已灭绝花卉的芳香基因重获新生  

1912年，在夏威夷茂宜岛哈雷阿卡拉古老的熔岩原上，一棵树木奄奄一息地伫立着。它高十五英尺，树皮上覆盖着地衣，只剩下最后一朵花了。

夏威夷人称这棵树为hau kuahiwi，即山芙蓉。与更常见的夏威夷芙蓉不同，后者生长在潮湿的山谷中，以热情的阿罗哈姿态盛开，而山芙蓉只生长在夏威夷火山干燥、排水良好的熔岩原上。这种植物只展开五片芙蓉状花瓣中的两片，其余部分保持闭合，形成一个含蓄的弯曲管状，专为茂宜岛吸蜜鸟而设计——这是一种以花蜜为食的鸣禽，喙呈弯曲状，是其最喜爱的授粉者。

但这棵树已经多年没有繁殖了。随着19世纪末20世纪初的到来，大多数吸蜜鸟已经消失。哈雷阿卡拉的熔岩原被改造成了牧牛场。牛群摩擦它的树干，使其变得粗糙。老鼠吃掉了它的种子。

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一位植物学家沿着山坡走来，头戴粗犷骑兵帽，身穿卡其布衣服，肩上挎着一个采集袋。他名叫格里特·怀尔德，他是1910年首次鉴定出这棵树的探险队成员。因此，这棵树以他的名字命名，Hibiscadelphus wilderianus。它是其物种中唯一被发现的成员。它的病态是怀尔德返回的原因。他摘下了最后一朵花，以及一些树枝和叶子，并将它们放进袋子里。然后他转身，慢慢地走下山坡。

不久之后，这棵树屈服于牛和老鼠，掉落了最后一片叶子。H. wilderianus灭绝了。本该就此结束。灭绝本应是永恒的。

然而，DNA测序技术的最新突破使得读取早已死亡的生物的基因并“重启”这些DNA片段变得越来越容易。人们正在认真努力地利用这种技术来复活旅鸽和猛犸象。这两个项目都依赖于仍在多年后的生物工程进步。然而，在2018年，在波士顿新兴海港区上方一栋八层楼的实验室里，这棵早已死亡的山芙蓉的关键部分重获新生。

一群基因工程师为一家名为Ginkgo Bioworks的公司工作，他们能够重建花朵的香味基因。他们重建了产生花朵独特气味的遗传物质，使其在另一种生命形式——酵母——中再次发挥作用，人类的鼻子闻到了一种在一个多世纪前就已从地球上消失的气味。就像奥德修斯在冥府中唤起亡灵并向他们索取信息一样，生者和死者之间发生了一种交流。没有花朵，没有花瓣，但这些是植物的实际DNA序列，它们告诉细胞像过去在茂宜岛上那样大量产生分子，而这些分子被人们的鼻子捕捉到，向他们的大脑发送信号。这是迄今为止最明显的迹象，表明灭绝的坚硬膜层开始软化。这种新发现的孔隙性迫使人们产生一个奇怪的问题：我们能否重启足够的基因，从而说有些东西不再完全死亡？

生命的气息

复活项目开始于2014年在罗马举行的国际精油和香料贸易联合会年度大会，这听起来很奇怪。当时，Ginkgo的首席执行官杰森·凯利正在寻找拓展业务的机会。凯利和他的Ginkgo联合创始人于2008年毕业于麻省理工学院，获得了合成生物学专业的第一批博士学位。他的公司也非常专业化：如果另一家公司需要一种新的微生物来生产一些有价值的分子——用于燃料、纤维、香料、药品或任何其他用途——Ginkgo将在其生物铸造厂设计和测试数百种原型，并将性能最佳的原型交付给客户。

Ginkgo的许多最佳客户都在香精香料行业，该行业的原材料可能非常昂贵。所有这些香味分子都是由植物细胞中的酶产生的，而这些酶的蓝图则编码在DNA中的基因中。就像软件一样，这段代码可以在任何兼容的平台上运行，而生命具有惊人的平台不可知性。所有生物都使用相同的四字母DNA语言——标记为A、T、C和G的组分——酵母和植物运行许多相同的基因。通过将香味基因插入到经过特殊工程改造的啤酒酵母菌株中，Ginkgo在烧瓶中酿造香味分子，就像酿造啤酒一样。

