逆向生物工程:修补生命教会我们生命是如何开始的 [摘录]

在亚当·卢瑟福的新书《创造》中,他探讨了合成生物学的兴起,以及它如何不仅为人类问题带来解决方案,还揭示了生命起源的奥秘

摘自《创造:科学如何重塑生命本身》,作者:亚当·卢瑟福。由Current/Penguin出版。版权©亚当·卢瑟福,2013年。经许可使用。

自从《物种起源》出版以来的150年里,数百万科学家对进化论进行了各种形式的探索和研究:他们以各种可以想象的方式对它进行拆解、调整和猛拉。他们观察了无数物种,从土豚(或食蚁兽)到斑马,以研究它们的行为。他们首先使用数学模型,然后在计算机中创建了无数种群的模拟,并对其人工环境进行推压,以观察它们在连续几代中的适应情况。他们对无数物种进行繁殖和杂交,以观察遗传是如何工作的,并了解下一代优势所在。他们让细菌在水箱中繁殖了几十年,并亲眼目睹了“经修改的演化”的发生。在现代,我们已经破译了它们的遗传密码,并清楚地看到了DNA中的差异,这些差异反映了一个物种如何变成两个物种,每个物种都找到了更适合自己的生态位。我们看到细菌种群适应了抗生素的敌对作用,并且令人沮丧的是,它们产生了耐药性。虽然达尔文提出的最初模型已经过修改和充实,但他描述的“一个大论点”在对如此庞大的想法进行必要的抨击中依然完好无损。这就是为什么它被称为自然选择进化论。理论一词的通俗含义,即一种直觉、猜测或纯粹的瞎猜,与它的科学含义相比是可悲的渺小。当科学家谈论理论时,他们指的是想法的顶峰:一组可测试的概念,这些概念都指向并预测对现实的描述,这种描述非常可靠,以至于它与事实无法区分。

达尔文在他开始研究细胞的时候创作了他的杰作,当时细胞的研究正从自然发生说的停滞状态中开始出现。但是,他对进化的描述并不是关于新生命的开始;正如标题所暗示的那样,它是关于新物种的起源。当一个生物体获得了如此多的突变性状,以至于它们不再能够与曾经是其同类的生物繁殖时,新物种就会出现。当我们学习自然选择时,通常会提到显眼的可见性状——鹿角、头发颜色,偶尔也会提到食蚁兽的舌头。但是,我们现在知道生物学在细胞层面上是如何工作的,并且可以将自然选择进化论转化为达尔文在很大程度上不了解的微观世界。虚构的食蚁兽的舌头之所以更长,是因为在其种群内部发生变异的偶然机会,该个体在舌头中拥有更多(或可能更大)的细胞,而产生这种组织差异的基因将通过精子或卵子传递给下一代。同样,当您割破纸的时候,您的血小板会形成一个塞子和一个楔子来帮助止血,这实际上是因为携带血液中细胞的生物,它们的凝血功能不如以前有效,所以在几千代(和物种)之前就被自然界淘汰了(可能是因为让相关生物的愈合效率较低,或者可能导致失血而死)。至关重要的是,我们现在知道被选择的不是个体,也不是细胞,而是携带优势信息的载体。与所有生物学一样,赋予凝血的信息保存在细胞内的DNA中,而DNA分子将在整个故事中发挥核心作用。


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细胞理论和自然选择是同一真理的反映:生命是衍生而来的。它在逐步且最终壮观地被修改,但本质上,生命是先前存在的适应性延续。

公众对自然选择进化的接受程度随着时间的推移而时起时落,至少在其最初的五十年左右的时间里,受到了科学家的质疑。但现在,至少在科学家和那些普遍了解它的人中,自然选择是地球上生命多样性的唯一有效解释。虽然科学的定义是期望随着时间的推移进行修正,但现在看来达尔文的观点被完全取代的可能性极小。当您将其与细胞理论联系起来时,这两个观点都会得到令人信服的加强。

尽管进化的概念——即生物体会随着时间的推移而变化——早于达尔文,但在1859年,这个想法以及自然选择的观念都是新颖且真正具有革命性的。它们都反驳了人类历史上占主导地位的观点,即生物都是被分别创造出来的。如果没有达尔文的艰苦工作和十八世纪和十九世纪显微镜学家密切观察的工作,那么生命存在多条途径的想法,不仅是植物、动物、真菌,而且是每一种生物的独立起源,可能看起来是合理的。即使考虑到无数种具有高度专业化功能的独特细胞类型,单独的或多元的起源也可能看起来是合理的。

相反,由于达尔文和细胞理论,我们可以将每一个生物体联系到最庞大的血统中。正如达尔文在他的杰作的最后一段中所写的那样,“这种生命观是宏伟的,它具有多种力量,最初被呼吸进几种形式或一种形式中。”这是写在纸上的一些最美好的文字,经常被引用,但有些事情就是值得重复的。然而,他在最后五个字中提出了一个问题:“几种形式或一种形式”。它是哪一个?生命之树的根基是什么?单一形式、细胞还是多种形式?这个根深蒂固的历史问题的答案不在于过去,而在于每一个活细胞的分子内部。通过检查细胞传递其特征以及这些特征发生突变的机制,我们将找到生命是否具有单一起源的答案——我们将开始看到它最初出现时的样子。

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