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在读取基因密码这方面，你们中有些人可能听说过我们过去几年在“魔法师二号”（Sorcerer II）上的探险，我们在上面用霰弹测序法（shotgunsequencing）为海洋微生物测序。我们用上了为测序人类基因组而使用的同样的工具，而且我们可以在任何环境下利用这些工具。我们可以挖出一些土壤，或者从池塘里取一些水，就能在人们甚至未曾想象的规模上探索生物学。
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如我们渐渐所知道的那样，微生物学的世界建立在有100年之久的技术之上，我们来看看在这种文化里将生长出什么来。大约只有0.1%微生物有机体可以利用传统技术在实验室里培养出来。我们当时决定直接进入DNA的世界，用霰弹测序法来看看那里有什么，把简单的过滤海水的技术应用到不同尺度的事物上，并且对那上面的所有事物进行测序。
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比如说，我们发现海洋上半部分的几乎所有微生物有机体都有光感受器，就像我们眼睛里的一样。我们知道那里有一两个和细菌一样的视网膜紫质，但是人们通常认为那是稀少的分子。事实证明，它可能是这个星球上最大的基因家族之一。它和我们眼睛里的基因家族一样，就像我们自己的视网膜紫质和视色素。只是这些有机体不仅会捕捉光线信息，它们还会将捕捉的光线转化为细胞能量，但这并不是光合作用，它是一个完全不同的机制。当我们准备去环绕百慕大的马尾藻海时，所有航海的微生物学家都告诉我们，那里什么都没有，那是一个荒漠，我们找不到多少有机体。而我们仅在一桶海水里就找到了成千上万的有机体。他们说他们找不到任何东西的理由是那里没有营养物，他们说：“没有营养物，因此就没有生命。”事实证明，那些有机体并不需要营养物，因为它们的能量直接来自阳光。
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塞思·劳埃德：你是否想过，也许视网膜紫质最早的功能就是为了获取能量？
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克雷格·文特尔：很有可能。而且它是为了适应视色素，因为它是识别光线的分子。另一方面，我们现在发现了数千种新的视网膜紫质，其中所有的蛋白质，都由单个氨基酸残基决定接收器能看到的光的波长。在基因密码里，单个碱基变换就能改变氨基酸，而氨基酸负责接收器能看到的光的波长。改变基因密码里的一个碱基，就可以改变被看到的光的颜色，比如说从蓝色改变为绿色。
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当我们回过头来，看那些不同的视网膜紫质分子的分布时，我们发现，它们是完全基于海水的颜色分布的。在马尾藻海深靛蓝色里的有机体，其光感受器会看到蓝光。当你进入沿海水域，那里有大量的叶绿素，所以它们就主要看到绿色。于我而言，这是经典的达尔文主义式子的选择。单个碱基决定了在蓝色与绿色之间的转换，而且不论光的波长是多少，它很清楚地提供了那个环境里的生存优势。
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只要看看种群数量，最后就能看出，在蓝色与绿色之间的转换至少出现了4次，并且来回往复。因此，一方面，这看起来像是达尔文主义思考方式的经典改善。另一方面，在每一类的16S rRNA下面，我们实际上拥有上百到上千种不同的细胞、不同的基因组，那么它们是不同的物种吗？
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这就是我在研究的物种和正在探索的生命的各种定义，我最近一直把我的职业生涯投诸在这上面。最后证明，那些多样的有机体相互之间分享了大多数的基因内容，大多数基因顺序都保存得很好，但是序列的差异在不同的细胞类型中高达60%。根据经典的达尔文主义，情况不应该这样，任何人都没有预测到是这样的结果。事实应该是，一个或者几个物种存活下来，而其他所有物种灭绝。
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最终，事实证明，有很多古老谱系的生物平行地存在着，实质上它们是相互等同的，但也没有完全等同。
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也许它们拥有相同的碱基变换，只是一个可以看到蓝光而另一个可以看到绿光。我们看不到这些，因为我们不知道所有其他分子转换变动的含义。我被迫用“物种”这个术语，因为没有更好的常用词了，但是“物种”是一个很模糊的术语。这是一种存在紧密联系的有机体的群体，就像人类种群是一个紧密联系的有机体的群体一样。如果有一个新物种，它有一个碱基变换，它可以看到蓝光而不是绿光，这就是表型的差异，一种生存上的差异；它与有性繁殖无关，但是它与基因信息的变化顺序大致相同。
