5.3 DNA序列和分类

在20世纪70年代中期以前，分类学家通常把一种生物的可见结构与另一种生物是作比较而进行分类。例如，分类学家可能比较哺乳动物前肢的结构。近些年来，分类学家还可以比较不同种类生物中某些蛋白质的结构。

现在，新技术使得生物学家可以比较某些蛋白质的DNA。“分子钟假说（molecular clock hypothesis）”就是利用DNA序列的比较，预测由其中提取出DNA的生物的亲缘关系。根据分子钟假说，隔离种群中的遗传物质所发生的所有改变都在于DNA的突变，从一个共同祖先分开为两个种的大致时间就能确定下来。本实验给你展示这种技术的模型。它对你复习DNA和蛋白质之间的关系可能会有帮助。

实验材料（4人一组）

曲别针；黑、白、绿、红四色各50枚

第一部分    比较DNA链

步骤

1．查阅下表，哪些类生物拥有的分类阶元最多？根据表中的资料，哪类生物的亲缘关系最远？

动物分类举例

2。成后列DNA链，四色曲别针代表DNA的4种碱基如下：

黑色的=腺嘌呤（A）   绿色的=鸟嘌呤（G） 

白色的=胸腺嘧啶（T）   红色的=胞嘧啶（C）

将合适颜色的曲别针连在一起。把曲别针链在实验台上展开，位置1放在顶端。在链旁粘一小纸片，在纸上做标记，每条链代表编码血红蛋白的基因的一小段（20个碱基）。

3．  第一组合成下面的DNA片段，按下面的序列连接曲别针：

位置1                              位置20

A G G C A T A A A C C A A C C G A T T A

将该链标记为“人的DNA”。这个链代表编码人类血红蛋白的基因的一小段（20个碱基）。

4．  第2组合成下面的链：

位置1                             位置20

T C C G G G G A A G G T T G G C T A A T

将该链标记为“黑猩猩的cDNA”。cDNA代表是DNA的互补链。cDNA是一条单链DNA，它要与它的配偶链配对。我们知道，DNA上的碱基是互补的。也就是说，腺嘌呤（A）总是与胸腺嘧啶（T）配对，胞嘧啶（C）总是与鸟嘌呤（G）配对。这条cDNA链来自于编码黑猩猩血红蛋白的基因。

5．  第3组合成下面的cDNA片段：

位置1                            位置20

 T C C G G G G A A G G T T G G T C C G G

将该链标记为“大猩猩的cDNA”。这条cDNA链来自于编码大猩猩血红蛋白的基因。

６．第４组合成下面的DNA片段：

位置１　　　　　　　　　　　　　　　位置２０

A G G C C G G C T C C A A C C A G G C C

将该链标记为“假定的共同祖先的DNA”。这条链将在本实验的第２部分中使用。

７．比较人的DNA和黑猩猩的cDNA序列。将人的DNA和黑猩猩的cDNA的碱基和碱基配对（曲别针和曲别针配对）。记住，黑色的（腺嘌呤）必须总是和白色的（胸腺嘧啶）配对，绿色的（鸟嘌呤）必须总是和红色的（胞嘧啶）配对。碱基互补的地方（即颜色配对正确的地方），让曲别针靠在一起，如图所示。碱基不互补的地方，把曲别针轻轻地分开，形成环，见图。

数出环的数目，还数出不配对碱基的总数。在你的记录本上复制下表，把这些资料记在合适的空栏中。

与人的DNA杂交的：　　　　　　黑猩猩的cDNA　　　　　　　大猩猩的cDNA
环的数目
不配对的碱基的数目

8．重复步骤7，用大猩猩的cDNA与人的DNA作比较。将资料记在记录本上表格中的合适的空栏内。

思考与讨论

（1）根据你收集到的有关这种蛋白质的资料，是大猩猩的基因还是黑猩猩的基因与人的基因更相似？

（2）再者，根据你收集到的有关这种蛋白质的资料，是大猩猩还是黑猩猩与人类的亲缘关系似乎更近？

（3）资料证明了你对问题2的回答是正确的吗？

第二部分  进化猜谜

步骤

科学家们已经知道，DNA是以固定的速率突变的。他们利用这个速率来预测两种生物在进化历史中开始由一个共同祖先分开发生在多久以前。在本实验的这一部分中，你要用你的曲别针模型提供资料，以支持关于人、黑猩猩和大猩猩具有共同祖先的两种假说中的一种。

9．阅读下面的材料，这是当前在研究人类进化的科学家中争论的问题。

大多数科学家都同意：当人、大猩猩、黑猩猩在进化史上一度拥有一个共同的原始祖先。不过，一些人认为，化石记录表明，大猩猩、黑猩猩和人是同时从一个共同的祖先分开来的。他们的这种趋势模型如下图：

10．利用你的DNA模型和实验第一部分的DNA序列，研究这场争论。首先，使用你的DNA为模板，合成一条人的cDNA。像前面一个组做的那样做这一步。保证人的cDNA与人的DNA链互补。

11．一部分中合成的假定的共同祖先的DNA编码和假定的共同祖先的血红蛋白。现在，把3种cDNA（大猩猩、人和黑猩猩）的样本都与共同祖先的DNA相配对，每次用一个样本。在碱基正确配对的地方让曲别针靠在一起，碱基不配对的地方则做成环。在记录本上复制下表，记录下你的数据。

                        杂交资料：共同祖先

思考与讨论

1．  哪个cDNA与共同祖先的DNA最相似？

2．  当与共同祖先的DNA配对时，哪些cDNA在配对与成环的式样上最相似？

3．  对上述关于进化的争论，你的资料支持哪种模型？

4．  你的发现能证明这个模型是正确的模型吗？请解释。