這一目標顯然有可能實現(xiàn),因為喬伊斯實驗室中的RNA復制分子相對簡單:每個分子僅擁有兩個可以變化的基因樣片段(genelike section)。每一個這樣的“基因”都是一段短小的RNA原料。一個復制分子就是一個RNA酶,能夠把兩個“基因”集結并連接起來,產生一個新的微型酶,也就是這個復制分子本體的“配體”。配體被釋放后,也會集結兩個不受束縛的“基因”,組裝后產生一個與本體相同的克隆體。如果配體不忠實于本體,把本來并不匹配的兩個“基因”連接在一起,就會產生重組體。不過,這樣的重組體確實無法創(chuàng)造出新的“基因”。如果能夠營造出一個更復雜的系統(tǒng),或者給每個復制分子增加更多的“基因”來增加復雜性,創(chuàng)造新的基因或許有可能實現(xiàn)。
美國伊利諾伊大學研究DNA酶的化學家斯科特·K·西爾弗曼(Scott K. Silverman)希望:“在新的分子中捕獲到達爾文進化的蹤跡,我們或許能更好地理解生物進化的一些基本原則。”分子水平上的生物進化在某種程度上依舊是個不解之謎。喬伊斯與林肯就在實驗的事后檢驗時發(fā)現(xiàn),三類最成功的重組體已經形成了一個“派系”。派系中的任何一個成員出現(xiàn)復制錯誤,產生的新重組體都會是派系中另外兩個成員當中的一員。
喬伊斯表示,在實驗室中創(chuàng)造生命的下一個重大步驟,就是改造(或進化)出一系列合成分子,以便在復制的同時還能行使新陳代謝的作用。哈佛大學醫(yī)學院的遺傳學家杰克·W·紹斯塔克(Jack W. Szostak)已經開發(fā)出一種與ATP結合的無機蛋白,而ATP這種攜帶能量的化學物質對新陳代謝至關重要。紹斯塔克的實驗室還在嘗試制造原生細胞(protocell),也就是把RNA包裹進一種被稱為膠團(micelle)的脂肪酸小球,這種小球能夠自發(fā)地形成、合并及復制。
盡管生物學家在想方設法用RNA和其他基本物質拼湊成某種形式的人造生命,但這種人工營造的系統(tǒng)可能一開始就過于復雜,很難證明40億年前自然生命也是由類似的方式產生的。喬伊斯指出,盡管他的復制分子只包含50個化學“字母”,但是隨機出現(xiàn)這么一條序列的幾率只有大約1/1030?!叭绻麖椭品肿拥拈L度能夠縮短到6個‘字母’,哪怕縮到10個‘字母’,我才會說我們或許找對了方向,因為按照人們的設想,這樣的分子才會 (在原始有機物質湯中)自發(fā)形成?!保ㄗg/馮志華 校/虞駿)
從試管生命到診斷工具
在實驗室中創(chuàng)造出生命,對人類來說是一個重大事件。盡管與《弗蘭肯斯坦》中的科學怪人相比,目前的研究更局限于分子水平,但是這些結果還有不少更加實際的用途。喬伊斯在一篇即將發(fā)表于《自然·生物技術》的論文當中,描述了他的實驗室如何改變RNA復制分子,使它們具備了自我復制的生化功能。他認為,進化競賽的領跑者會是醫(yī)學診斷的良好候選分子。伊利諾伊大學的西爾弗曼認為,這是一個絕佳的創(chuàng)意:“假設你現(xiàn)在要在一個包含眾多不同化學物質的‘骯臟’環(huán)境下進行檢測工作,比如說在花生醬中找到沙門氏菌(Salmonella)。如果不進行提純,這樣的檢測很難進行。如果能夠‘進化’出一套診斷系統(tǒng),在如此‘嘈雜’的環(huán)境下仍然可以檢測到‘信號’,那就會大有用處?!保ǜ嗑?,請閱讀《環(huán)球科學》2009年第5期)
(責編:陳曦)
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