在贸易展上，凯利遇到了瑞士香水巨头奇华顿的一位顾问，他告诉凯利奇华顿的Scent Trek计划，该计划派遣探险家进入世界各地的雨林，捕捉稀有花朵周围的空气，以便可以识别这些香味。凯利很感兴趣。如果Ginkgo能够获得这些植物的样本，该公司就可以对基因进行测序，并合成产生气味的酶。但当两人集思广益时，凯利有了一个更疯狂的想法。如果他能够超越默默无闻的植物，带回甚至不再存在的花朵的香味，那会怎么样呢？

他想，这将是扭转巨大生物浪费的第一步。“地球花费了三十亿年，通过我们称之为进化的过程来尝试不同的DNA序列，”凯利说，“这就是我们今天拥有的。但在这个过程中，许多东西由于一些随机原因——陨石或其他原因——而丢失了，其中一些东西令人难以置信。地球花费了数亿年的时间来进化DNA。而我们却不得不让它消失？对于生物设计师来说，想象失去所有这些伟大的代码令人沮丧。”

凯利的最初计划模仿了侏罗纪公园：从北极永久冻土层中回收一朵冰河时代的花朵，对其基因进行测序，并合成负责香味的基因，然后将它们放入酵母细胞中。当基因指示细胞产生香味分子时，凯利可以酿造出一点绝灭N^o 5。

这是一个大胆的尝试。尽管少数古代基因已经在实验室中被重建，但大多数基因只是静静地躺在那里，从未被要求产生蛋白质，从而重新加入我们的世界。即使Ginkgo能够重建旧基因，这些基因也可能无法在新酵母中发挥作用。凯利还担心会占用宝贵的资源。他公司的每个人都已经工作过度。他们最不需要的就是卷入一场侏罗纪式的闹剧。

但这个项目在Ginkgo的创意总监克里斯蒂娜·阿加帕基斯那里找到了支持者。阿加帕基斯在哈佛大学获得了合成生物学博士学位，她致力于优化细菌以生产氢燃料，并创作了基于抗体形状的艺术作品。她热情而诙谐，被探索自然与非自然之间边界的研究以及引发有关转基因生物的有趣对话的研究吸引。一种人们可以在冥想这些已逝物种时闻到的已灭绝花卉的香水正合她的心意。她将这项冒险计划命名为“白垩纪计划”，以纪念花卉首次出现的时期。她首先联系了冰河时代挖掘领域的专家，他们告诉她，不可能从永久冻土层中出现的粘糊糊的植物斑点中测序出完整的基因组。冰河时代是一条死胡同。

在放弃之前，阿加帕基斯做了任何优秀的千禧一代都会做的事情：她在谷歌上搜索了“已灭绝植物DNA测序”。在搜索结果列表的底部，她找到了一篇来自林奈学会生物学杂志的晦涩论文，内容是关于博物馆学，这是一种从博物馆保存的植物和动物中提取DNA的新技术。因此，她根本不需要永久冻土层。她只需要一个植物标本馆。

这一认识让这位哈佛毕业生露出了笑容。她知道在哪里可以找到这样的地方。

DNA搜索

哈佛大学植物标本馆的历史可以追溯到1842年，它坐落在以神学院大道命名的一条砖砌街道的一端，其众多的楼层里摆满了散发着甲醛气味的柜子，里面存放着超过五百万份样本。他们并不热衷于变革，因此当阿加帕基斯在2016年提出她的计划时，馆长持怀疑态度。用他们的植物做什么？植物标本馆的业务不是将其收藏品赠送给营利性实体。此外，他们没有对其藏品的任何可搜索数据库，因此他们不知道他们是否拥有任何已灭绝的植物。

阿加帕基斯花了几个月的时间谈判才达成协议。当她提出向研究界提供她发现的任何已灭绝植物的基因组时，这笔交易才最终敲定。即便如此，她也必须在没有植物标本馆工作人员的帮助下自行寻找植物，而且如果她确实找到了她要找的东西，她也不能拿走超过小指指甲大小的无关材料碎片。

