现存地球上的微生物,动物和植物都是经过几十亿年的进化形成的,但是进化并不意味着所有的部分都是平等的。就像20世纪20年代、50年代和今天的车,在外形甚至功能很多方面,它们是截然不同的。但核心几乎都是在内燃机上运行的。有些基因就像内燃机,很难对它们进行太大的修补和改进,否则整个生物个体就无法生存。一旦进化找到了有用的部分,它就倾向于继续重用它。所有生物都有许多相似的生物过程需要做:DNA复制,细胞分裂,蛋白质合成,生物大分子分解,分子复合体折叠组装,细胞骨架支撑起细胞。这并不意味着参与这些过程的蛋白或者编码这些蛋白的基因不能改变;只是他们的变化可能是有限的。例如,利用葡萄糖的一系列反应从糖酵解的步骤开始。地球上几乎所有的生物都有相同的酶己糖激酶催化相同的反应步骤,如果你比较这些蛋白质构象发现它们看起来几乎都是一样的。
作为真核生物,在微生物,动物和植物之间有大量的共享的基本代谢和细胞生物学,虽然具体到DNA水平上,你通常会发现很多不同之处,这有两个原因造成,第一是氨基酸密码子编码序列有简并性——香蕉和人类可能在一个蛋白质位置都是亮氨酸,但是一个编码TTG和另一个CTC。另外一个原因是有许多蛋白质只要保守结构域的构象相同,就能执行相同的功能,因此存在进化中的保守氨基酸,这些保守氨基酸构成了该蛋白质功能的核心结构域。
如酵母与人,尽管酵母由单个细胞组成,人类有数万亿细胞组成复杂的系统,但我们有成千上万个相似的基因。其中,大约有450个基因对酵母的生存至关重要,2015年5月份发表在science文章中研究人员将酵母菌的基因移除,并将其替换为人类相对应的基因,观察酵母菌是否能生存。创造了数百种新的酵母菌株,每一个都带有一个人类基因,结果显示,几乎有一半的新菌株在人类基因交换替代酵母基因后能够存活和繁殖。两个物种基因能否成功替换的最佳预测因素不是它们的基因序列有多相似,而是它们属于哪个模块。