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人类还有非常漫长的路要走
发布时间:2018-08-14 13:36

  “人造生命”,多数百科中的解释是创造自然界没有的生命。但是严格来讲, 这个描述并没有给其一个清晰定义。如果只要与自然界存在的生命有一点点不同就算是人造,那么生命科学进展到现在,每一株基因重组菌、每一只转基因动物,都算得上是人造生命:因为它们诞生于人类的实验室中,本来并不存在于自然界。
 
  而最原始、最严格的人造生命的定义,大约应该是“从零开始”,从没有生命的物质合成出有生命的物质来。而现存的这些所谓人造生命,没有一个算得上真正的从零开始——它们大多数是将现有生物进行改造得来的。
 
  包括此次的单染色体酵母也是如此,作者们利用自然界的野生酵母,将其多条染色体末端修剪之后首尾相连拼接成一条大型染色体。染色体数量确实从16减少到了1,但是染色体中所包含的基因总量几乎没变,就好像把原来分装在16个小文件夹中的文件归整到一个大文件夹中——还是那些文件,只不过收纳位置不一样了。
 
  由狮头、鹿角、鹰爪、蛇身、鱼尾拼接而成的中国龙,恐怕是最早的人类对于人造生物的幻想(来源:visualhunt.com)  由狮头、鹿角、鹰爪、蛇身、鱼尾拼接而成的中国龙,恐怕是最早的人类对于人造生物的幻想(来源:visualhunt.com)
 
  当然整理酵母基因组的工作实际操作起来远比整理文件要困难得多,因为生命尤其是真核生物是非常复杂的系统,有些基因仅仅是换个位置,或者拷贝数上的增减,都会影响到其功能。
 
  与我国学者同时进行研究的美国实验室即是被困在这样的陷阱里:他们将16条染色体拼成了2条,却无论如何不能完成最后的融合,也许就是因为他们没有拼对这些染色体的排列顺序,或者没有删除某些冗余基因片段。
 
  正是由这样的研究我们才得以知道,现阶段人类虽然已经可以读取编码生命的几乎全部基因数据,却并不能透彻理解这些数据的含义——如果我们将基因数据一字不落地抄一遍,勉强可以让生命从我们的手抄本中诞生;可是要我们选择性地抄出生命存在不可缺少的那些部分,我们还是一脸茫然。连读懂都做不到,更不要说谱写。从“誊写员”到“作家”,人类还有非常漫长的路要走。
 
  真核生物达到最简模式了吗?
 
  在真核酵母之前,曾经有过原核生物被成功改造的历史 [5]。从十几年前开始,美国生物学家克雷格·文特尔(Craig Venter)就在实验室中合成出极为简单的原核生物,并不断地尝试删除不必要的基因,一次次挑战着“简单”的极限。
 
  克雷格·文特尔与他创办的克雷格·文特尔研究所。
 
  与此不同的是,这次对酵母的改造并没有追求基因数量上的最小值——对于复杂的真核生物来说,只是把现有染色体拼接起来就已经足够费力了。在真核生物的基因组中,大量充斥着之前被认为是“垃圾DNA”的片段, 而近来的一些研究却又逐渐揭示了其中一些片段的作用。至于剩下的冗余片段是否真的是垃圾?如果不是的话又有什么作用?也正是这项酵母改造研究的后续令人期待之处。
 
  染色体,“一条”就够了?
 
  在朋友圈刷屏的文章标题中,有这么一个词特别刺眼:“只剩一条”。用了这样极端的限定词,总会让人误以为是很多其他不必要的东西都被删除掉了,而事实却并非如此。上面也提到,单染色体酵母最终的一条几乎是之前全部染色体的总和,从基因的数量来说编辑后的基因组并没有太多的删减,此一条非彼一条。
 
  然而从染色体数量上来说,16到1确确实实是非常大的变化。不要觉得只要文件足够,装几个文件夹都是一样,自然界的现存真核生物会用事实进行有力反驳——绝大多数真核生物都有多条染色体,并且基因在染色体上的位置和排列对于执行其功能非常重要。
 
  举个最简单的例子,在人类的生殖细胞形成过程中,如果一条染色体的一小段掉下来,在DNA修复时被连接到错误染色体上面去,虽然基因的数量并无增减,但却会给胚胎的形成和发育造成不同程度的障碍。
 
  染色体的一段发生位置变化会影响基因的表达。(来源:wikipedia)染色体的一段发生位置变化会影响基因的表达。(来源:wikipedia)
 
  跟人类亲缘关系最近的物种黑猩猩,其染色体组与人类非常类似,只是2号染色体分成a、b两条。因此有科学家提出这样的说法:2号染色体的融合是人类进化的开端。虽然这种说法有待考证,但是染色体结构与功能的关系显而易见。
 
  经由人工改造获得的单染色酵母存在哪些生理缺陷?
 
  在单染色体酵母中,染色体的合并也确实给酵母的繁殖造成了影响。在普通培养条件下,单染色体酵母比野生型单倍体酵母的繁殖速度稍微慢一点,其通过有性生殖产生的二倍体(即单染色体加倍)酵母的繁殖速度也稍慢于野生型。
 
  然而,单染色体酵母的二倍体中,有三分之一的菌落在有丝分裂时无法维持正常的染色体数目。在有性生殖时,单染色体酵母的二倍体产生的孢子数量和活力上都要劣于野生型。
 
  如果把单染色体酵母和野生型酵母混合进行竞争性培养,单染色体酵母生长繁殖上的劣势就更加明显。这样的结果就说明,拥有多条染色体的物种无疑有更强的生存竞争能力,可以在自然恶劣的条件下存活繁衍。
 
  也许在酵母的自然进化中也曾经出现过只拥有一条染色体的菌株,只不过因为没能抵御环境和同类的挑战而消失在漫长的历史当中了。


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