浙江新闻客户端 记者 何冬健 林婧 通讯员 许雅文
张国捷教授在仓库中收拾各种标本
21年前，一张类似生命暗码图的人类基因组准确图谱问世，让咱们得以一窥人类生老病死的遗传奥妙。
而在曩昔的十余年，全球蚂蚁基因组联盟方案、万种鸟类基因组方案……一项项令人惊叹的生命科学范畴“探月工程”在国际闻名演化生物学专家张国捷的掌管、参加下向高、向深跨进，突破了一个又一个的难关。
近来，这位学者来到杭州，以讲席教授的身份全职参加浙江大学医学院，将在良渚实验室打开他的科学探究，为浙江的生命健康高地建造奉献自己的国际视界与科学力气。
在余杭塘路866号的暂时办公室，记者与张国捷对谈一个多小时，畅聊了生命的来源与未来，揭开了那些严重基因工程项意图一角面纱。
小蚂蚁的“大社会”
担负种族繁衍大任的蚁后、扛起寻食筑巢重担的工蚁、成为捍卫集体兵器的兵蚁……看似低一级昆虫的小蚂蚁却有着如此杂乱的社会结构和清晰的社会分工，可见其才智。
亲缘联系是社会体系构成的根底，不同于人类社会体系构成遭到宗教、文明、法令等道德的影响，蚂蚁的社会体系是单纯生物、化学和物理反响进程调理的成果。科学家们敏锐地调查到这一点，将其看作一个研讨物种社会行为的动物模型。
“咱们期望经过对蚂蚁这种生物及其社会行为形式的研讨，能够进一步挖掘出影响生物寿数和社会行为的要害基因，而这些成果将为了解人类的寿数和社会体系安排供给一些重要的头绪与依据。”张国捷说。
蚂蚁社会分工的发育进程和多细胞有机体的细胞分解进程高度类似：胚胎干细胞能够分解成不同的细胞类型，能分解出成体动物的一切安排和器官。其间，有些细胞分解出担任繁衍的卵巢或许精巢，也便是繁衍细胞，那其他细胞就成为支撑这个肌体的体细胞。生殖细胞与体细胞皆源自同一受精卵，但细胞分解后体细胞不担任繁衍，由生殖细胞担任遗传个别基因。
蚂蚁的社会体系就有点像这样的一个安排：蚁后是体系里的“生殖细胞”，而其他蚂蚁个别便是支撑体系运作的“体细胞”。所以，科学家们也将蚂蚁叫做“超个别”。
那么，为什么有些个别它会定向发育成工蚁，有些则发育成蚁后，这其间的改变又是由哪些基因来调控的？
使用新一代测序技能，张国捷和团队为弓背蚁和印度跳蚁两种蚂蚁树立了基因组图谱。他们发现在蚁群内部，尽管不同蚂蚁的基因组DNA水平没有差异，但许多基因在不同的工种间表达差异极大。也便是说，不同工种蚂蚁的遗传信息在组成不同的功用性基因产品时，会发生不同的成果。
端粒酶是一种在染色体仿制进程中，坚持被称为端粒的DNA-蛋白质复合体的长度的酶，与个别变老休戚相关。端粒变短，细胞就会老化；相反，假如端粒酶活性很高，端粒的长度就能得到坚持，细胞的老化就被推迟。
以印度跳蚁为例，某些工蚁的端粒酶表达水平与受精卵类似，而且远高于一般工蚁，而这种工蚁通常在特定条件下会变成蚁后。一起，他们发现，一般工蚁的端粒酶活性很低，它们的寿数也往往很短，或许只要几周的寿数。而可交配工蚁的端粒酶却十分高，它们的寿数也相对较长，可到达二十余年。
“经过基因表达比较，咱们还发现，这些差异表达的基因首要参加了神经功用及化学通讯功用，例如：味觉受体、嗅觉受体以及与烃类代谢有关的基因等。”张国捷弥补道，“这就提示咱们，这类基因在蚂蚁社会分工及信息沟通中具有必定效果。”
张国捷教授（左一）与国外搭档在调查鸟类标本
鸟类的“物种树”
生活在南极、憨态可掬的企鹅与休息在美洲森林、娇小可人的蜂鸟是亲属？“大长嘴”啄木鸟与“大圆脸”猫头鹰在曩昔是一家？
自1861年国际上第一块始祖鸟化石被发如今后，鸟类的来源一直是科学家感兴趣的论题。这一切要源于约6600万年前，地球上巨大动物类群恐龙毁灭之后，幸存的鸟类阅历了一次“大爆炸”式的物种演化，在1000万年以内呈现了1万多个物种，构成如今鸟类的物种格式。
“咱们期望探寻物种大迸发背面的遗传学根底。”张国捷告知记者，万种鸟类基因组学方案迄今已完结了数百个鸟类物种的基因组测序、拼装和全基因组比较剖析，包括了现代鸟类的首要分支。
他将这份图谱称为“物种树”，枝桠分岔间，经过溯源基因的异同，一张鸟类演化的大地图正在逐步构建——鸟类物种呈现的先后顺序、性状演化的时刻长度、甚至是在更陈旧的某分子里边的遗传信息，在这一棵“树”上一目了然。
因为现代鸟类在前期快速构成物种，扩张的时刻很短，物种间单个基因的水平上没有演化出满足多的序列差异，因而传统上仅用少数DNA序列的办法很难供给满足的信息确认物种间的亲缘联系。张国捷团队决议选用全基因组DNA序列来揣度鸟类物种树。但对如此很多物种展开全基因组比较，对核算功率和准确性带来了巨大的应战。因而团队开端树立全新的多基因组比对和剖析办法来挑选数据。