阿加帕基斯和Ginkgo的下一代测序主管道恩·汤普森打印出了IUCN红色名录上的116种现代植物灭绝名录，并开始了她们的探索之旅。藏品首先按植物科，其次按地理位置排列，因此找到样本的唯一方法是去植物标本馆的相应楼层，找到正确科的过道，然后在所有文件夹中搜索特定国家或地区的植物。过道是无尽的，柜子似乎装满了除他们正在寻找的植物之外的一切东西。然后，在夏威夷房间，阿加帕基斯转动一个大轮子，将吱吱作响的柜子拉开，打开门，翻阅文件夹，打开一个，然后俯视着三根长长的树枝，上面长满了宽阔、美丽的叶子和一朵压制的花蕾。“夏威夷群岛植物志”上写着附带的卡片。“Hibiscadelphus wilderianus。”阿加帕基斯感到一阵触电般的激动。正是怀尔德的已灭绝树木，就在她眼前。

最终，科学家们在植物标本馆中找到了他们名单上的20种植物，其中14种有足够的材料可以备用。在馆长严厉的目光下，他们折断了最不重要的部分，并将它们放入塑料袋中。

然后就到了最困难的部分。生物体死亡后，DNA会降解。Ginkgo将不得不在纤维素的稻草堆中寻找DNA针。而且该团队只有足够的材料进行几次尝试。研究人员决定用从波士顿街道上捡来的橡树叶进行练习。即使这样也不顺利。尽管他们拥有最先进的测序设备，但他们仍难以从样本中提取DNA。古代样本没有产生任何东西。

随着将测序仪让给付费项目的压力越来越大，阿加帕基斯和汤普森进行了一次令人清醒的谈话。如果他们继续尝试，他们将耗尽植物材料，而且他们不可能获得更多。他们决定暂停白垩纪计划，直到他们找到更有效的方法。

几个月后，在一次会议上，凯利遇到了加州大学圣克鲁兹分校古基因组学实验室的联合主任贝丝·夏皮罗。如果你想让猛犸象或旅鸽起死回生，你就应该去这个地方。每年，它在从不可靠的旧材料中提取微量DNA方面都做得越来越好。2016年，该实验室能够从白令海峡一个岛屿上5650年前的湖泊沉积物中鉴定出0.01%至0.05%的猛犸象DNA——仅仅是一丝厚皮动物的气息。把你的花寄给我们，夏皮罗说。

汤普森将她的塑料袋装叶片材料连夜寄给了古基因组学实验室的研究生乔什·卡普。卡普不喜欢他看到的东西。他将每个样本研磨成粉末，以最大限度地增加表面积，但植物不像他习惯的骨头那样容易研磨成粉末。但在经过多次过滤步骤和一些与DNA片段结合的化学物质的创造性应用后，卡普最终得到了14个微型管，里面装着已逝植物的秘密，他将它们装在干冰中寄回了Ginkgo。当汤普森在波士顿的测序仪上运行这些样本时，她欣喜地看到许多短读段出现：数百万个遗传密码片段，每个片段只有40或50个字母长。

行动中的重建

但是，这些片段中是否有一些属于香味基因，它们能否被重新组装起来？Ginkgo正在寻找通常约1700个字母长的基因，这些基因可以制造称为倍半萜烯合酶（SQS）的酶；这些酶将大多数良好的花香分子缝合在一起。一朵典型的花可能拥有几个这样的基因。利用他们回收的所有微小片段，就好像Ginkgo的研究人员为每种植物都准备了一本书——已灭绝植物的基因组——所有这些书都被切成随机的50个字母的块，然后混合在一起，他们需要以正确的方式重新组装一些1700个字母的段落。

如果科学家们有原始书籍的副本作为模板，甚至有几章，他们就可以弄清楚这些片段去了哪里。进化在这里发挥了作用。它从不从头开始创造任何东西。新物种从较老的物种进化而来，调整或重新利用原始基因。因此，现代植物中的大多数SQS基因都与近亲祖先共享许多DNA代码。当时在Ginkgo工作的计算生物学家王珏负责解决这个书籍重组问题。他意识到，现代SQS可以作为模板。这就像试图使用詹姆斯国王钦定本和新国际版圣经作为指南来重建圣经的丢失版本。措辞不会完全匹配，但它们可以很好地指导片段的去向。

