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1700170230 这些核糖体生物有一个很大的问题:RNA是不稳定的物质,在数小时内便会分解掉。如果这些生物到了热的地方,或是长得过大,将面临遗传学家所说的错误灾难,即基因信息的迅速衰减。RNA通过反复试错演化出了一种全新且更为强韧的类型——DNA,以及一种从中复制RNA的系统,此系统包含有一台被我们称为原核糖体的设备。它必须工作高效且务必精准。因此,它在遗传复制过程中将每三个字母编成一组,在效率和准确度方面都更好。每个三联体都带有一个由氨基酸制作的标签,以使原核糖体更易识别。后续,这些标签结合在一起形成蛋白质,而包含三个字母的词则成为蛋白质的一种编码形式,即遗传密码。(如今,遗传密码子由包含三个字母的词组成,每个密码子均对应着20种氨基酸中的特定一个,而氨基酸是蛋白质的合成材料。)由此诞生了一种更为复杂的生物,它将遗传成分存储在DNA上,依靠蛋白质来工作,并用RNA将DNA和蛋白质联结起来。
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1700170232 这种生物称为“Luca”,是指地球生物最原始的共同祖先。她长什么样,住在哪里呢?常见的回答是,她看起来像细菌,可能是生活在温泉旁温暖的池塘中,或是在海洋泻湖里。在过去几年里,大家更倾向于认为她的生活环境险恶,因为很明显,陆地和海洋下面的岩石中充斥着数以十亿计的化能自养型细菌。“Luca”如今通常生活在地底深处,炽热的火成岩裂缝中,以摄入硫、铁、氢和碳为生。时至今日,生活在地球表面的生命只是九牛一毛。地底深处的嗜热菌的有机碳总含量是地表生物圈的10倍,也许正是它们生成了我们所说的天然气。[9]
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1700170234 不过,要想找到最早的生命形式,存在概念上的难题。那时,大多数生物都无法从父母那里获得基因,但并非总是如此。即便是现在,细菌也可以仅通过摄食其他细菌来获取基因。曾经可能存在着广泛的基因交换,甚至是基因窃取。在久远的过去,染色体可能多而短,每条染色体只有一个基因,很容易丢失或获得。卡尔·乌斯(Carl Woese)指出,如果是这样,那么该生物还不是一个持久不变的实体,只是一个临时搭伙的基因集合。因此,最终出现在我们所有人体内的基因可能来自许多不同的“物种”,试图将其分门别类是徒劳的。我们并非起源于唯一的祖先“Luca”,而是起源于携带有遗传信息的“生命共同体”。乌斯说,生命的来源在事实上可考,从系谱上却无法推导。[10]
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1700170236 你大可以将“我们都是社会的产物,而非某个物种的后代”这样的论调看作宣扬全局意识的模糊哲学,这让人感觉良好,抑或是将其视为对自私基因理论的有力证明:那时基因之间的博弈相较今天而言可谓有过之而无不及,它们把生物体当作临时战车,仅形成短暂的联盟。而如今,更多的是团队合作。你觉得呢?
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1700170238 即便曾有很多个“Luca”,我们仍可推测它们居于何地以及以何为生。这是有关嗜热菌的第二个问题。三位新西兰人发表于1998年的调查结果很有意思,得益于此,我们开始认识到在每本教科书中都可见到的生命之树,是倒过来的。这些书都认为最初的生物就像细菌那样,是具有一个环状染色体的简单细胞,而所有其他生物都是由一群细菌联合在一起而形成的复杂细胞。真相很可能恰恰相反。最早出现的现代生物可能不像细菌,也没有生活在温泉或深海火山口中。它们更像是原生动物:基因组是由几条线性染色体,而非一条环形染色体组成,是“多倍体”,即每个基因都有以助纠正拼写错误的多个备份。此外,它们原本喜欢凉爽的气候。正如帕特里克·福泰尔(Patrick Forterre)长期以来一直声称的那样,现在看起来细菌好像是在有了DNA和蛋白质之后很久才出现的,是“Luca”的后代,功能高度异化,结构高度简化。它们的诀窍在于丢弃RNA时代的许多装备,从而得以生活在炎热的地方。而我们却在自己的细胞中保留了“Luca”的原始分子特征,这么说来,细菌比我们更为“高度演化”才是。
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1700170240 分子“化石”的出现为这一奇想提供了佐证:人类细胞核中的一些RNA(向导RNA、穹窿体RNA、核小RNA、核仁小RNA、自剪接内含子),做着类似于将自身从基因中切除的事情,好似没啥用处。细菌中就没有,这种机制与其说是我们人类发明的,倒不如说是细菌所废弃的。(令人惊讶的是,除非有其他的理由,否则相较复杂的解释而言,科学界更倾向于认为简单的解释可能性更大。这一原理在逻辑上称为“奥卡姆剃刀”。)细菌在进入诸如温泉或温度可高达170°C的地岩等高温环境时,精简装备,丢弃了这些看似可有可无的RNA,以最大限度地减少由高温引发的问题。摈弃掉这些RNA后,细菌发现在诸如寄生和食腐等环境中,它们的新式高效细胞装备使其得以在“贴身肉搏”时占据繁殖速度优势。