塞利安·萨姆纳（Seirian Sumner）：英国布里斯托大学生物科学学院高级讲师。
基因及其相互作用的网络决定了一个生物体的形态，也就是其外在形态和行为模式。现代生物学的最大课题之一就是，如何理解基因和形态之间的关系。当下盛行的理论是这样的：本质上，所有的动物进化都源于同一套调节基因，即常说的基因工具组。所有物种的生命形态上的差异都来源于这套工具组的不同使用方式。然而，随着科学家广泛地选择各种生物体并收集海量的基因组数据，这种观点似乎要被推翻了，生命并非全部都构筑在一套公共的保守基因工具组上。相反，值得我们去探究的是：在多样性、创新性的生物形态进化过程中，新型基因组到底扮演了什么角色？
上述保守基因工具组的概念来自“进化发育生物学”这一理论体系。简而言之，这个体系假设，进化就好像在药房抓药一样，成分相同、配方不同。相同的基因通过不同的组合，在发育的不同阶段或躯体的不同部位表现出来，造就了进化，也造就了生物形态的多样性和新颖性。动物的生命形态如此多样，不是由于其分子遗传机制有什么不同，而是由于以不同的组合，在不同的时间、地点激活了这个机制的不同部位。其浩如烟海的组合数量，合理地解释了为什么很少的基因可以发育出丰富多彩的生物形态。举例来说，我们人类的基因组中只有约21 000个基因，但这丝毫不能阻碍我们成为生物进化最为精巧的产物之一。
Hox基因是一个保守基因的经典例子。在每一个主要的动物物种中，同源基因都决定了头部、尾部、上肢、下肢等发育过程，起到了超级控制器的作用。无论是鼠类、蠕虫、人类等，同源基因都是从一个共同的祖先继承而来。另一个例子是那些控制眼睛发育或毛发（羽毛）颜色的基因。我们可以看到，古老的基因工具组在动物群体中无处不在，也在每刻以同样精致的方式发挥着作用。不可否认，构建生命大厦分子积木的重要材料之一就是这些保守基因。
但是且慢！科学家们已经有能力针对任何生物体进行基因组和转录组的从头测序（De Novo）了。下列物种的基因组序列数据都已经被挖掘出来了：海藻、蟒蛇、绿海龟、河豚、斑姬鹟、鸭嘴兽、倭黑猩猩、大熊猫、宽吻海豚、切叶蚁、黑脉金斑蝶、太平洋牡蛎、水蛭等，况且这份清单还在以指数级的趋势增长。我们从中发现，20%的线虫基因是独立的；在已知的蚂蚁7个基因组序列中，每一个谱系中都包含了约4 000个新型基因，但其中只有64个是公共的；每当一组新的数据出现时，我们都会发现一系列的独立基因。
这些独立基因或者新型基因，已经被证实在生物进化起中到了举足轻重的作用。珊瑚虫和水螅亲缘关系很近，它们外在形态上的差异是由一小组新型基因造成的；蜜蜂、黄蜂和蚂蚁，新型基因作用在工蜂或工蚁身上，性状才得以凸显；蝾螈，它那令人咂舌的组织再生能力也源于此；那么人类呢？白血病、老年痴呆症等让人类闻者色变的疾病背后，原来也是新型基因在作怪！
基因组如此复杂，生命又如此多娇。或许我们可以轻易地观察到，自然选择是如何助生命的新形态进化一臂之力的：例如，当第一只眼睛进化出来后，只有其适应能力越来越强，它的宿主才能在强大的选择压力下生存下来。但真正悬而未决的是，这些新型基因到底是从哪儿来的？达尔文进化论可以解释生物体及其特征是如何演化的，但解释不了它们是怎样产生的。第一只眼睛是如何横空出世的？或者，更专业一些，主控眼睛发育的调节基因到底源头何在？生命体进化出新的形态、生理及行为特征的能力和容量有多大？这个源头对于生命体的生存及适应太重要了，特别是当环境发生变化甚至是巨变的时候。
通过基因重排、基因复制、改变基因的开关模式等手段，保守基因组可以产生新的生物形态。例如，脊椎动物的基因组在进化的历史长河中，被完整地复制了两次，而三文鱼则多复制了两次。基因复制这种机制，可以让原基因组在保持现有功能的前提下，由副本来完成突变和进化，以产生新的基因，从而减少了通过选择来达到同样目的的时间。保守基因组还可以为大量的冗余基因提供庇护之所，使其免受选择的压力，而冗余基因的多样性又正好为新型基因的产生提供了素材。还有，一些非致命性的变异可以在基因组中潜伏下来，要么悄无声息，要么只在对生物形态没有致命性影响的时候才表现出来。实际上，只有极少的几种信息、规则和工具在调控基因和蛋白质的分子机制中起作用：转录因子识别出几个碱基对作为结合位点，而以怎样的方式进行结合，则具备了相当大的弹性。转录、翻译、转运等各种基因表达的过程组合在一起，当中必然会有一些“跨基因”的多效变异脱颖而出，而这就是新型基因组产生的绝佳源泉。拿达尔文雀举例来说，在一种原来控制骨头发育的保守基因基础上，其信号传递模式发生改变，促使多效变异产生，鸟喙形状的进化就此开始了。这再次说明，即便是非常有限的基因工具组组合在一起，就已经潜力无穷，足以让新的进化途径从老的机制中破茧而出了。
时至今日，在对进化谱系的追溯中，越来越多的独立基因被挖掘出来，一切都向我们揭示了新型基因的产生比老基因的重排更为关键。从这个意义上讲，如果我们把那么多未编码的DNA看作一个基因组的熔炉，一个可以用来探索和产生新基因、新功能，进而创造出新的生物形态的熔炉，很多令人困惑的问题就可以迎刃而解了。目前，一种假说是基因组在持续不断地生产出新的基因，只不过只有很少部分是实际起作用的。
所以说，大道至简，所有的生命都是进化之手优雅地拨弄一个分子熔炉的产物。我们终将拥有解构任何生物的分子结构单元的能力，从而一窥波澜壮阔的进化之道，异乎寻常的时刻已经到来。或许我们应该意识到，没有任何一个理论是十全十美、无懈可击的，真正好的理论本身就是不断进化、与时俱进的。不要轻言放弃什么，而是要取其精华，让理论本身也沿着进化之路越走越远。
