繁衍是生物体抵抗死亡的唯一手段。我们常说“不孝有三,无后为大”,大部分养育孩子目的除了让孩子尽孝养老外,更是希望孩子能继承我们生命的一部分,在我们的生命凋零之后,我们生命的一部分依然可以在时空中延续下去。
生物体的代际传承只是表象,实质是基因所携带信息的复制和流传。肉体只不过是基因的容器,甚至我们的所谓“灵魂”,本质上也不过是基因编码的某种表现。生物体在生存资源和性资源的竞争中自私自利和不择手段,其实是自私的基因为了自身得以复制,在暗地里施放阴谋诡计,操控肉体容器按照它的意愿去行动而已。
如果从基因的角度看,死亡就得重新定义。只要生物个体的部分基因得以复制并寄存在另一个肉体容器中,那意味着死亡并不存在,只是基因的生存从一种方式转换成另一种方式而已。就如当我们成为父母后,我们对死亡的恐惧能够有效减轻,因为我们知道,即使我们的肉体消亡了,我们的部分“灵魂”会寄存在孩子体内,继续生存下去,而这部分所谓”灵魂“的东西就是我们遗传给孩子的基因编码信息。
基因.jpeg如果基因能够以非生殖方式得以复制留存,那么死亡还有意义吗?现代基因工程技术的飞速发展,极大的挑战了我们对死亡的定义。在1912年,夏威夷群岛中有一个小岛叫毛伊岛,在它古老的熔岩地中矗立着一棵腐朽没落,摇摇欲坠的老树。它大概有一米多高,树干被苔藓包围,树叶已经全部落光,它走到了生命的最后一刻。
这棵树的独特之处在于,它是它所属种类的最后一棵。一旦这棵树死亡,一个物种就此灭绝。这个树是一种山地木槿,它只生长在干燥的熔岩地,它依靠一种叫蜜雀的鸟类传粉,在19世纪末期蜜雀灭绝,同时再加上人类对齐生存环境的破坏,这种树已经很多年都没有繁衍,这棵是该物种最后一个生存个体,悲哀的是它很快就要油尽灯枯,一个物种的灭绝看来已经不可避免。
突然,一只手伸过来将老树最后几片叶子摘下。这是一位正在做野外考察的生物学家,很快树枯死,那片被收集的叶子所含有的DNA成为这个物种残留在世上的唯一信息。此时没人想到,这仅存的一片树叶,在以后将在一个开创性的基因再造工程中发挥巨大的作用,下图所示,就是被收集到的山地木槿最后几片叶子。
SHARANYA.jpg基因工程技术的快速发展,让死而复生的神话一点点变成现实。现代基因测序技术能够从死去很久的生物体组织里读取基因链,并将其恢复。一旦得到生物体的基因,科学家就有可能再造该生物体,前不久中科院神经科学研究所通过一只雌性猕猴的体细胞中抽取DNA后,成功克隆出两只一模一样的小猴子。
我们都知道美国有一处信息”黑科技“中心叫硅谷,我们不知道的是,美国还有一处基因”黑科技”中心,坐落在麻省理工学院的附近。在那有一座八层楼高的实验室,是它一手将已经灭绝的山地木槿重新带回到这个世界。这家实验室属于一家名为Ginkgo Bioworks的生物科技公司,它擅长于通过基因测序,查找到让花朵产生香味的基因,然后使用基因工程技术将基因移植到酵母菌体内,让酵母菌能产生同样的气味分子,于是花朵独特的香味就可以在没有花朵的情况下大规模生成。由此这种技术能够让已经灭绝的山地木槿部分复活,也就是科学家能将它曾经散发的香味重新带回到人间。
灭绝植物气味恢复工程起源于一次偶遇。Ginkgo的CEO凯力在一次酒会上了解到瑞士香水巨头奇华顿,借此得知对方正在实施一个香味追踪工程,也就是派出探险家到各大原始雨林中收集奇花异果发出的香味,这激发了凯莉的商业思维,如果能拿到已灭绝植物的样本,从中解析出该植物创造香味的基因序列,那么他们就可以在实验室里制造出这些已经消失的独特气味来。
生物技术.jpg这是一个伟大的创意!世界的本质其实是能量按照某种特定方式组合在一起,而组合的方法就是信息。生物体其实就是蛋白质按照DNA给定的方式组合而成的最终形象。自然选择通过进化的方式创造了很多生物信息,但物种灭绝把这些宝贵的生物信息几乎全部抹除,如果我们能拿到以前存在的生物信息,那么人类对生命乃至自然宇宙的认知将会大大前进。
凯力和他的创意总监阿哥帕吉斯启动一个名为”白垩纪工程“项目。目标是恢复如今已经灭绝的特定植物花朵所散发的气味。他们只要找到这些花的标本或残留物,从中抽取其DNA序列,再分析出其中用于制造香味的片段,复制到这个片段并植入到酵母菌中,后者就能产生出对应香味的分子。
该基因工程的技术流程如下:
屏幕快照 2019-03-22 下午3.29.24.png第一步先成标本或样品中截取一小部分组织,从中获取DNA序列。上图中的叶子就是前面描述的已经灭绝的山地木槿被生物学家收集的叶子。
屏幕快照 2019-03-22 下午3.32.10.png第二步是将采取到的样本放入到专门的基因测序机中分析出碱基排列。基因包含四种碱基,分别用A,T,C,G表示。两条双螺旋基因链上相同的位置由固定对应的两个碱基组成,其中A与T配对,C与G配对,因此只要测出一条链上A,T,C,G的排列情况就可以完成整对DNA的测序。
屏幕快照 2019-03-22 下午3.42.56.png要想产生植物原有的香味,只需要从DNA中截取出特定一段。这一小段基因会指挥植物细胞合成一种物质叫”倍半萜合酶“,这种酶能指导细胞生成气味分子。这个搜索过程异常复杂。指导已灭绝山地木槿产生倍半萜合酶的基因序列有含有1700个碱基,相当于由A,T,C,G四个字母排列组成的含有1700个字符的字符串。但是由于样本组织存放过久,里面的基因序列已经断裂,研究员要将这些断裂的基因碎片中找到能生成倍半萜合酶的那一小段基因。
举个例子,假设你有一本旧版书,里面有一句话:”小王和小军星期三傍晚5点一起在3号教室学习了4个小时“。但不幸的是这本书不小心落入碎纸机后被切割为成千上万的雪花碎片,你不知道这句话的具体内容,但你从纸屑中找到好几个属于这句话的纸片,他们分别写着:”小王“,“小军”,“星期”,“傍晚”,“点一起在”,“号教室学习了”,“个小时”,显然这些纸片中缺失了一些信息,你如何根据这些纸片把原话恢复呢?