人类保留了这些古老的RNA,尽管这些上古装备不再发挥作用了,但残骸依旧,从未被完全剔除。细菌世界竞争激烈,得靠简单快速才能取胜。不同的是,我们(所有动物、植物和真菌)从未遭遇过如此激烈的竞争,以致更倾向于变得复杂并拥有尽可能多的基因,而非使用高效的细胞装备。[11]每个生物中的三联体密码子都是一样的。CGA代表精氨酸,GCG代表丙氨酸——无论是在蝙蝠、甲虫、山毛榉,还是在细菌中,都是如此。甚至对于生活在大西洋海面以下数千英尺[3]的沸腾硫磺泉中的古细菌(名字具有误导性),或在那些被称为病毒的蜿蜒曲折的微囊里,亦是如此。无论在世界上的任何地方,无论看到的是哪种动物、植物、昆虫或其他东西,只要是活物,使用的都是同一套密码子和对照表,所有生命无一例外。除了一些微小的局部改变外(主要发生在纤毛虫内,具体原因未知),所有生物的遗传密码均是相同的。我们都使用完全一样的语言。
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1700170242 这意味着创世纪只有一次,生命是在这唯一的创世纪里被创造出来的(宗教人士或会认为此论据铿锵有力)。当然,生命也可能诞生在不同的星球上,并由宇宙飞船播种到地球,抑或起初有着成千上万种生命形态,但只有“Luca”能在贫瘠得一无所有的原始汤中幸存下来。然而,直到20世纪60年代破译了遗传密码,才得以知晓:万物归一。海藻是你的远亲,炭疽杆菌是你的尊长。生命是统一的,这是从经验中得出的事实。伊拉斯谟·达尔文有个论断与此异常相近:“所有有机生命均起源于同一种有生命的丝状物。”
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1700170244 通过翻阅基因组这本天书,可以得到一些简单的事实:生命具有的统一性,RNA的重要性,地球上最早生命的化学特性,以及大型单细胞生物可能是细菌的祖先(而非反过来)。由于缺乏40亿年前有关生命的化石记录,我们只得仰仗基因组这本天书。小指细胞里的基因是第一个复制分子的嫡系后裔。通过数以百亿计的复制,才有了如今身上承载着可追溯往昔峥嵘岁月的数字化信息的我们。如果人类基因组能够告诉我们有关原始汤中发生的事情,那么对于接下来的40亿年中会发生些什么,我们将知晓得更多。人类基因组实质上就是用遗传密码书写的人类历史。
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1700170246 [1] 1英里等于1.609 344千米。——编者注
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1700170248 [2] 维吉尔,被奉为罗马的国民诗人,是古罗马最伟大的诗人之一,写过史诗《埃涅阿斯纪》;荷马,相传为古希腊的吟游诗人,创作了影响深远的《荷马史诗》。——译者注
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1700170250 [3] 1英尺=0.3048米。——编者注
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1700170255 基因组:生命之书23章 [:1700169970]
1700170256 基因组:生命之书23章 2号染色体 物种
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1700170258 人,即便拥有世间一切高贵品质,那深埋在躯体之下的卑微烙印,也永不磨灭。
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1700170260 ——查尔斯·达尔文
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1700170262 有时真相近在眼前。直到1955年,人们还一致认为人类有24对染色体。大家都想当然地觉得这是铁板钉钉的事情,是因为在1921年,一位名叫西奥菲勒斯·佩因特(Theophilus Painter)的得克萨斯人将因为精神失常而受虐自宫的两个黑人和一个白人的睾丸制成了薄切片,用化学试剂进行固定,并在显微镜下进行观察。佩因特试着数了数这几个倒霉蛋的精母细胞里那些缠成一团的、不成对的染色体,最后得出了24这个数。他说,“我相信这数字是正确的”。之后,其他人又用别的方式重复了他的实验,所有人都认为就是24对。
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1700170264 30年来,没有人对此“事实”提出过异议。为此,有一组科学家放弃了对人类肝细胞的研究,因为他们只能在细胞中找到23对染色体。另一位研究者发明了一种分离染色体的方法,但他仍然认为自己看到的是24对。直到1955年,一位名叫蒋有兴(Joe-Hin Tjio)的印尼华人从西班牙去往瑞典与艾伯特·莱文(Albert Levan)一起共事时,真相才浮出水面。蒋有兴和莱文使用更为先进的技术,清楚地看到了23对。他们甚至回过头来在一些书的照片里数出了23对,尽管照片下面的文字标注说的是24对,真是睁着眼睛说瞎话。[1]
