文化都有关系，谁也不知道国土面积数字背后是否为不宜居住和种植的沙漠或极寒地带。

另外，C值悖论与达尔文的演化论和自然选择理论也是不吻合的。人类基因组大小约是水稻基因组大小的七倍，却只有小麦基因组的约五分之一，在自然界的生命体中处于一个中间值位置，但人类却拥有无可比拟的语言沟通、劳动创造及建立社区和国家的能力。这就常常引起人们的思考：如果不是因为拥有超大或超复杂的基因组，又是什么让人类不同于其他生命脱颖而出，进而站在生命金字塔的顶端而主宰地球的？这是一个人类相关领域学家都关心的有趣问题。

而物种内部不同亚种之间，基因组大小各个层面的变异，却往往与很多重要表型性状相关联。而这些变异绝大多数来源于功能未知的异质染色质和非编码区域，也就是我们刚才提到的基因组中“暗物质”的部分。

C值悖论：基因组大小与生命复杂度的不相关性

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