理论教育 大自然不遵守法则,人类六万年的基因历史

大自然不遵守法则,人类六万年的基因历史

时间:2023-11-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:显然,劳斯错了,RNA病毒重写细胞违反分子生物学中心法则。非常遗憾,1960—1970年的一系列发现证明:大自然不遵守大自然的法则——大自然根本不在乎什么分子生物学中心法则。生命的形式绝不是那么简单,那么绝对,那么遵循“大自然法则”。这种通过病毒传染的肿瘤比较少见,大部分恶性肿瘤的产生源自基因突变的累积。大多数病毒都心怀慈善、自我约束,绝对不做伤害自己宿主的愚蠢事情。

大自然不遵守法则,人类六万年的基因历史

1909年,一个农民带着一只鸡来到位于纽约长岛曼哈顿洛克菲勒大学(Rockefeller University)。这所大学当时名称为Rockefeller Institute,是石油巨头洛克菲勒捐赠创立的私立大学。这所大学先后诞生了24位诺贝尔奖获得者。

这只鸡病了,它的右侧胸部长出可疑的肿瘤。当时这种肿瘤正在肆虐美国,很多农民因为可能损失养鸡场而焦虑不安。

佩顿·劳斯(Peyton Rous)负责诊断这只鸡的肿瘤。他没有治疗这只鸡,而是杀死这只鸡,提取出含有肿瘤细胞的液体。劳斯估计,肿瘤细胞里可能含有某种微生物。他把这种液体注射到另外一只鸡的胸部,第二只鸡很快也出现了肿瘤。

劳斯继续重复实验,六个月里,一个又一个鸡肿瘤出现了。

劳斯困惑了。他在霍普金斯医学院学习时,知道病毒可以传染疾病,但是肿瘤不会传染。但是他的实验只有一个结论——病毒在传染肿瘤。他无法相信这个荒谬可笑的结果,但是,他还是发表了这个结论。

劳斯的发现,用现在的术语表达就是病毒通过RNA传染癌症

科学界很快忘记了劳斯的这个论文。虽然后来也有人偶尔发现病毒与肿瘤之间的联系,但是其他新发现很快又掩盖了这类发现。但是人们对于病毒的原理也越来越清楚——它们利用细胞制造它们自己。

1958年,DNA结构的两个发现者之一,弗朗西斯·克里克(Francis Crick)发布了著名的“分子生物学中心法则”(Central dogma of molecular biology)。这个中心法则的主要含义是:DNA制造RNA制造蛋白质(DNA makes RNA makes protein)。

显然,劳斯错了,RNA病毒重写细胞违反分子生物学中心法则。

非常遗憾,1960—1970年的一系列发现证明:大自然不遵守大自然的法则——大自然根本不在乎什么分子生物学中心法则。支持克里克的其他诺贝尔奖获得者也都错了。生命的形式绝不是那么简单,那么绝对,那么遵循“大自然法则”。人类对于生命,仍然一无所知。

例如,病毒的逆反方向翻译和复制也是可能的,HIV病毒就是一个最好的例子。深谙遗传技术的HIV病毒可以熟练地操控DNA,哄骗被感染的细胞把病毒DNA塞进细胞的基因组。也就是说,这些HIV病毒把细胞搞糊涂了,不知道制造的是“他们的”DNA还是“我们的”DNA。于是,HIV这类RNA病毒摇身一变成为人类的DNA,患者的艾滋病(AIDS)于是变得不可收拾——人类的免疫系统搞不清楚马奇诺防线的哪一边是敌军了。

分子生物学的中心法则(Central dogma of molecular biology)示意图

很多科学家猜测,在演化历史上,RNA出现的时代比DNA更早。

1986年,另一位诺贝尔奖获得者沃特·吉尔伯特(Walter Gilbert)首先提出“RNA世界假说”(RNA world hypothesis),因为RNA可以自己制造自己。这个假说得到很多科学家的支持,其中包括另外几位诺贝尔奖获得者。