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1700170266 人类并没有24对染色体,这着实令人惊讶。黑猩猩、大猩猩和红毛猩猩都有24对染色体。在猿类中,我们人类是个例外。在显微镜下,我们人类和其他所有猿类最明显的区别就在于我们少了一对染色体。很快就发现,其原因并非人类缺少一对猿染色体,而是两个猿染色体在我们体内融合在了一起。实际上,人类的第二大染色体——2号染色体,是由两个中等大小的猿染色体融合而成的,这可以从相应染色体上的黑色条带的图案中看出。
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1700170268 教皇约翰保罗二世(Pope John Paul II)在1996年10月22日给教宗科学院的致辞中指出,祖猿与现代人类之间存在着“本体论的非连续性”,即上帝将人类灵魂注入了动物的骨子里。因此,教会可以与演化论达成和解。可能是当两条猿染色体融合在一起时,产生了本体的跃迁,而灵魂的基因就处在2号染色体中间附近。
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1700170270 尽管教皇这么说了,但人类绝非演化的巅峰。演化无终无极,亦没有高下之分。自然选择不过是生命形式发生改变以适应物理环境和其他生命形态的过程。生活在大西洋海底硫黄喷口的黑烟囱菌,源自“Luca”时代结束后不久就与我们祖先分道扬镳的一个菌群,起码在基因水平上,可以说它比银行职员在功能上演化得更为彻底。由于它的代际更迭时间较短,因此有更多的时间来完善其基因。
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1700170272 本书专门探讨人类这个物种的情况,但并不是说该物种是最为重要的。人类当然很是独特。在他们的两耳之间,有着地球上最为复杂的生物机器——大脑。但是复杂并不代表万能,亦非演化的目的。地球上每个物种都是独一无二的。可以说,世界上最不缺的就是唯一性了。尽管如此,我仍要在本章中探讨这种人类的独特性,以发掘我们这个物种特质的成因。请原谅我的狭隘。起源于非洲的无毛灵长类动物,曾繁荣一时,不过它们的故事却也只是生命史上的过眼云烟。然而在无毛灵长类动物的历史中,却是至关重要的。那么,我们人类这个物种的独特卖点(selling point)到底是什么呢?
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1700170274 人类对于适应环境很是在行,或是整个地球上数量最多的大型动物。全世界共有约60亿人,其生物量总计达3亿吨。那些在数量上达到或超过人类水平的大型动物,要么是那些被我们驯化了的动物,如牛、鸡、羊。要么是依靠人为生境才得以生存的动物,如麻雀和老鼠。相比之下,世界上只有不到1000只山地大猩猩,即便在人类开始屠杀它们并毁坏其栖息地之前,其数量可能也不到目前的10倍。而且,人类这个物种在不同的生境,无论冷或热、干或湿、高或低、海洋或沙漠,均具有强大的生存能力。除人类之外,只有鹗、仓鸮和粉红燕鸥是在除南极洲以外各洲均能大规模繁衍生息的大型物种,不过它们的栖息地都太过受限。毫无疑问,人类为适应各种生态环境付出了高昂的代价,我们注定大难将至:作为成功物种,我们对未来持悲观态度。不过到目前为止,我们还算成功。
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1700170276 然而,一个异乎寻常的事实是,人类经历过一长串的失败。人类是猿类的后代,而猿类在1500万年前与“更强”的猴子展开竞争时落了下风,几近灭绝。人类是灵长类的后代,而灵长类哺乳动物在4500万年前与“更强”的啮齿动物展开竞争时落了下风,几近灭绝。人类是合弓纲四足动物的后代,而此爬行动物祖先在2亿年前与“更强”的恐龙展开竞争时落了下风,几近灭绝。人类是远古叶鳍鱼的后代,在3.6亿年前,在与“更强”的辐鳍鱼的竞争中落了下风,几近灭绝。人是脊索动物,在5亿年前的寒武纪与“更强”的节肢动物展开竞争时,侥幸活了下来。不得不说,我们最终适应环境存活下来,实属意外。
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1700170278 在“Luca”之后的这40亿年里,这个“词”变得越来越适于制造理查德·道金斯(Richard Dawkins)所说的“生存机器”:大型的、由血肉浇筑的生物体,擅长减小局部的熵以更好地在体内进行基因的自我复制。它们是通过一次次郑重而繁杂的试错过程,即所谓的自然选择来做到这一点的。数以万亿计的生物体被造出来,历经重重检验,只有那些适应日趋严苛生存条件的生物体,才得以繁衍下去。起初,这只是一个简单的化学效率问题:最好的生物体是那些能够找到将其他化学物质转化为DNA和蛋白质的途径的细胞。这一阶段持续了大约30亿年。其他星球上的生命在那时是什么样子我们不得而知,但在地球上,生命仿佛就是在不同种类的变形虫之间来回拉锯。在那30亿年间,存活过的单细胞生物不计其数,每个生物在短短几天内就得历经繁殖和死亡。循环往复,不断试错。
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