可行的做法是,你找到对应新版本,但新版中对应那句话改变为:“小花和小王星期四傍晚6点一起在5号教室学习了2.5个小时”。显然你的做法是将所得纸片结合这句话进行结合,用新版本中那句话弥补纸片缺失的信息。于是你得出原话为:“小军和小王星期四傍晚一起在5号教室学习了2.5个小时”,显然你拼凑的话与旧版本中那句话并不完全相同,但意思很相近!
测序.jpg研究员使用类似的方法从样本中获取的基因片段还原出制造气味的基因片段。如果灭绝的山地木槿对应前面例子中的旧版书,那么还原时就需要找到对应的新版书。幸运的是这并不困难,依据进化机制,新物种并非大自然从0到1似的无中生有,而是在老物种的基础上修修补补而形成,灭绝的山地木槿有很多存活的近亲,这些近亲就是对应的新版书。
研究员通过分析山地木槿近亲的基因序列,找到对应的气味生成片段,我们称之为模板基因片。然后根据上面例子描述的方式,利用样本中获得的破碎基因去和模板基因片比对,由于破碎基因中可能有某些片段找不回来,那么就用模板基因中的对应片段衔接上,就像上面例子还原的句子那样。
很显然如此恢复的气味基因片段与原版片段存有一定偏差。在通常情况下,某种功能对应的基因片段有些许改变不会影响最终功能,就如同上面句子即使有些信息变化了,它的大概意思依然差不多一样。因此即使研究员复原的基因片与原来基因片存有些许差异,但还原的基因片依然有可能指导细胞生成同样的气味分子。
屏幕快照 2019-03-23 下午12.31.17.png第4步将还原的基因片段使用DNA打印机制造出来。组成基因的物质并不复杂,复杂的是基因中碱基的排列方式所蕴含的信息。一旦有了碱基排列方式,研究员可以使用打印机将DNA序列复制出来。
屏幕快照 2019-03-23 下午3.39.35.png第五步则是把打印出来的DNA片段植入被改造过的酵母菌中。于是插入的DNA序列指导酵母菌生成一种特定的气味分子,这种气味分子与灭绝的山地木槿生成的气味分子一模一样,这些气味分子数量足够多时,鼻子尖的感觉细胞一旦捕捉到这些分子,细胞就会向大脑发送特定信号,大脑会将信号进行解读后,产生一种让人体“嗅”到某种香味的感觉。
屏幕快照 2019-03-23 下午3.45.33.png经过三年艰苦探索,这些基因工程获得了成功。精密的实验仪器成功检测到酵母菌产生了特定的气味分子。然后研究员将这些气味分子收集到实验纸上,用鼻子轻轻一嗅,山地木槿那种独特的气味在其灭绝后已经在世界山消失了很多年,如今人类通过基因工程在此将这种已经灭绝的味道重新带回这个世界。
基因工程的迅猛发展让人引发出无限遐想。<侏罗纪公园>这部科幻电影中的恐龙,是研究员在一块琥珀中获得一只保存完好的史前蚊子,这只蚊子吸过恐龙血,而且血液还完好的保存在体内。于是研究员抽出血液,分析出恐龙的DNA序列后,使用基因工程手段在实验室里制造出无数种形态各异的恐龙,这样的幻想能在现实世界出现吗。
我对此保持怀疑,因为人类未必能获得完整的DNA链条。即使有,人类现有的技术手段离复原DNA对应的生物体还很远。但技术有它自己的发展逻辑,一旦一点苗头出现后,星星之火便可以形成燎原之势,展开出人类根本想象不出来的壮阔蓝图,例如开创计算机产业的IBM老板小沃森曾经自信满满的说,世界最多不需要超过5台计算机,然而如今计算机已经成为家家户户必不可少的家用电器。
基因工程的发展很可能给人类带来上帝的力量。也就是创造生命,改变生命的力量。十九世纪是电气时代,二十世纪是信息科技时代,而二十一世纪则必将是生物科技时代,生物科技将会对包括人在内的一切生命体产生至关重要的影响,让我们怀着激动的心情拭目以待吧!
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