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我要更多地以基因为中心来思考生命，而不是以基因组为中心，尽管它是一种振荡。当我们讨论移植工作时，“以基因组为中心”变得比“以基因为中心”更加重要。从“魔法师二号”中1/3的探险来看，我们差不多发现了600万种新基因，这差不多是我们几个月前放进公开数据库里的两倍。现在我们在这座星球上发现的也就是冰山的一角。我们现在处于基因发现的线性阶段，也许是在独特生物实体的线性阶段，如果你称之为“物种”，我想最终我们可以拥有含有整个星球上全部基因的数据库。但有一个问题是，我们是否可能从这个数据集里回溯推断，然后描述我们最近的共有的祖先呢？我并不认为我们只有单个的祖先。这种观点对我而言是反直觉的。我想我们可能有上千个共有的祖先，但这些祖先并不一定有很多共同之处。
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你可以综合起来考虑的另一件事情是：有的有机体可以从长时间飞行中存活下来。它们可以承受数百万拉德的离子化辐射，它们可以完全脱水，当接触到一个水源，它们就修复基因组并且开始重新复制。因此，如果生命可以在宇宙里穿行的话，你就可以潜在地看到一个持续60亿～80亿年之久的进化事件，而不是30亿～40亿年的进化事件。当我们将其他星球和星系上可能存在的生命考虑在内的时候，就给事物增加了很多维度。我们每年和火星会交换大约100公斤的物质，同时我们也在交换生物物质和生物信息。对我而言，在火星上发现生命只是时间问题。这是不可避免的。但它不会告诉我们，这个生命是源于火星还是源于地球，它们将会进行很平常的交叉重叠。我们还不知道那些问题的答案，是因为我们不知道我们整个星球上的全部基因，我们还处于整个探索的最初阶段。对此，有进化方面的事情，也有生命起源方面的事情，这就很令人好奇了。
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我的事业早期的内容是，试图创造出神经递质接收器的定向位点的基因突变，改变单个碱基对，并研究在新改变了的蛋白质里的功能变化。现在，你只要去我们的基因集数据库里，就可以看到单个基因的35 000个变异，这些基因是我们已知存活下来并还在自然界里工作的。用另一种视角看世界，你就会改变实验方法。这个新数据集给予了我们一个神奇的新的基因编目，只要你将那些基因看作未来设计的组成成分。
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对我来说，这些都是从1995年开始的，当时我们给最初的两个活体基因组测序。其中一个是流感嗜血杆菌，另一个是生殖支原体。生殖支原体只有550多个的基因，流感嗜血杆菌有1 800个。这是我们第一次对活的有机体进行比较基因组研究。我们开始提出一些简单的问题，比如说，如果一个物种需要1 800个基因，而另一个需要550个，这些物种可以凭借更少的基因存活下来吗？你能给生命定义最小的基因操作系统吗？我们可以在基因层面定义生命吗？很明显这些都是很幼稚的问题，但是科学共同体对生物化学和基因组学的看法也很有限。比如说，当我们发布了流感嗜血杆菌的基因组时，斯坦福大学一位著名的生物化学家说，很明显我们组装错了，因为它并没有一个完整的三羧酸或者柠檬酸（TCA）循环，而每个人都知道所有有机体都有一个完整的糖酵解途径和一个完整的TCA循环，而流感嗜血杆菌只有半个。
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罗伯特·夏皮罗：所以说它不是一个有机体？
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克雷格·文特尔：不是，他们因此假设我们在测序和组装上犯了一个错误。现在我们看到了世界上所有的基因编目，比如说，我们测序的第三个有机体是首个古生菌，是和卡尔·沃斯一起做的。这个古生菌是詹氏甲烷球菌，它既没有三羧酸循环也没有糖酵解途径。它的所有能量是通过甲烷生成的；它用氢做能量源，把二氧化碳转变为甲烷。二氧化碳是细胞里所有碳分子的碳源。
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戴森说可以把新陈代谢与繁殖分开，他的说法当然没错，而且我们插入了至少20种不同的分子来进行新陈代谢。没有一个普遍适用的基因密码可以作为一个操作系统；它可以在生产甲烷、葡萄糖代谢或者无氧代谢中做出一个选择，或者在无氧代谢、氧化代谢和其他方法中做出选择。所以幼稚地假设我们可以定义一个操作系统，很明显这是白费功夫。最初我们尝试减少生殖支原体里的基因，来看看我们是否可以获得一个最小的基因组。我们一次只能减少一个。按照一次减少一个的速度，我们减少了100个基因，但是这并没有告诉我们答案，当你减掉100个基因后，你得到的仍然是一个活的细胞。但是我们还学到了其他东西：比如说，生命的本质其实是一个相对的说法。我们可以获得在一个环境下对生命至关重要的基因，但它在其他环境里却不是至关重要的。我举的最简单的例子是，生殖支原体里有两个进行糖分转移的基因：一个是左旋糖，一个是葡萄糖。作为媒介，这两种糖都有，而如果你减掉其中一个转移基因，你就可以说它们不是至关重要的基因了，因为细胞依然活着。如果你只有葡萄糖作为糖分媒介，而你减掉葡萄糖的转移基因，这个细胞死掉了，你就可以说：“这是一个至关重要的基因！”所有这些都是定义性的，是基于基因密码和环境的。
