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《环球科学》:试管中的进化——人造生命
www.fjnet.cn?2009-05-22 16:04? ?来源:新华网    我来说两句

  撰文/W·韦特·吉布斯(W. Wayt Gibbs)

  杰勒德·F·乔伊斯(Gerald F. Joyce)承认,在看到这些实验结果的时候,他有一种冲动,想要暂停进一步研究,立即把这些结果发表出去。经过多年努力,他和他的学生特蕾西·林肯(Tracey Lincoln)终于发现了一对虽然短小但功能强大的RNA序列,把它们和一堆结构更简单的RNA“原料”混在一起,前者的数量会不断倍增,几小时内就能扩增至原来的10倍,而且只要有充足的原料和空间,这种扩增过程就不会停止。

  但是乔伊斯对此并不完全满意。这位53岁的分子化学家是美国加利福尼亚州拉霍亚市斯克里普斯研究所(Scripps Research Institute)的教授兼所长,也是“RNA世界” (RNA world)假说的提出者兼拥护者之一。今天我们所知的生命主要基于DNA和酶类蛋白质,在绝大多数情况下,RNA不过是传递遗传信息的信使。RNA世界假说则认为,现有生命是从一个更简单的前生命化学系统进化而来的,这个系统主要、甚至完全建立在RNA之上。当然,这个想法要说得通,RNA本身就必须能够支撑进化。乔伊斯认为,或许他合成的RNA有助于证实这种可能性。因此他和林肯又多花了一年时间来研究这些分子,在它们的序列上制造种种突变,并且建立起只有适者才能生存的竞争环境。

  成长中的生命:RNA复制分子组成的枝杈从DNA主干处水平发散开来。这样的RNA可以在试管中向我们展示出进化的一些基本特征。然而,对于人造生命而言,它们还需要进化出崭新功能的能力。

  2009年1月,就在达尔文诞生200周年前一个月,他们在《科学》杂志上公布了研究结果。他们的微型试管系统确实表现出了达尔文进化的几乎所有本质特征。实验伊始,有24个RNA变体进行自我复制,其中一些变体在实验环境中的复制速度比其他变体更快。所有RNA分子都共享同一个“原料”池,因此每一种分子都要和其他分子竞争。复制过程并不完美,因此新的变体很快就会出现,甚至繁荣兴盛——乔伊斯把这些突变称为重组体(recombinant)。

  “我们让这一过程持续进行了100个小时,”乔伊斯回忆道,“最后观察到复制分子的总数扩增了1023倍。最初那几十种复制分子很快就消失了,重组体开始接管整个群落。”不过,没有一种重组体进化出了它们的祖先所不具备的新功能。

  缺少了这关键的一环,人工进化就无法完全重现真正的达尔文进化。“这还算不上生命,”乔伊斯强调说,“生命能够在进化中‘开创’出全新的功能,我们还没有做到这一点。我们的目标是在实验室中制造生命,但是要实现它,我们就必须增加整个系统的复杂性,足以使它们进化出新的功能,而不只是对早已存在的旧有功能进行优化。”


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