垃圾DNA缓慢而痛苦的死亡
作者：罗伯特•W•卡特（Robert W. Carter）
[编者按：随后发表在《创造期刊》(Journal of Creation) 23(3):12 – 13，2009.]
所谓的“垃圾DNA”已经处境艰难。它曾经一度是支持进化理论的典型代表，但在过去的几年里，其地位受到越来越多的挑战。关于垃圾DNA功能的文章已经在本网站其它文章和《创造期刊》2引用。在多坍（Dothan）创造－进化的辩论中3，我的对手不断地重复主要论点就是垃圾DNA。我警告说，这是把无知当论据，别忘了“形式服从功能”，正如关于退化器官的陈旧争论一样（一旦其功能被发现，这种论点就很容易被证伪）。我们果然不需要等太久，因为一项新研究结果已经把垃圾DNA的概念带到了垃圾桶旁边，这垃圾桶是专门盛放过期的进化论推测的。福克纳（Faulkner）等人（2009年）4宣称逆转录转座子（据说是插入人类和其他物种基因组中的古老病毒的残余）原来有重要的功能，从此垃圾DNA夹起了尾巴。
背景
J·B·S·霍尔丹（1957年，霍尔丹）5和其他人的研究工作表明，在人类进化的时间范围内，自然选择不可能选择出数百万的新突变。鉴此，木村（1968年）6提出了“中性进化”的想法，因为如果“霍尔丹的困境”7是正确的话，大多数DNA必须是没有功能的。DNA应该是随着时间的推移自由地变异而无需接受自然选择。这样，自然选择就可以作用于重要的元件，其他部分任由中性进化去随机运作。既然自然选择不能作用于那些不影响生存和繁殖的中性特征，中性进化就可以通过没有内在“选择代价”的随机漂移而进行。8“垃圾DNA”一词起源于大野（1972年），9他这个概念完全基于中性进化的想法。对于大野和其他同时代的科学家来说，蛋白编码基因之间的巨大空间是无用的DNA，其唯一功能是在染色体中分隔基因。现在你明白垃圾DNA的这一概念的由来了吗？它是数学上的必然推论，它的发明是为了解决进化理论的一个困境。如果没有“垃圾DNA”理论，进化就会陷入无法克服的数学困境中。
再重申一次：垃圾DNA不仅仅是为一些似乎没有功能的DNA打上的标签，而是进化论的需要。从数学上讲，物种间的变异太多，需要突变的DNA太多，而现实中的物种的世代数目太少，不足以实现这些变化。这是霍尔丹工作的关键。没有了垃圾DNA，进化理论目前就不能在数学上来诠释万物演变的机制。试想，在进化模型中，人类和黑猩猩分化之后的时间只有300～600万年。人类每代大约有20～30年，那他们就必须在10万～30万代之内将人类和黑猩猩之间数以百万计的突变固定下来。这包括至少3500万单个碱基的差异10，超过9000万个只存在于人类而不存在于黑猩猩的DNA碱基对10，近700个只存在于人类而不存在于黑猩猩中的基因（大约占全部基因的6%），11更有成千上万的染色体重组。而且，黑猩猩的基因组比人类基因组大13%12，这个差异主要是由于黑猩猩染色体末端的异染色质所致。这一切基因组差异都要在一个非常短的进化时间内出现。即使95%以上的基因组是没有功能的，时间还是不够，但如果垃圾DNA是有功能的话，他们的处境将变得更加严峻。每发现一个垃圾DNA的新功能，都让进化论者的处境雪上加霜。
“垃圾DNA ”的一个重要类型是“逆转录转座子”，曾被认为是因古老病毒感染而留下的，这些病毒的DNA被随机插入到（例如）人类的DNA中。
恩特· 福克纳（Enter Faulkner）等人（2009年）在人类和小鼠身上进行研究工作，他们发现有6％至30%的RNA，其合成的起始点位于在逆转录转座子内13。逆转录转座子的分布显然不是随机的。这令人震惊，但他们补充道，这些RNA通常只在特定的组织中合成，似乎有不同类型的逆转录转座子在不同的组织中参与调节基因的表达。他们的结论从一开始就似乎不支持逆转录转座子是进化的垃圾这一想法，后来结果则更好。原来，逆转录转座子存在于基因密集的区域，且在基因组内有明显的群集现象，显示其分布的非随机性。当他们出现在蛋白质编码基因的上游，就为基因转录提供了多个起始位点，产生大量互不相同的mRNA和非编码RNA。在转录产物的下游，超过四分之一的蛋白质编码基因（RefSeq基因14）在3 ‘端的非翻译区（UTR）内含有逆转录转座子的15，其作用是减少蛋白质合成量。他们得出结论，这些3’UTR具有强烈的转录调控作用。垃圾DNA竟有如此功能！这是人们始料未及的。他们根据逆转录转座子分布的，发现了基因组内多达23,000个潜在调节区域。此外，他们还发现了2000处由逆转录转座子导致的双向转录（DNA在两个方向上“阅读”，而不是人们认为的一个方向）。
