作者:约翰·休伊特
（同organic）有机 信用:Pixabay/CC0公共域 三维打印是一个通用的过程，在某种意义上说，几乎任何可以在计算机辅助设计程序中绘制的部分都可以打印出来，至少在一定的分辨率范围内
在铣床或车床上加工一个零件，虽然具有更高的精度和材料选择的优势，但其通用性稍差，因为理论上存在的许多可能的设计永远无法加工
空心球可以很容易地被印刷出来，但是一个球永远不可能作为一个单独的部分被磨成一个空心球——除非你碰巧有一个足够小的铣床可以装进球里
但是生物部分和整个动物呢？从设计的角度来看，成长有多普遍？ 我们在这里真正要问的是:遗传密码在指定可行的、可生育的身体计划的能力方面有多普遍？昨天，我们讨论了一个名为“盒子里的基因组”的新项目，该项目试图从头开始创建人工染色体，从原始的遗传序列开始，然后添加适当的组织蛋白，创建一个完整染色体的合理复制品
这项工作的主要挑战之一是在正确的位置获得更大规模的结构，即所谓的拓扑关联域
有人提出了这样一个问题，是否任何像龙这样的任意生物都可以被完全编码在基因中
如果可以，那么染色体看起来会是什么样的，此外，同一种生物有不同的编码方式吗？ 不幸的是，在化石记录中，我们最接近龙(可能是灭绝的翼龙或布朗托尼斯的“恐怖鸟”)的物种，并没有很容易测序的基因组
然而，我们确实有足够的序列数据来说明下一个最好的事情——即它们长着羽毛的鸟类后代
除了原始序列之外，我们真正想知道的是，就基因组如何禁止真正的动物而言，是基因组如何改变以进化出新的形式
现在已经很好地理解了简单的碱基对突变或表观遗传修饰可以微调微小的物种偶发事件，如颜色、寄生虫抗性和对温度或海拔的环境适应
然而，真正的物种形成事件，那些使代码从传统的身体计划中解放出来的公然冒犯，通常需要对染色体组型进行更激烈的调整
换句话说，任何目前稳定的染色体表必须通过主要的断裂、融合、倒位或复制被充分扰乱，以便一个物种分叉
如果足够重要，这些过程会导致普遍交配相容性的丧失，其中所有新产生的后代不一定能与所有其他新的后代成功交配
在这种情况下，与亲本基因组的局部回交事件可以产生具有新物种身份的最小数量的存活后代
对于研究鸟类基因组的进化，鸡被证明是无价的
由于它们的蛋大且容易获得，小鸡也是发育研究的一个很好的模型
鸡基因组知识的一个突出的实际应用是工业化生产小鸡，通过它们羽毛的颜色可以很容易地辨别它们的性别
中国鸟类基因组的学生不甘示弱，决定更深入地研究鸭子的基因组，因为用他们自己的话来说，北京烤鸭是一道令人惊叹的菜肴
杭州浙江大学的研究人员在他们最近发表在《巨型科学》杂志上的论文中，报告了一份完整鸭基因组及其所有相关的TAD区域的新图谱
就鸟类而言，鸭基因组介于鸡基因组和鸸鹋基因组之间
就核型如何进化而言，真正重要的是性别
换句话说，隐藏在大型物种形成事件背后的细节往往围绕着性染色体的细节
这些细节包括哪些常染色体片段融合在新的性染色体中，它们相对于互补染色体的相对大小，它们的数量，假基因含量，重复区域和重组程度
就鸭子而言，它们的性染色体不像鸡那样高度异形，也不像鸸鹋那样完全同形
北京鸭的单倍体基因组约为1
4 Gb，核型为9对大染色体(chr 1–chr 8，chrZ/chrW)和31对小染色体(chr 9–chr 39)
这些规格与大多数哺乳动物非常不同，但相当典型的鸟类
小的总基因组大小，Z/W性别决定系统和大量的微小染色体也是其他物种的特征，如爬行动物和一些恐龙
