史莱姆黏液无处不在。从口中的唾液到覆盖内脏的黏性物质，是黏液决定了你体液的粘稠度。它能保护你不受病原体的感染，还能在你嘴里为数亿友方细菌制造出温暖的家。有了黏液，鼻涕虫才能吊在墙上展现蜘蛛侠般的性爱，盲鳗才能把周围的水快速转变成不断扩张的黏性物质，七鳃鳗才能过滤食物，金丝燕才能得以筑巢。

虽然黏液对各种各样复杂生命形式都是至关重要的，但它的进化学起源仍是云里雾里。

我是名进化遗传学家，从事人类及其基因进化的研究。我和同事们一起，包括我的长期合作伙伴Stefan Ruhl以及我的学生Petar Pajic，在最近发表的论文中探讨了这一进化学中的谜题。我们以不同物种是如何制造唾液黏液为切入点。我们发现黏液打开了一扇窗，让我们了解到重复DNA在这个进化谜题中扮演的角色。

什么是黏蛋白？

黏液是由一种名为黏蛋白的蛋白质构成的，黏蛋白是糖分子的载体。这些糖是使东西变黏的关键一环。

和其他蛋白质不同，黏蛋白通常是长条、笔直的杆状，而不是普通蛋白质那种犹如西直门立交桥的复杂立体构造。糖分子顺着这条长杆附着，制造出复杂、刷子般的结构。

蛋白质搭积木，糖分子刷涂料，它们不断的重复着的这种搭档工作是黏蛋白物质的关键。这些结构可以黏到别的黏蛋白和微生物上，改变周围液体的物理性质，形成一种黏咕唧唧的物质。

黏液的进化

尽管黏蛋白有着非比寻常的特性，并在生物学上发挥着不可或缺的作用，但科学家并不清楚它们是如何进化的。

为了弄清黏蛋白的进化起源，我和同事开始在49种哺乳动物中找寻黏蛋白共同的遗传祖先。毕竟进化通常是些小改动，但是很少会“无中生有”。一个新基因进化最便捷的方式就是对现有基因进行复制粘贴，在新副本中整点小更新来适应环境。一个物种从无到有、独立的创造出复杂的黏蛋白的几率小的惊人。我们的研究团队能确定，复制粘贴现有黏蛋白基因，然后去适应一个特定物种的需求才是黏蛋白进化的主要驱动力。

但我们最开始的假设经证是不完善的。在一个基因组中复制和粘贴黏蛋白基因应该会使子代基因彼此之间存在相似之处。即便有些黏蛋白确实符合我们的标准，但此前一项研究回顾了人体中用于合成黏蛋白遗传密码的所有已知基因，发现了一些不属于任何遗基因家族的“孤儿”黏蛋白。它们仅存在于人类庞大的基因组中。

然后我们将重点放在了在基因数据库中搜寻数十个物种基因组中的此类孤儿基因。我们发现了在不同的哺乳类动物中进化出新黏蛋白基因的15个例子，都和已知的黏蛋白基因缺乏联系。

不过，更进一步的研究表明，这些黏蛋白基因到底还是有着同源关系。它们和另外一种富含氨基和脯氨酸的杆状蛋白质有着共同的祖先，后者常见于唾液中。这些蛋白质富含脯氨酸，但是没有利于黏蛋白与糖分子结合的关键重复蛋白质构造。

我们推测，这些富含脯氨酸的蛋白质可以通过反复增加与糖分子结合的糖蛋白来实现“黏蛋白化”。为了验证这一点，我们对比了不同的哺乳动物(包括人类)中用于合成黏蛋白以及合成富含脯氨酸的蛋白质的基因序列。这就意味着，特定的蛋白质可以通过增加这些重复片段的副本来转化成为黏蛋白。

重复DNA与进化

我们的发现揭示了黏蛋白在整个生物中的多样性，体现了进化学的适应性。

研究人员通常会忽视重复的基因序列，因为它们几乎不会现身于在细胞中发挥许多生物学功能的蛋白质的编码基因中。但在黏蛋白的例子中，无中生有的制造出重复序列是它们进化的主要动力。我们早期对于灵长类的研究表明，在指定黏蛋白中重复的糖结合片段的数量可能是决定它有别于其他蛋白的因素。

有可能这段额外的重复基因序列也会暗中决定整个基因组的其他功能。的确，这种串联重复序列是人类基因组中常见的一种突变，而且近期有研究暗示它们在人与人之间生物学差异中起了未被发现的作用。

黏蛋白和人体健康

理解了黏蛋白的原理也有助于研究人员更好的理解一系列的病症。

当黏蛋白无法正常工作时，它就能引发病症。CFTR基因障碍的人会患囊胞性纤维症，发病后身体无法排出肺中的黏液，使患者呼吸困难。黏蛋白调节障碍也与癌症的发病有关。

虽然不是很明显，但你可能和黏蛋白有着自己的人际关系。两年前，在我母亲确诊癌症后我曾去探望她。雨刚停，伊斯坦布尔的街道成了大蜗牛们的欢乐海洋。在和母亲短暂的散步期间，我捡起了一只大蜗牛，看得入迷，而她却很害怕。

我没敢告诉母亲说让这些了不起的生物爬行的生物学原理与让她肺中肿瘤生长的是同一个。这让我想起了法拉第的一句话：“无论你观察什么，只要足够仔细，就会置身于整个宇宙中。”

本文译自 PopSci，由 Diehard 编辑发布。

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