是什么原因造就了生物多樣性？眾所周知的是達(dá)爾文提出的 “物競(jìng)天擇、適者生存”基本觀點(diǎn)。“那么，變異是怎么來的？自然選擇為什么這么高效？”南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院田大成教授帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)，十幾年來圍繞遺傳突變普遍機(jī)制進(jìn)行研究，大膽提出“Indel誘變假說”。其研究成果兩次刊登在世界權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志上，破解了生物學(xué)上的諸多懸疑。

田大成教授

田大成關(guān)于遺傳變異的新理論，可能還引出一門新的學(xué)科：非對(duì)稱遺傳學(xué)。因?yàn)橐恢惶O果，牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，而田大成的科學(xué)靈感也緣于一個(gè)“奇思妙想”。

2000年元旦，當(dāng)時(shí)在芝加哥大學(xué)工作的田大成像往常一樣沉浸在一些最新文獻(xiàn)的閱讀中，當(dāng)讀到一篇關(guān)于抗病基因Rpp8在基因組間的結(jié)構(gòu)時(shí)，一個(gè)帶他到新的研究領(lǐng)域、一個(gè)可能開創(chuàng)新的學(xué)科的靈感出現(xiàn)了，非對(duì)稱的Indel結(jié)構(gòu)促進(jìn)遺傳變異。田大成說：“生物進(jìn)化的漫長(zhǎng)過程中，造成生物多樣性的遺傳差異是如何產(chǎn)生、積累乃至保留下來的？顯然，這是遺傳進(jìn)化科學(xué)中需要解決的核心問題，也是整個(gè)生命科學(xué)面臨的基本問題之一。”

上世紀(jì)90年代以來，由于DNA測(cè)序技術(shù)的突破性進(jìn)展，使自發(fā)突變?cè)诨蚪M中的數(shù)量和分布有了精確的估計(jì)。“確認(rèn)了自發(fā)突變?cè)诨蚪M中不是隨機(jī)分布的，突變熱點(diǎn)普遍存在于基因組中，突變率在突變熱點(diǎn)中是很高的。”田大成說，這對(duì)傳統(tǒng)的突變隨機(jī)性和稀有性的認(rèn)識(shí)形成巨大挑戰(zhàn)，“遺憾的是，盡管眾多研究者做了大量的努力，但是并沒有找到一種普遍的機(jī)制來解釋突變熱點(diǎn)的產(chǎn)生。”

產(chǎn)生了“假說”靈感后，田大成有了回國(guó)發(fā)展的想法，以開創(chuàng)新的領(lǐng)域。2003年，和他的課題一起，田大成來到了南京大學(xué)。回國(guó)后幾年來的研究，其進(jìn)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過田大成自己的預(yù)期。“非對(duì)稱遺傳學(xué)”的幾個(gè)關(guān)鍵理論預(yù)期已被證實(shí)，并首次在DNA水平發(fā)現(xiàn)了遺傳變異的新機(jī)制。

田大成教授在實(shí)驗(yàn)室

2008年，《自然》雜志刊登了田大成等自主完成的研究成果——“Indel誘變假說”。通過對(duì)人類等不同類別生物的基因組序列比對(duì)分析，發(fā)現(xiàn)DNA的插入/缺失（Indel）會(huì)引起其周圍序列的更多突變；突變熱點(diǎn)很大程度上是由Indel的數(shù)量和密度所決定；突變的數(shù)量在Indel附近并不稀有。但I(xiàn)ndel本身也是一種類型的突變，其發(fā)生有一定的隨機(jī)性，因而其誘發(fā)的突變也有一定的隨機(jī)性。田大成介紹說，“他們的研究揭示了基因組間普遍存在非對(duì)稱的序列；揭示了非對(duì)稱序列在產(chǎn)生和保存遺傳差異、非等位基因間的遺傳重組、基因的重復(fù)、非對(duì)稱基因組的起源和進(jìn)化等都有特殊的規(guī)律。實(shí)際上，非對(duì)稱序列反映了基因組間的異質(zhì)性。”

2015年，《自然》雜志再度發(fā)表田大成教授團(tuán)隊(duì)的研究成果，揭示了異質(zhì)性促進(jìn)遺傳突變的重要分子機(jī)制。田大成說，生物通過調(diào)節(jié)自身變異能力而適應(yīng)環(huán)境的能力，比人們?cè)认胂蟮囊蟮枚啵赐蛔冊(cè)谶M(jìn)化中的作用相當(dāng)巨大，生物保存變異的能力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原先教科書上所寫的。“達(dá)爾文進(jìn)化論的觀點(diǎn)中，生命的多樣性是被動(dòng)選擇產(chǎn)生的。而我覺得，生命是‘主動(dòng)’調(diào)節(jié)不同基因的變異去適應(yīng)這個(gè)環(huán)境的。以前我們低估了生物本身適應(yīng)潛能，一旦生物所處的環(huán)境發(fā)生改變，生物本身的突變數(shù)量，完全能夠應(yīng)付環(huán)境的選擇要求。從這個(gè)意義上說，‘主動(dòng)’是存在的。