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《自然》封面:人类离创造生命还有多远?

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发表于 2018-12-5 21:15:44 | 显示全部楼层 |阅读模式
《自然》封面:人类离创造生命还有多远?

来源:学术经纬 2018-12-03 17:40

生命究竟是什么?没有人能给出答案。

我们拆开一个细胞,能看到里头有DNA,有蛋白质,有糖类。但这些生物大分子聚在一起,怎么就有了生命?

一代又一代的生物学家们想要回答这个问题。传统上,我们从上而下研究这些分子之间的作用,试图理解生命活动的机制。而如今,随着技术的发展,科学家们能反其道而行之,由下至上,尝试用这些生物大分子合成生命,并在这个过程中对“什么是生命”产生更深的理解。

这正是最新一期《自然》杂志的主题。本期杂志中,6篇文章以不同的角度分享了“Bottom-Up Biology”的进展。而这个话题本身,也登上了《自然》杂志的封面。

大分子的小社会

20多年以来,科学家们在探索生命的道路上取得了不少成就。他们发现要将生物大分子变成生命,需要有多方面的考量。其中有三点至关重要。

第一点在于生物大分子之间的分离。这听起来有一点反常识——生命不是生物分子之间的聚集吗?怎么还需要相互分离?举一个例子,或许能帮助大家理解这个概念。

我们能打破数以十亿计的细菌,让其中的内容物混杂在试管中。这些分子依旧可以进行一段时间的生化反应,但很快反应就终结了,试管里也再也看不到生命的痕迹。有科学家形象地说,生物大分子也有自己的小社会,有些分子就喜欢待在一起,有些分子则还是分开为妙。

这就体现了细胞中脂质膜的重要性。利用微流体技术,研究人员们能造出和细胞尺寸差不多的脂质体,以了解细胞膜的性质,以及相关的一些生物学进程。举例来说,通过对微流体设备的设计,现在科学家们已经能通过物理的方法让脂质体一分为二,这能给细胞分裂的研究带来一些洞见。

当然,这只是一个开头。将来,科学家们计划研究这些脂质体如何通过内部的作用(比如细胞分裂相关蛋白的影响)一分为二。

细胞内的发电站

生命离不开能量。在动物和植物细胞内,存在着线粒体和叶绿体这样的细胞器。它们是细胞内的发电站,能够源源不断地产生ATP,为细胞供能。想要真正创造出人造生命,这样的能量源也是必不可少的。

马普所的科学家们已经在这一方面取得了突破。同样是利用微流体技术,他们能造出结构简单的脂质体。随后,他们通过一个微通道,往这些脂质体里注入囊泡,而这些囊泡的表面带有ATP酶。当囊泡与脂质体融合后,ATP也就被运到了后者的表面。

当外部的质子浓度上升时,这些ATP酶就会开始运作,源源不断地在“细胞”内产生能量。

研究人员说,利用这套系统,他们还可以把这些带有ATP酶的脂质体重复利用,再往里头插入其他的蛋白质。这就有点创造生命的意思了。

但另一些科学家们也发现,如果往一个“人造细胞”里引入太多蛋白,它们之间就会“打架”,影响彼此的功能。显然,真正的细胞在控制蛋白方面,比人类目前的技术还强太多。

运作的指令

如果说创造生命的前两点关键是关于生命的“硬件”,那么第三点就是关于生命的“软件”。对于具有生命的细胞来说,这些软件储存在基因里。那么,如果想要创造生命,我们需要多少条基因?

这一问题的答案颇有争议。一些科学家们相信数目大约在200-300左右,另一些科学家则认为数目可能要少得多,只有几十。

为了了解生命启动的“最低配置”,科学家们把目光投向了丝状支原体(Mycoplasma mycoides)这种生物,它是人类的已知生物中,基因组尺寸最小的生物之一。

通过系统研究,科学家们挨个干扰这些基因的功能,从而了解哪些基因对生存至关重要,哪些基因则对生存无用。通过这个方法,近一半的基因被去除。剩下473条基因被植入到亲缘关系相近的细菌空壳里,也能维持基本的生命运作。当然,这些细菌也出现了生长缓慢等现象。

随着时间的推移,在400代后,这些有着最小基因组的细菌也发生了演化——不少细菌的生长速度要快出15%。但研究人员还不知晓背后的原因。

后记

在生物学家眼里,合成生命更像是一个浩大的工程。我们有了生物的基因组,我们知道生命需要哪些元件,我们也已经造出了一些看起来和细胞很接近的结构。未来令人兴奋。

但在一些人看来,合成生命会带来哲学和伦理上的反思——这些生命,真的是生命吗?它们具有自主性吗?人类能控制它们吗?这会是科学家与公众之间的热议话题。或许,我们永远都没有终极答案。(生物谷Bioon.com)

http://news.bioon.com/article/6730746.html



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