福克纳等人一度淡化他们自己的结果，他们指出只有某些逆转录转座子含有活跃的启动子，而且这些活跃的启动子中只有一部分有功能。他们并不强调逆转录转座子有着通用的功能。然而，正如福克纳等人也指出的，逆转录转座子数量庞大，其中有成千上万的启动子就存在于蛋白质编码基因的旁边，影响着这些基因的调控和（假设中的）演化。他们的结论是，逆转录转座子在整个基因组范围内对转录有关键影响，“对哺乳动物全部转录产物的输出功能进行多方面的调节”，“无处不在地影响着转录的起始和转录的调节”， “在将来的基因组研究中必须将它们看作转录机器。”
这些结果令人瞠目。 随着基因组调控越来越复杂，而且越来越多的基因组被证实是有功能的，人不禁要问：进化论者的垃圾DNA概念还能坚持多久？然而，他们必须坚持下去，因为如果没有垃圾DNA，他们将失去一个最有力的论据。他们最近刚失去了一个最喜欢的证据：基因组中存在古老的失活病毒。逆转录转座子并不是过去无用DNA的残留，而是与哺乳动物基因组极其复杂的调节网络相整合，发挥着功能！
我想指出，持年轻地球论的神创论者并不要求整个基因组都有高度的功能。虽然我猜测最终人们会发现，基因组中的大部分序列直接或间接地参与转录调控，但也许,基因组中有一大部分只是为有功能的元件提供临时性架构，就如在三维基因组的摩天大楼外搭起的脚手架。即使不直接参与基因调控，其序列特异性也许很弱，这些部分还是有功能的（因为这些结构是必需的）。我们必须等到最后（充分的研究结果）再来看它们是如何工作的。现在，让我们振作起来，进化论证的又一个薄弱环节已经暴露出来。
参考文献
- ‘Vestigial’ Organs Questions and Answers; see especiallyNo joy for junkies.
- 如，Woodmorappe, J.,Potentially decisive evidence against pseudogene ‘shared mistakes’.Journal of Creation18(3):63–69, 2004.
- 在大多坍（Great Dothan）的创造-进化争论，大多坍辩论。
- Faulkner G.J.,et al., The regulated retrotransposon transcriptome of mammalian cells.Nature Genetics41(5):563–571, 2009.
- Haldane, J.B.S., The cost of natural selection,Journal of Genetics55:511–524, 1957.
- Kimura, M., Evolution rate at the molecular level,Nature217:624–626, 1968.
- Batten, D.,Haldane’s Dilemma Has Not Been Solved.Journal of Creation19(1):20–21, 2005.
- Batten, D.,The Biotic Message: Evolution versus Message Theory.Journal of Creation11(3):292–298, 1997.
- Ohno, S., So Much “Junk” DNA in our Genome. Evolution of genetic systems.Brookhaven Symposia In Biology, no. 23 (Smith, H.H., ed.) pp. 366–370, 1972. (Available atjunkdna.com/ohno.html)
- Varki A. and Altheide T.K., Comparing the human and chimpanzee genomes: searching for needles in a haystack.Genome Research15:1746–1758, 2005.
- Demuth J.P.,et al., The evolution of mammalian gene families. PLoS One1:e85, 2006.
- 根据基因组规模数据库（http://www genomesize.com），人类基因组规模被计算为2（按照“C值”进行计算，C值是一个比重单位，（在理论上）直接与基因组规模成正比），黑猩猩C值有分歧，分别是3.46, 3.63, 3.76和3.85。但都表明人类基因组比黑猩猩的小（约8-17%）。
- RNA是从DNA到蛋白质的一个中间步骤，是根据DNA通过转录过程而合成的。然而，并非所有的RNA都会翻译成蛋白质，RNA在细胞内有众多其他的功能。
- 一个标准的蛋白编码基因的目录。ncbi.nlm.nih.gov/RefSeq
- UTR（“非翻译区”）是mRNA中不翻译成蛋白质的部分。通常一个mRNA分子的两端各有一个UTR。3 ‘ UTR位于下游，在蛋白质编码区之后，通常包含一个终止信号、一个多聚腺苷酸信号、及其他特征性结构。