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现在，我们的关注点都集中在基因密码上面，因为它是我们可以定义的事物，而环境有如此多的量级，要定义环境就复杂多了。但是对于只有100个基因的细胞，我们依然有这种困难。作为人类，我们有100万亿个细胞，其中有约23 000个基因，还有无数个组合，所以比起定义单个细胞的环境，要去定义我们自己的环境就要复杂得多。我们认为，回答这些问题的唯一途径就是去制造一个合成染色体，去理解最小的细胞生命。
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在1995年，我们做了一些简单的实验去制造φX174病毒基因组。在这个实验里，我的同事哈姆·汉密尔顿·史密斯（Ham Hamilton Smith）发现了限制性内切核酸酶，从而让他在1978年获得了诺贝尔奖，还有克莱德·哈奇森（Clyde Hutchison），他在费雷德里克·桑格（Frederick Sanger）的实验室里测序φX174，他也是定位诱变的发明者之一。我们想我们只要合成一组重叠的小寡核苷酸，用一个复制酶使它们一起被核酸退火后能与互补的核酸结合，这样我们就能获得完整的基因组。我们决定从φX174开始做，因为它的历史价值，还因为它里面只有几个碱基对可以变异，并且依然能获得一个功能病毒。我们想这将是一个真实的测试，因为你必须精准地合成，才能从中获得一个功能病毒。尽管我们可以根据传染性来选择，这给我们提供了100万到1 000万倍的选择，而且我们还有完整长度的基因组分子，但是没有一个能存活。
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我把“切实可行”这个词用到病毒身上，其实这并不精确。我们还不清楚一个存活的细菌是什么样的，但是它一定可以感染一个细胞，并且能够开启复制机制。同时，我们决定，如果唯一的方法就是去合成一个基因组然后去修改它，我们想去创造新的生物体或者前所未有的物种。
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你可以减掉一个基因，在分子生物学中，一个碱基对差异就足以产生新事物是很常见的，除非，我们可以尝试从中设计新事物。所以我们邀请了宾夕法尼亚大学的阿瑟·卡普兰（Arthur Caplan），带着他的医疗伦理团过来看看我们的实验，他的团队有各个主要宗教人士，请他们来看看在实验室里合成生命是否可行。基本上，经过了一年半的研究，没有一个宗教团体反对这件事，因为他们在圣典里找不到任何不能这样做的字眼。事实上，他们大多数提出了与“玩弄上帝”相反的词，而在这个问题上新闻媒体总是说“玩弄上帝”之类的事情。各个重要宗教基本都说，他们所宣扬的人道主义，你要努力利用知识去造福人类。1999年，他们在《科学》杂志上发表的报告指出，我们所做的事情以及我们的方法都是合乎情理的，而且我们应该对其进一步推进。对生物恐怖主义者来说，我们的研究存在的唯一危险是，恐怖分子会试图利用我们的技术制造生物武器。
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塞思·劳埃德：这很有意思。所以实际上你们是从建造一个人造有机体的视角，去进行人类基因组测序的。
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克雷格·文特尔：它们是平行的路径，两条路并不相关。我不希望你做出这种思想上的跳跃。
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塞思·劳埃德：但是你们在尝试合成生命啊，为了测序你就要停止这样做。
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克雷格·文特尔：没错！所以基本上是从2002年开始，我们去全面寻找合成基因组的方法。我们重新回到φX174，哈姆和克莱德又带来了新的方法来纠错和改善合成。DNA合成是一个变性过程，你创造的分子越长，其中的误差也越多。在化学合成器之外进行合成并得到确实很精确的分子，这在目前看来几乎是不可能的。
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