中性突變

在分子層面發生的突變，如果不考慮對生殖不利的話，基本上都是無所謂有利還是不利的“中性突變 ^[2]  ”，有利的突變其實非常少，簡直可以忽略不計。

60年代以來，隨着分子生物的異軍突起，人們對進化的認識也開始深入到分子水平。生物分子的進化是生物進化的重要組成部分，綜合進化理論的“選擇”仍是指自然選擇，因而它發展了達爾文的進化論。但它未能在分子水平上闡述遺傳機制，故仍然是不完美的。隨着分子生物學的建立與發展，這一不足為另一新説“中性突變論”所克服。1968年，日本學者木村資生 ^[3]  根據分子生物學的研究資料，首先提出了分子進化的中性學説，簡稱“中性學説”或“中性突變的隨機漂變理論”。向達爾文的自然選擇學説提出了挑戰。此後，許多學者又根據大量的研究成果予以肯定。美國學者J.L.金和T.H.朱克斯用大量分子生物學實驗和資料肯定了這一學説，並把這一學説稱為非達爾文主義。

20世紀50年代，科學家們先後搞清了不同生物體內具有相同功能的一些蛋白質的氨基酸序列和核酸的核苷酸序列。他們發現，生物間的親緣關係越近，這些生物大分子間的差異越小；親緣關係越遠，差異越大。科學家們還發現，隨着生物由低級到高級的演化，同一種分子中的氨基酸或核苷酸以一定的速率置換着，也就是説每一種生物大分子不論在哪種生物體內，都以一定的速度進化着。例如，各種脊椎動物血紅蛋白分子α鏈中的氨基酸，都是以每年大約10個的速度置換着，並且置換的速度與環境的變化和生物時代的長短無關。這種分子水平上的置換是由基因突變造成的，其中多數對生物的性狀既沒有表現出有利也沒有表現有害，屬於中性突變或近中性突變。例如，決定苯丙氨酸的密碼子可以是UUU，也可以是UUC，如果RNA分子中的一個鹼基被置換（U→C），使UUU突變成了UUC，新密碼的意義與原密碼的相同。由於中性突變對生物的生存和繁殖能力沒有影響，自然選擇對它們也就不起作用。它們在種羣中的保存、擴散和消失完全是隨機的，這種現象稱為隨機漂變。隨機漂變經過日積月累，積少成多，會使同種生物的不同種羣間出現巨大的差異，就可能形成不同的物種。該理論認為：生物在分子水平上的進化是基於基因不斷產生“中性突變”的結果，它也是在羣體中產生的，而不像綜合進化理論所主張的突變有好有壞那樣，而這種“中性突變”既無好處也無壞處。它並不受自然選擇的作用，而是通過羣體內個體的隨機交配以及突變基因隨同一些基因型固定下來或消失不見（即被淘汰掉），新種的形成主要不是由微小的長期有利變異積累而成，而是由那些無適應性的、無好壞利害之分的中性突變積累而成。即生物在分子水平的大多數突變是中性的或近似中性的，它們既沒有好壞利害之別，又沒有適應和不適應之分，因此自然選擇對它們不起作用。中性學説的出發點是中性突變，在中性突變過程中，哪一種變異能夠保存下來，哪一種變異趨於消失，全靠機遇，而不是達爾文的自然選擇，這個過程叫做“遺傳漂變”。由於它完全不受自然選擇的作用，實際上就否定了自然選擇，甚至還認為生物進化與環境無關，故此理論是“非達爾文主義”的。

該學説對認識物種進化的貢獻在於：揭示了基因突變在分子水平上進化的特殊性，這為達爾文主義和綜合進化理論所不及。但它最大的缺陷是解釋不了“基因型”（也就是某種可能性）怎樣變成“表型”（也就是現實性）以及物種形成的原因，因此，它在解釋生物進化上仍是不足的。在科學條件下，它可以看做是達爾文進化論（包括綜合進化理論）的補充和發展。 　 100多年來，進化論經受了各種考驗，同時也在不斷從科學發展中吸取營養，進化論的研究正從原來的個體進化水平向羣體進化水平發展，進化論也在不斷地進化中，另一方面它又朝着分子進化水平縱深發展。

中性突變——隨機漂變假説

木村的分子進化理論的“中性突變——隨機漂變假説”即中性學説的主要內容有：在分子水平上，大多數進化演化和物種內的大多數變異，不是由自然選擇引起的，而是通過那些對選擇呈中性或近中性的突變等位基因的遺傳漂變引起的。從中性學説出發，可以得出進化速率保持每年每個位置恆定的結論。同源蛋白質如同工酶所具有的豐富的多態性表明，這些生物大分子具有同樣的高級結構，都能很好地完成其生物功能，它們之中哪一個也不比別的分子更優越。也就是説，在分子水平上，不考慮有利突變。假基因是一些失去功能的基因，完全不受自然選擇淘汰，事實證明，假基因的鹼基替換確實不受限制，其進化速率等於分子的突變率。

分子進化有五大特徵：（1）對每種生物大分子而言，只要分子的三級結構與功能基本不變，那麼各進化路線，以突變替代表示的進化速率大致保持每年在每個位置上恆定。（2）機能較次要的分子或分子片段的進化速率，高於機能較重要的分子或分子片段的進化速率。（3）在分子進化進程中，使分子現存結構和功能破壞較小的突變比破壞較大的突變有更高的替換率。（4）基因重複通常發生在一個具有新功能的基因出現之前。（5）明顯有害的選擇清除和選擇上呈中性的或稍有害的突變隨機固定，比明顯有利突變的正達爾文選擇更為頻繁。以上五個特徵中（1）和（5）是最基本的特徵。1983年，木村對中性學説進行了一次全面總結，寫成一本專著《分子進化的中性學説》。

中性學説以其敢於和達爾文的自然選擇學説相抗衡而引起學術界的一片騷動，其影響遠遠超出了羣體遺傳學，甚至進化生物學範圍。隨着分子遺傳學的發展，中性學説越來越顯示它的正確、有效。它打破了綜合進化論在羣體遺傳學領域裏一統天下的局面，也使木村登上了一個新高度，從一個偏重數學的羣體遺傳學家上升為一個有理論建樹的進化生物學家。