人类基因组中，真正发挥关键作用的DNA占比究竟几何？生物学界长期存在两种对立观点：一方坚信大部分DNA承担重要功能，另一方则认为多数DNA是进化遗留的“垃圾”。近日，一项突破性实验为这场争论提供了新证据——科学家将植物DNA植入人类细胞后发现，这些随机序列的活跃程度与人类自身DNA高度相似，暗示基因组中大量“活性”可能只是无意义的“背景噪音”。
人类基因组中，仅约1.2%的DNA直接编码蛋白质，剩余部分的功能长期成谜。自20世纪60年代起，部分生物学家提出“垃圾DNA”假说，认为非编码区域虽可能存在少量功能片段，但整体上对生物体无实质性影响。2011年的一项研究进一步支持这一观点：在数亿年进化中，仅约5%的人类DNA被严格保留，其余部分似乎未受到自然选择的强烈约束。不同物种间DNA数量的巨大差异——例如洋葱基因组是人类的5倍，肺鱼更是高达30倍——也引发质疑：这些额外的DNA是否都具备功能？
与之对立的是“有用论”阵营。2012年，国际大型科研项目“DNA元素百科全书”（ENCODE）宣布，超过80%的人类DNA存在转录活性，因此不能被视为“垃圾”。该团队提出，只要DNA被转录为RNA，无论其具体功能是否明确，都应视为具有生物学意义。部分学者甚至用“暗物质DNA”形容非编码区域，暗示其重要性尚未被完全理解。
为验证ENCODE的结论，美国哈佛大学科学家肖恩·埃迪于2013年提出一项大胆设想：将完全随机合成的DNA片段植入人类细胞，观察其是否会表现出类似真实基因组的活性。他比喻道：“这相当于在蛋白质合成‘配方’中插入大量乱码，看细胞是选择沉默还是继续‘忙碌’。”若随机序列仍被大量转录，则说明ENCODE观测到的“活性”可能并非功能标志，而是细胞转录机制的固有噪声。
由于合成大片段DNA成本高昂，此前实验仅能使用约10万个碱基对的小片段。2022年，日本研究人员成功培育出含3500万个碱基对拟南芥DNA的人类-植物杂交细胞，为“随机基因组项目”提供了关键工具。新西兰奥克兰大学研究者奥斯汀·甘利指出，植物与动物在16亿年前已分道扬镳，拟南芥的非编码DNA历经漫长进化后已彻底随机化，“对人类细胞而言，这些序列与纯随机序列无异”。
实验结果令人意外：拟南芥DNA的转录起始点密度达到人类非编码DNA的80%，表明其活跃程度与真实基因组高度接近。研究团队认为，这印证了ENCODE项目中观测到的“活性”大部分是细胞转录机制的背景噪声，而非功能信号。英国爱丁堡大学专家克里斯·庞廷评论：“这些植物序列的生化活动未赋予人类细胞任何新功能，完美展示了生物系统的‘嘈杂’本质。”美国休斯顿大学学者丹·格劳尔则直言：“这项研究再次证明，人类基因组中大部分是垃圾，‘暗物质DNA’的说法纯属无稽之谈。”
甘利进一步解释，生物进化不追求完美设计，系统中的“噪声”未必全无价值：“在不完美的环境中，噪声可能催生新变异，为自然选择提供原材料。”不过，研究团队也承认，人类DNA的活性仍比植物DNA高出约20%，这可能暗示部分多余RNA具有未知功能，但不足以推翻“大部分DNA无用”的核心结论。目前，他们正利用机器学习技术，试图区分“有意义活性”与“背景噪声”，以更精准地解析基因组功能图谱。
