功能分化是什么意思？

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简介

进化是解释人类和其他生物如何出现在地球上的基本关键。进化可以定义为对地球上各种生物起源和发展的研究。由于主要的形态和功能变化，生物体发生了进化。在进化的过程中，负责赋予各种特征的基因通过复制原始基因不断增加。一些重复基因获得了新的功能，而另一些则仅仅帮助祖先基因发挥其功能。这些微小的变化对生物体的发育产生了重大影响，并进化出了新的物种。

这种由于复制而产生的新功能的发展，与祖先功能完全不同，被称为功能分化。

基因复制是功能分化的主要贡献者

有时由于突变发生复制，导致由于复制缺陷而将整个基因的第二个副本引入染色体。第二个副本没有发生缺失，它是多余的，这导致进化出具有新功能的新基因，同时保留了原始基因及其功能。整个进化过程被称为基因复制进化。

一旦基因复制，它可能会发生三种情况之一：

• 产生的重复基因没有新功能，但被保留以供以后进化，此过程称为亚功能化。

• 重复基因获得新功能，而原始基因保留其旧功能，此过程称为新功能化。

• 有害的复制会被丢失，既不保留旧功能也不发展新功能。

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新功能化

在基因复制事件发生后，会产生原始基因的副本或旁系同源物。虽然原始基因保留其祖先功能，但旁系同源物会发生分化以获得与原始基因完全不同的新功能。整个基因复制过程称为新功能化。

这是一种适应性突变，其中重复基因获得原始基因中不存在的全新功能。重复基因获得的新功能是由于分子变化，这些变化有助于该基因承担新的功能。这种变化被认为是生物体分化的根本原因。

新功能化的例子

新功能化的一个经典例子是南极鱼科鱼类在南极地区耐受冰冻条件的能力。抗冻蛋白基因 III 是唾液酸基因复制的结果。这个新基因赋予了一种耐受冰点降低的新特性，使它们能够在南极极度寒冷的环境中生存。

亚功能化

在基因复制过程中，原始基因保持不变，具有祖先功能，并产生一个称为旁系同源物的副本，其功能可能与原始基因不同。

在亚功能化的情况下，不会赋予新功能，因此不会形成新的适应。但是，形成的新基因帮助祖先基因发挥其功能，即它与原始基因共同发挥作用。在这种类型的基因复制中，可以看到分工。

当其中一个基因被分段沉默导致其中一个功能的缺失时，就会出现差异，因此只有重复基因保留了两个功能中的一个。需要注意的是，原始基因具有执行两项任务的能力，但由于原始基因的丢失，重复基因只剩下一个功能。

亚功能化的例子

亚功能化的一个重要例子是人类体内携氧色素或血红蛋白簇的形成。在脊椎动物的进化过程中，编码该蛋白质的基因已通过各种方式多次复制。最初，祖先基因和重复基因发挥相同的功能，但在变化过程中，两个基因都发生了分化，这是生物体正常功能所必需的。

功能分化的其他原因

• 功能分化不仅来自基因复制，也可能来自染色体或基因组复制。

• 它可能来自水平基因转移，这在细菌和其他一些微生物中很常见。

功能分化的意义

• 由于高度的功能分化，导致了高度的生态位分化和低资源竞争。

• 人体的一些非常重要的组成部分，如血红蛋白、肌红蛋白、扩展形式的 G 蛋白 α 亚基，都是由于功能分化而产生的。

• 它为通过复制形成的基因提供了全新的功能，并且该功能是完全不同的功能，导致了趋异进化。

• 一些过程，如新功能化，帮助生物体抵御恶劣的环境条件。

• 它还衡量了群落朝向占据的功能性状空间的极端分布。

结论

许多科学家提出了不同的理论来解释进化论。但是，基因复制进化是所有理论中被广泛接受的理论之一。基因复制会导致形成原始基因的副本。

有时，这个重复基因将具有与祖先基因完全不同的功能，或者将与原始基因共同发挥作用，或者有时可能会被完全删除。在任何情况下，都会发展出与祖先功能不同的新功能，这被称为功能分化，这些功能上的差异导致了适应不同条件的新物种的进化。