文/杨书卷

      生物通过“增加基因”而增加复杂性向前进化，这一现代进化论的观点已深入人心。然而，美国田纳西大学的微生物教授Eric Zienze却发现，某些物种会通过“丢弃基因”并依靠其他物种而得以生存，而此假说可能会对进化论做出修改。
      把自己进化的越来越简单？这一超出常规的新理论是Zienze和他的团队在对原绿球菌进行研究后偶然发现的。原绿球菌是海洋微生物中一种最常见的光合细菌，但是令人疑惑的是，把这种普普通通的细菌放在培养环境中却十分难以生长。经过深入研究后才得知，原绿球菌对环境中的活性氧十分敏感，自己却束手无策。而要依赖于其他细菌分解这种对它说来有毒的物质才行，所以，离开微生物群，原绿球菌是不可能“单独”生存下去的。
      但研究表明，以前原绿球菌却具有分解活性氧的能力，不过在进化过程中，主动将这一能力“丢弃”了。原来，分解活性氧需要细菌消耗大量的精力，不利于自身繁殖，所以“聪明”的原绿球菌就“想”出了这个从周围其他微生物的艰辛工作中获益的方法。
      通常来说，进化的假设是生物会增添基因从“简单”变得“复杂”，但Zienze通过微生物基因组的分析中认识到，某些微生物的进化趋势是从“复杂”到“简单”，同其祖辈相比，基因出现“净损失”现象。换句话说，有些微生物在与其他微生物共存的环境中，会出现导致“失去”的进化，这与人们普遍认同的生物通过添加基因而进化的进化论背道而驰。
      目前，新的假说仅局限于微生物群，但Zienze认为它可能会扩展到更多的生物领域，因为我们可以据此推测，一个增加了生物复杂度的无用变异，也许就可能因耗费资源而被淘汰。同时，Zienze的工作也诠释了生物多样性的重要性，因为微生物群正在向相互间更加依赖的方向发展，如果失去了某种微生物，其结果可能是给整个微生物群带来灾难。看来，人类还远远未能认知各种可能存在的进化机制之谜（4月6日《科技日报》）。
      要快速破解基因组成的密码，让基因告诉我们更多的生命故事，庞大数据的分析研究功不可没。美国密苏里大学计算机科学助理教授Terry Culkin与加州大学研究人员一起，利用开创性的计算机算法，寻找到不同种类植物的相同DNA序列，解决了一项重要的生物难题。
      此前的研究发现，不同种类动物DNA中存在着相同的遗传密码长符，但是，计算机程序从未有能力寻找植物DNA中相同的序列，因为相同的DNA序列存在于多种植物基因组内完全不同的位置，这大大增加了计算的难度，而Culkin的算法则巧妙地突破了这一藩篱。
      在研究中，Culkin对拟南芥、大豆、大米、杨木、高粱和葡萄这6种植物的基因组进行了比较，同时还比较了犬、鸡、人、家鼠、猕猴和田鼠这6种动物的基因组。为完成所有的基因序列对比，其计算量令人咋舌：48台计算机处理器，以每小时100万条检索的速度工作了4周，检索总量约为320亿条。
      结果还是非常令人欣喜。科学家找到了不同植物之间相同的序列，同时也发现植物序列进化存在着不同。例如，面对相同的环境挑战，不同植物解决问题的基因组密码却不相同，这点与同为复杂多细胞生物的动物类似。
      除了解开了有关植物的某些进化之谜，更有意义的是，这套分析遗传密码的计算机程序本身还能帮助开发新药物，因为如果一种致病源没有开发出有效的药物治疗，但它和另一种拥有有效药物的致病源有着某种相同的基因序列模式，就可以用现有的药物或药物的改进品种进行治疗。鉴于计算技术对基因分析的重要性与日俱增，对基因组的庞大数据分析已成为美国国家优先发展项目（4月11日《科技日报》）。
      近日，科学家在基因领域还有一项极具醒目的突破：携带生命遗传密码的重要载体DNA，也能被人工合成的物质替代了。
      这种人工合成的物质被命名为XNA。众所周知，DNA拥有双螺旋结构，就像衣服上的拉链，由两个链条组成，链齿则是一些碱基。而XNA所用的“链齿”也是碱基，和DNA一样也能存储遗传信息，在许多关键功能上可替代DNA。
      有意思的是，XNA链条和DNA链条之间还可互相结合，实现遗传信息的传递。在实验中，研究人员将一个DNA链条上的遗传信息传递到XNA上，随后再传回另一个DNA链条，遗传信息传递的准确度高达95％以上。更有甚者，如果满足一些前提条件，部分XNA聚合物在试管中还能如DNA一样，进化成不同形态！
      “XNA已拥有DNA的两个关键功能——遗传和进化，由于人造的XNA在分子构成上与DNA并不完全相同，这说明DNA不一定是携带生命遗传密码的唯一载体。”研究者之一、英国医学研究委员会分子生物学实验室的Philip Huolige郑重表示。
      这对生命进化起源的研究具有深刻的意义——虽然地球上的生物都采用了DNA来携带遗传信息，但在宇宙中其他地方，也许存在遗传方式不相同的生命形式。另外，这也是在“人造生命”道路上迈出的重要一步，虽然，人类要使用XNA来人工编制遗传信息并创造一种新生命应该还有很长的路要走。
      自从发现DNA的双螺旋结构，人们才真正认知基因的本质，打开了破译生命密码之门。至此之后，基因就开始“源源不断”地诉说着生命的秘密，但是，生命的复杂度还是远远超出我们的想象，它的进化历程究竟还有多少不可思议之处呢？人类了解自身的渴望从未像现在这样表现得如此强烈，也如此自信。■