《自然》封面：人类离创造生命还有多远？

邓文龙

《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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