这些理论得到了继续演化,地球从RNA世界逐步演化到今天的“DNA-RNA-蛋白质世界”(DNA,RNA and protein world)。在这个新的世界里,结构稳定的双链DNA最终“降伏”了活泼好动的单链RNA,作为自己的信使传播制造蛋白的遗传信息等等。(www.daowen.com)

荷马史诗不能总是口头流传,必须经由“稳定”的文字记述才能世世代代流传下去。DNA就是荷马史诗的永恒不变的文字内容,RNA多才多艺、声音惟妙惟肖、姿势活龙活现,大家一起保留了历史。

如果顺序搞反了,细胞制造的就不是原来的DNA,而是病毒的DNA。1909—1911年,劳斯发现的正是这种病毒之一。这些病毒被注射进鸡的体内以后,它们“欺骗”鸡的细胞进入核DNA,然后复制的都是这些病毒的DNA。最后复制速率不可控制,疯狂地增殖形成恶性肿瘤。这种通过病毒传染的肿瘤比较少见,大部分恶性肿瘤的产生源自基因突变的累积。

劳斯的论文在当时默默无闻,整整55年之后,他的发现才得到各种新证据的证明。这种感染癌症的病毒最后以他的名字命名为劳斯肉瘤病毒(Rous sarcoma virus)。这种病毒正是逆转录感染:先从RNA感染DNA后,再返回来制造蛋白,然后不断繁衍复制。

当时,劳斯也不明白为什么病毒会传染癌症?他猜测也许病毒释放某种毒素导致癌症。但他坚信自己的研究,他的坚持在55年后得到公认。

1970年,获奖4年后,劳斯去世,享年90岁。他去世以后,被大批年轻的微生物学家视为崇拜的偶像。劳斯因为一只鸡获得诺贝尔奖,他也是等待诺贝尔奖时间最长的一位科学家——整整55年。

2000年,人类基因组工程完成以后,生物学家发现:不到2%的基因是编码遗传基因(即编码制造人类的蛋白质);超过8%以上的基因是病毒细菌的基因。

超过98%以上的非编码基因作用不明,有待继续研究;换句话说,细菌病毒基因数量是人类遗传编码基因的整整4倍以上。所以很多生物学家开玩笑说:“人类基因组工程是不是命名不当?”

1966年,在他的女婿获得诺贝尔奖三年之后,佩顿·劳斯本人也获得诺贝尔奖

这是怎么回事?

从病毒的角度来看,殖民到动物的DNA是理所当然的。很多病毒狡猾奸诈不择手段,通过逆转录导致癌症或疾病,例如艾滋病毒(AIDS)。但是,并非所有病毒都是害虫。大多数病毒都心怀慈善、自我约束,绝对不做伤害自己宿主的愚蠢事情。有一些深谋远虑的病毒干脆进入宿主的精子或卵子,随之进入宿主的后代的体内,世世代代存在下去。还有一些无害的病毒,甘当宿主的对敌作战“工具”——宿主可以直接利用它们打击入侵者,它们也便成为人类免疫系统的成员。这个道理其实非常简单:赌场喜欢雇用精明的发牌员,电脑保安公司喜欢雇用黑客高手,因为他们知道如何战胜对手。我们进入农业时代之后,又获得很多其他病毒作为开关,比如放出一些酶,消化各种小麦玉米碳水化合物

在我们体内,这些病毒、细菌、原生生物基因无处不在,操控着人类演化的方向盘,它们构成的无数开关和调节器控制着人体的活动和大脑的思维。

基因的变化并非只有这些:人类DNA的大约一半是机动DNA(mobile DNA)或曰跳跃基因(jumping DNA),有的转位子基因(transposon,又称Transposable element)的长度甚至达到300个碱基。这些基因的位置和功能是可以转换的。首先发现这些基因特性的芭芭拉·麦克林托克(Barbara McClintock,1902—1992)最初不被人们接受,直到32年之后,她才得到承认。1983年,麦克林托克获得了诺贝尔奖。

那么病毒细菌基因是否仅仅占人类基因组的8%呢?现在还不清楚。很多科学家承认:“我们对于我们人类这一物种的整体认识,可能都错了。”

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