王珏一点一点地在他现代亲属提供的支架上构建他的基因，依靠序列重叠进行定位。他从现代模板中填补了任何缺失的DNA字母。如果他破碎的圣经读到“起初是_ _ _ 道”，他可以查阅詹姆斯国王钦定本，并相当确信哪些字母缺失了。

最终，王珏能够从已灭绝的花朵中重建2738个基因版本。毫无疑问，这些生物字母串中存在一些错别字。这会破坏它们的功能吗？有时，DNA的单个错误字母会灾难性地破坏基因，就像镰状细胞性贫血一样。但通常，微小的变化不会影响最终产品。事实上，有时形式明显不同的基因也会发挥类似的作用。用圣经的话来说，“太初有道”（詹姆斯国王钦定本）和“道在先”（信息版圣经）并非逐字匹配，但两者都完成了任务。王珏认为他的大多数字母串都太不稳定了。他只是希望其中一些能够作为真实细胞的指令发挥作用。

为了实现这一目标，这些仅存在于王珏计算机中的基因必须转化为物理DNA。这是一项相当直接的工作，使用DNA打印机完成，DNA打印机类似于3D打印机，但它会喷射出As、Cs、Gs和Ts，这些物质会化学结合在一起，形成经典的双螺旋结构。尽管这通常被称为合成DNA，但它与其他任何DNA一样真实。分子就是分子。

然后就轮到酵母了，2000多个基因中的每一个基因都进入一个经过培育的菌落，该菌落可以接受新的DNA并根据其指令制造分子。几天来，这些菌落像啤酒酿造一样在它们的小容器中起泡。Ginkgo的分子微生物学家斯科特·马尔观察着，想知道他们制造了什么。当发酵消退后，马尔将每个菌落的样本通过质谱仪运行，质谱仪是一种人工鼻子，能够检测和识别每种菌株中产生的微量分子。每种质量在图表上都显示为不同大小的峰值。马尔的工作是像指纹一样读取峰值模式。

他编写程序，消除机器读数中酵母代谢的所有常规产物，因此只显示非酵母SQS产物——产生香味的倍半萜烯。马尔考虑到渺茫的几率和Ginkgo翻译中出现错别字的可能性，他祈祷好运，并运行了样本。读数显示什么也没有。然后又是什么也没有。看起来科学家们拼凑的书籍段落有太多的字母错误，细胞无法读取这些段落。

然后就出现了：一个峰值。过了一会儿，又出现了一个，又一个。马尔长长地舒了一口气，开始将分子指纹与他的萜烯数据库进行匹配。然后他向白垩纪计划团队宣布了这个好消息：数十个花-酵母嵌合体是活的。

阿加帕基斯坐在桌子旁，听着马尔的报告，并将这一切都记在心里。自从最初的疯狂想法以来，已经过去了三年。很多次，她和她的同事几乎放弃了它。而现在他们有了分子。真实的分子！由一个世纪以来不存在的基因制造的！

回到现实世界

Ginkgo的酵母能够从三种不同的已灭绝植物中获取基因，从而产生倍半萜烯。尽管显微镜下的量太小而无法直接闻到，但科学家们根据现代同类植物的气味，对最终的花卉性质有了一些了解。其中一种植物是俄亥俄瀑布鳞果豆——一种豆科植物，它犯了一个致命的错误，只生长在俄亥俄河中被1920年代的水坝淹没的少数岩石小岛上——产生了一些倍半萜烯，如果以21世纪的一些近亲为指导，它们会散发出木香、胡椒味和香脂味。

温伯格松果灌木——一种五英尺高的花朵，花瓣白色，头部黄色，生长在开普敦上方的花岗岩山丘中，直到1806年，它在南非不断扩张的葡萄园下永远消失——产生了惊人的21种倍半萜烯，其中许多与诱人的香味有关：茉莉花、柠檬草、大麻、洋甘菊、姜黄、生姜、啤酒花。这种笨拙的混合物听起来与一种以“浓烈而令人不快的气味”而闻名的花朵非常匹配。