需要注意的是，鸟和蛇Z/W是不相关的，由不同的常染色体进化而来
Z/W系统不同于X/Y和X0系统，在X/Y和X0系统中，精子具有决定性别的能力
卵子控制着Z/W系统中的性别，其中雄性是同配型性别(Z/Z)，雌性是异配型性别(Z/W)
Z染色体比W染色体更大，基因也更多，很像XY系统中的X染色体
奇怪的是，雄鸟是色彩鲜艳的展示型，而雌鸟通常更迟钝、更大
由于鸟类的性染色体和哺乳动物的性染色体之间没有共同的基因，这两个系统可能有一个共同的祖先，它们是从这个祖先独立进化而来的
Z染色体比X或Y染色体更能代表人类的9号染色体
要对染色体如何进化有更多的了解，需要更仔细地观察这个系统的一些更极端的点，比如鸭嘴兽
这种单孔目海狸鸟哺乳动物有五对独立的XY染色体，与海狸或鸭子没有直接关系
在雄性生殖细胞减数分裂中，鸭嘴兽的性染色体形成一条由同源区域连接在一起的链，最终分离成XXXXX精子和YYYYY精子
该批次中最像鸟的一对，具有一些Z染色体特征，出现在链的两端
其他具有较低Z同源性的片段分散在X3染色体和X5染色体上
从最近对鸭嘴兽和针鼹鼠基因组的研究中，研究人员能够推断出我们自己的X染色体来源于与有袋类动物分离后，原始的therian X染色体与常染色体区域的融合
和鸟类一样，我们的性染色体也是通过逐步抑制常染色体重组而形成的
这一过程导致了性别决定区域之间成对序列差异的模式，这些区域被称为“进化层”
" 基因组版图上另一个有用的临界点是澳大利亚肺鱼
最近的研究表明，它的基因组超过430亿bps长(比人类大14倍)，是已知最大的基因组
许多肺鱼染色体各自都比我们自己的整个基因组大
有很大的基因间区域和内含子，它们具有很高的LINE元素重复含量(≈90%)，与四足动物比与鳐鱼更相似
肺鱼的基因组似乎仍在增长，其活跃的转座因子位点也在不断扩大
由于肺鱼的身体计划代表了脊椎动物进化的一个重大转变，因此，尽管细胞周期时间开销巨大，核苷酸需求过高，但它们的染色体却缠绕着大量额外的原材料，这或许并不奇怪
肺鱼的陆地化涉及到像hoxc133和sall1这样的基因的肢状模式在预先适应的叶状鳍中的新表达
编码表面活性剂的基因区域的复制使得专性空气呼吸成为可能，而嗅觉受体基因的增殖使得气味物质的检测成为可能
回到最初的问题，即生长过程以及遗传密码对于建造动物来说有多普遍，一个有用的概念是可逆性
虽然任何三维绘制的对象都可以打印，但用于打印该对象的特定g代码不容易预测(g代码是移动工具的一系列“Go”代码的转喻名称)
原因是许多可能的代码或刀具路径可用于制造相同的对象
因此，它不是一对一的，从这个意义上说，是不可逆的
然而，它是可逆的，因为每个物体都至少有一个与之相关的g代码
但不是每一个可能的g代码都有一个与之相关的真实对象
例如，一个人不能在同一个地方两次放下塑料，或者在地球上稀薄的空气中打印
有人可能会说，几乎所有可以在计算机上绘制的理论上的生物体或身体计划实际上都不可能被编码在DNA中并生长
当然，一些从未出现在化石记录中的动物可能会在给定时间和资源的情况下在未来进化，但是在系统停止之前，它们实际上会有多大的不同呢？在尺寸上限，事情变得相当无趣——要么是海里巨大的鲸目动物圆柱体，要么是笨重且惊人对称的四足巨人
虽然时间和资源是真正的限制，但最大的限制可能是代码本身
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