“新办法极大地进步了跨物种的比对功率。”他说，比方，项目第二期研讨鸟类基因组构建的全基因组比对序列总长为981兆碱基对，比此前以鸡和斑胸草雀为参阅基因组构建的第一期鸟类全基因组比对序列在长度上提升了149%。
张国捷介绍，新的鸟类物种树彻底处理了今颚总目，即鸟类骨干的前期分支问题，还对一些长时间争议的联系给予切当的定论。比方，首要陆生鸟类如鸣鸟、鹦鹉、啄木鸟、猫头鹰、鹰和隼等都来自同一先人——尖端的捕食者，这类生物一起也是一种曾生计于美洲的巨型恐惧鸟的先人。
未来在良渚实验室，从取得样品到剖析完结，在超级核算机的支持下，一个惯例鸟类物种的全基因组树立最快半个月即可完结。“接下来咱们预备把现存的一切1万多种鸟类基因组完结解读，更全面地提醒物种来源和演化的内涵规则。”谈及未来，他满怀信心。
演化与人类疾病
人们往往会以为演化生物学研讨的对象是陈旧的物种演化前史事件。
但是张国捷以为，生命的演化不只关乎曩昔，咱们当下的国际也非演化的结尾——跟着新基因组学等其他生命科学范畴各种技能的开展，咱们不只能够使用编码生命基本信息的基因组数据回溯曩昔30多亿年汹涌澎湃的生命演化前史，也能够捕捉到人类在内的一切生物在当下跟着环境改变的演化进程。
“对生命现象的全面了解，不只需求咱们知道哪个基因、哪个器官怎么调控某种疾病和表型，也需求咱们从演化的视点更深层次地了解每种疾病和表型怎么演化构成，为什么会演化构成。”他说。
其实，咱们能够把人体幻想成一辆轿车，所谓的疾病便是车抛锚了。关于医师而言，需求检查出哪个部位呈现什么问题，甚至是哪段基因呈现什么病变，怎么对症下药。
而演化生物学恰恰是答复了一个“为什么”的问题：为什么会发生这样的现象？比方说，已然或许罹患阿尔兹海默症，那么为什么人类还会演化出一套如此巨大杂乱的记忆体系？
“一个性状的呈现，往往是长时间自然挑选的成果，是物种在环境中不断习惯挑选筛选的进程中，构成保存下来的成果。”张国捷说，科学研讨发现，人类的疾病实际上是伴跟着人类特别的演化进程呈现的。
在他看来，人类许多疾病比方变老、癌症、慢性病等便是如此。
关于自然界大都物种而言，繁衍完毕之后，它呈现在这个国际上的任务便完结了。在生物演化进程中，基因会拼尽全力去确保整个物种在个别前期发育的正常生计与繁衍。
人类的平均寿数在曩昔或许也便是三四十岁，跟着近现代医疗卫生条件的前进而逐步进步。到了晚年阶段，本来脚踏实地作业的基因缺少自然挑选的束缚，就呈现了紊乱，在人体内呈现随机的改变，这也是人类晚年阶段各式各样的疾病发生的或许原因。
“尽管大部分生命演化规则当下无法直接协助医治疾病，处理人类社会当下最急迫的问题。但是，DNA序列在生命演化进程中的某个节点为特定物种的演化进程供给重要的遗传根底。假如不从演化视点考虑，咱们将很难了解为何咱们身上带着如此多的基因和看似无用的DNA序列。对生命演化进程和规则的深化了解，必将加深咱们对生物体每个基因、每种功用、每种性状和每种疾病演化前史和构成动因的了解。”张国捷说。
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全球蚂蚁基因组联盟与万种鸟类基因组方案
全球蚂蚁基因组联盟方案（The Global Ant Genomics Alliance，GAGA）将构建全球蚁科属等级代表物种的基因组图谱，供给最全面的蚂蚁基因组多样性数据。经过对这些基因组数据的比较剖析，科学家们将能够了解蚂蚁演化的全球性趋势，并找到当今蚂蚁物种的多样性及其令人惊叹的习惯性背面的遗传根底。
他们预期在体系发育框架下从全球范围内选取约200个有代表性行为生态特征的蚂蚁物种进行基因组剖析，将会极大促进蚂蚁（甚至其他物种）生物学的研讨，一起为未来数十年学术界答复不同的科学问题供给很多的根底数据。
万种鸟类基因组方案（The Bird 10,000 Genomes，B10K）是一项旨在从一切现存鸟类中生成具有代表性的基因组草图的建议。由鸟类体系基因组学联盟于2015年6月3日宣告建立，该项目将在未来5年内，搜集和整合一切10500种现存鸟类的基因组、生态、生活史和形态学数据。
这些数据将为鸟类进化、生态学、种群遗传学、神经生物学、发育和维护的研讨供给信息，还能够用于研讨禽流感等从动物传染给人类的感染性疾病。依据鸟类分类层次，该项目分四个阶段进行：第一阶段搜集鸟类的34个意图基因组数据，第二阶段搜集240个科，第三阶段搜集2250个属，最终一个阶段完结8000种的数据搜集。