山芙蓉H. wilderianus产生了11种倍半萜烯，它最后一次向世界释放其精华是在1912年，当时格里特·怀尔德摘下了最后一朵花，走下哈雷阿卡拉山，他永远不会想到会有人再次闻到hau kuahiwi的味道。从那时起，基因不太可能的复活之路将它们带到了夏威夷大学的植物标本馆，在那里，这种植物被干燥和压制，并最终与哈佛大学植物标本馆共享。它在那里等待了几十年，等待阿加帕基斯打开它的马尼拉文件夹，并掰下一块尸体碎片。这些基因在圣克鲁兹被液化，在波士顿被数字化，然后在与寄生它们的最后一种地球生物完全不同的生物体的温柔怀抱中被重新激活。基因跨越了时间和空间和外部形式，但它们的信息得以保留。

然后就到了闻它们的时候了。白垩纪计划团队选择了Hibiscadelphus作为第一个尝试对象，因为它的魅力令人着迷，就像它在数千年中对许多吸蜜鸟一样。在一个阳光明媚的八月，在一个洁白的会议室里，小组聚集在一起品尝各种配方——由柏林香味艺术家西塞尔·托拉斯为公司创作——这些配方将夏威夷分子以不同的组合和浓度混合在一起。其中一种分子，樟脑烯，是香油中的一种昂贵成分。Hibiscadelphus有昂贵的品味。

他们将纸质香味测试条浸入11个小精灵瓶中，将它们放在离鼻子几英寸的地方，轻轻地嗅了嗅。团队成员互相咧嘴一笑，仿佛他们不敢相信自己身处此地。“第一种复活的香味！”凯利宣布。阿加帕基斯的反应更加发自内心。“我感到不知所措，”她说。“我无法想象这会是什么味道。”

一些样品带有柑橘或百里香的闪光。所有样品都有一种树皮和杜松的木质核心，这一定是hau kuahiwi的精华。“我喜欢这种轻盈感，”阿加帕基斯闭着眼睛吸气时说。“感觉很空灵。”

在几个样品的背景中潜伏着一丝硫磺泥土的烟熏味。凯利把一个样品放在鼻子下，眼睛里闪烁着光芒。“老实说，这非常神奇，”他说。“我希望它能抓住人们的想象力，让他们思考我们失去了什么。”

斯坦福大学生物工程师梅根·帕尔默说，这种香味——以及它激发的思考——是一个重要的里程碑，她是Revive & Restore（一个支持旅鸽和猛犸象复活项目的非营利组织）的董事会成员。“我们无法确切知道这些花朵闻起来是什么味道，”她说，“但我们可以获得分子暗示，我们通过我们今天在世界上看到的物种的知识来解读这些暗示。”她补充说，随着科学的进步，“这些技术可以帮助我们更明智地猜测已灭绝物种的功能。它们甚至可能允许更雄心勃勃的项目来恢复这些功能以及产生这些功能的物种。”

由于这项工作，我们离从细胞中提取剑齿虎麝香或尼安德特人血红蛋白又近了一小步。随着越来越多的自由基因以新的形式恢复功能，它们使我们开始质疑我们过去对物种的强调。传统的基因容器可能无法限制其内容物的生命。坐在波士顿的会议室里，似乎很明显，DNA四十亿年职业生涯中最有利的时机之一已经开始。生物工程实验室、数字数据库和DNA打印机这种新颖的环境正在赋予基因一种新的流动自由、新的复制方式、新的栖息地来定居、新的生物体来诱惑。最初的形式可能会灭绝，但许多功能可以恢复，在某个时候——没有人真正知道那是什么时候——这种复活可能会使生物体达到“不再死亡”的程度。

随着精油弥漫在空气中，房间变成了一个不太可能的热带绿洲，远处飘来一丝烟雾，人们很容易想象到远古时期哈雷阿卡拉阳光炙烤的熔岩原，周围环绕着一片山芙蓉森林，鲜红色的吸蜜鸟在花朵间飞舞。那个世界将永远不会再来，但来自原始夏威夷和其他失落景观的无数基因可能会做到这一点。此时此刻，它们正在冲击灭绝的膜层，探测着，渴望着任何重返舞台的机会。