作者:于军,永利集团副所长、研究员、博士生导师,全球着名基因纽学、生物信息学和人类遗传学专家。1984年赴美国纽约大学(New York University)医学院就读,1990年获生物医学科学博士学位。同年,获聘美国纽约大学医学院泌尿系研究助理教授。1998年归国后,先后加入并主持了国际人类基因组妄想、超等杂交水稻基因组妄想、家蚕基因组妄想等重大科学研究项目。迄今已在包括Nature、Science等主要国际杂志揭晓科学论文逾百篇。
若是我告诉你,DNA也许并不是生命起源初始时必需的大分子(基本上包括核苷酸、卵白质和多糖)“修建质料”,你信托吗?若是我告诉你,DNA是被它的“兄弟”——大分子RNA(组成RNA和DNA的基本单位在分子结构上只差一个氧原子)“挟持”到生命的“最小自力复制单位”——细胞里来的,你信托吗?若是我告诉你自然界种种能够自力生涯的生命形式都有自己惟一的DNA分子,而这些DNA分子又都有它们配合但又特定的传承轨迹,你信托吗?若是我告诉你,我们人类的DNA是从编码单细胞真核生物(类似于今天的啤酒酵母)的水平逐渐变演到编码鱼类的水平,又到编码蝌蚪的水平,再到编码鳄鱼的水平,最后实现可以编码人类的重漂后,你信托吗?最难以想象的是,10多亿年来,生命从小到大,从简朴到重大,再从海洋到陆地,从森林到草原,却从没有阻止传宗接代,或许真正属于它们的尸骸化石就深深地埋藏在喜马拉雅山的冰川下或是广袤无边的大洋底,你信托吗?芸芸众生,各有其源溯,生命密码组成的信息归根结底,就是由这个结构简朴、序列重复的大分子——DNA来主宰的。
云云而推论,生命应该起源于“操作”,而不是起源于“信息”。操作首先是由生命大分子“修建质料”的物理和化学性子决议的。分子之间的相互作用,称为分子机制;而分子机制的关联性和运动则称为历程;两者的团结,称为“流”。相对稳固、有纪律的操作就形成了“操作流”,操作流的可重复性则需要“信息流”来包管。因此,操作流的信息化成为一定,导致信息流的爆发。最初,操作流的主宰是RNA,亦即所谓的“RNA天下”假说。在RNA天下里,RNA既管操作,也管信息,因此信息流应该是很早就萌生了。但由于同是由RNA分子来承载,操作起来就会爆发冲突,只管爆发了许多RNA的化学修饰,有100余种延续至今,其重漂后也照旧有限的。于是,这个由RNA启动的简朴、粗犷的信息流首先编码出功效简单的卵白质。从RNA到卵白质的信息流就被买通了。卵白质是由氨基酸组成的,氨基酸分子不但体积小(为核苷酸的1/3),并且化学性子也远比核苷酸重大。虽然核苷酸可以被简朴的化学基团修饰,但终归只有酸性和亲水的性子;而氨基酸则可以是碱性、中性、亲电、疏水,甚至可以形成共价交联。核苷酸虽说有嘌吟和嘧啶之分,但巨细相差未几,而氨基酸不但种类多,还可有转变多端的侧链,在大和小之间幻化无限。因此,卵白质使操作流日趋准确和重大,也就需要召唤更稳固的信息流。
操作流的重大化需要细胞的“分室”即内质网,将细胞脱离成许多小室,使细胞内的物质处于特定的情形,从而使种种生化反应高效率地举行。“分室化”首先可以使操作流自己重大化;其次,可以将操作流与信息流脱离。前者作育了“核糖原初细胞”,后者作育了DNA和现代细胞的“始祖细胞”。因此,细胞的分室作育了现代生命,始祖细胞的分室(破碎)使信息流的功效越发富厚而明确。生命的传承和演变需要既相对稳固而又循序可变的信息流,DNA被选择来继续这个重任,细胞的分室化也因此一发不可料理。生命以后由单细胞生长为多细胞;亦动物,亦植物;亦简朴,亦重大。DNA一直地改变传承,传承改变,生生不息,千变万化。生命科学家的研究工具因此而取之不尽、用之不竭,他们的好奇心将会获得充分的知足。
近年来,新一代DNA测序仪的发明、应用以及相关手艺的革命性更新使我们获取所有物种基因组(所有基因的总合)信息的梦想即将变为现实。我们或许要解读所有物种的遗传密码,寻找人类远祖的轨迹;我们或许首先要周全地相识永利集团食物和情形物种;我们或许要解读我们每小我私家的遗传密码,寻找DNA序列与生老病死的关联;我们或许从DNA密码中可以找到防患于未然、康健长寿的窍门。无论怎样,我们都要起劲地去相识DNA的前因后果,周全地掌握关于DNA的知识,为科学所用、为社会的福祉所用,为人类的未来所用。请在你的“知识窗口”中洞开一扇,面向DNA科学,信托你未来绝不会后悔。
本文揭晓于《科学天下》2012年第一期卷首语