人工合成染色体揭示生命发生和进化奥秘

ssmith

美国著名科学家克雷格·文特尔博士最近代表他的科学实验团队宣布化学合成了人工染色体，并将其成功地移植到另一个没有染色体的细胞中。尽管科学家很鄙视在没有发表通过同行评议的正式科学报告前来宣布一个科学发现，人们还是倾向于原谅文特尔，因为他经常做这样的事，被称为有争议的科学家。但就个人历史而言，他做事还是有分寸的，没有真正食言过。我们姑且认为他宣布的这件事是真实的，但我们并不知道它的科学细节。
　　其实早在两个月前，文特尔和他的同事们就已经在美国的《科学》杂志上发表了一篇文章，报道他们成功地将完整的细菌染色体（称为Mycoplasmamycoide，一种小细菌叫支原体）从一个细菌转移到了另一种细菌的\"壳\"（称为细胞膜）里。那么，理论上讲他们只要人工合成一段很长的含有很多基因的DNA，就是人工合成染色体了。这一次他们号称合成了381个基因，全长为580000个核苷酸（因为DNA是两个并行的链，互相配对，所以也称为核苷酸对）的人工染色体，又成功地放进了一个支原体的\"壳\"里，并能够使其在培养基上繁殖。因为这些人工合成基因（或人工染色体），主要是基于Mycoplasma的基因序列设计的，又是在实验室里合成的，就取名为Mycoplasmalaboratorium,其中Mycoplasma是分类学里的属名（支原体），laboratorium是实验室的意思。早在4年前文特尔的科学实验团队还化学合成了有活性的X174嗜菌体（5386个核苷酸，一种专门感染细菌的DNA病毒）。因此，这次应该是人工合成初级生命形式的第二个里程碑，只是这两个生命形式合成无论用科学还是用技术的尺度来衡量都是低级别的。
　　严格地讲，人们目前并没有真正从模拟生命进化的过程来合成生命。因为生命的从头合成――从无机物质到有机物质再到简单的生命――是模拟生命起源的过程，难以在实验室里实现。因为这个发生过程充满了未知和偶然性，至少经历了10亿年。那么我们见到的科学研究是企图合成和改造生命的某种形式，可以是简单的，也可以是复杂的生命形式。目前我们看到的主要有两个基本方向：一个是人们在试图创造简单的生命形式，比如最简单的病毒和细菌；另一个是通过遗传物质的转移来改造生命的过程或形式，比如克隆动物和转基因。那么，什么样的里程碑式发现可以称为人工合成生命呢？就目前的能力而言，那就是创造一个能利用自然界存在的简单营养源，可以自主复制和自由进化，并具有科学应用价值的人工合成细菌。就目前的信息和技术，要达到这一目的是可能的，只是需要时间和创造一个渐进的过程。文特尔团队正在走这条路，目前的技术门槛还比较低，其他国家的科学家其实也完全有能力做这样的事。不过，将来要合成真核生物的路会很长，主要的障碍是要合成足够长和具有足够多基因的染色体。
　　目前，人类创造生命的实验还处在初级阶段。不仅手段原始，严格地讲，科学家还没有具备真正创造在自然界可以自由生存和进化的简单生命体的能力，支原体需要在人工配制的培养基中才能生存，没有使用价值。不过，合成生命的科学原理并不复杂：合成一长段DNA，有足够多的基因，再移植到一个没有遗传物质的细胞里面就行了。但目前的人工合成技术还不能一次性合成（用化学合成的方法将核苷酸逐一连接）由上百万个核苷酸（细菌的大小就在这个范围；人的染色体长度是30亿个核苷酸）组成的染色体，几千到数万个核苷酸还勉强可以分步合成。在这里，科学家们首先面临的是技术和工程的挑战，而不是科学理论难题。
　　揭示生命发生和进化（自发地在自然选择下产生生命的多样性和高级形式）的奥秘，乃至最终有能力改造和创造生命是人类孜孜以求的理想。自从知道DNA是遗传物质到解开人类的全部遗传密码，只用了半个多世纪的时间，因此人类在科学上的不断进取，为早日揭开谜底创造了美好的前景。值得注意的是，在科学实验和创造生命的过程中，不仅科学家要讲对社会的责任，社会也要不断认同科学家们的科学实践，调整科学发现或发明与社会伦理道德之间的不和谐。最好的例子是人类社会对人工受精和试管婴儿的理解和认同，当初这两项技术对社会伦理的冲击是非常大的。科学和社会都在不断地发展，科学家有责任让社会来认同和监督他们有目的的活动，社会也有责任来理解和利用科学研究的成果，因为人们在社会中分享共同的价值和利益。