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之后有更长一段时间,我专注于灭绝的动物。我们首次给猛犸象、袋狼、新西兰恐鸟化石做了DNA测序。我们不需要处理DNA受到污染的问题,因为那些灭绝动物所处的环境并不像现在那么复杂,现代人类的DNA可以轻易地和它们区别开来。
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利用一些新出现的技术能力,我开始实现解决埃及学中难题的梦想。其中一个大梦想就是去解决人类的专门问题,同时又与其他的生命形态相关联的问题,比如语言问题。所以,几年之前当确定FOXP2基因时,我们深感激动。这是人体基因中的一个变异,会导致说话困难,这种变异看起来发音的结构有关。其主要的难题与口腔和胸腔的肌肉控制有关:我们要控制发声线、舌头、嘴唇,并持续一毫秒才能发出声音。
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我们研究了那个基因的进化。我们发现,构成它的蛋白质的功能是开启和关闭体内其他基因的活动。这种蛋白质携带两个替换氨基酸,这种构造对人体而言很独特。在其他灵长目动物里没有发现这种情况,但却唯独出现在人的进化谱系中。
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现代人类中的FOXP2基因里的各种变异模式也说明,它受到一种积极的自然选择作用,而且有一种变异迅速传播到地球上的所有人类里。这就让人不由自主地去猜测,那些变异就是源于氨基酸的变化,而且它们影响了我们的发音能力。
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自从我们解决完变异问题,发现了一种单一的正向选择之后,我们又开始探索两个问题。一个问题就是观察尼安德特人,确定他们是否也有那些氨基酸变化。结果表明,他们确实也具有那些氨基酸变化,这一发现令我很震惊。就那些氨基酸变化与发音的相关程度而言,我们与尼安德特人共享了这一能力。当然,这只是很多基因中的一个而已,我们还不知道与语言和说话相关的其他很多基因也是如此。在说话能力上,可能有一些差异,但是还有很多未知情况,所以假设存在差异是说不通的。
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我们正在解决的另一个问题是,那些氨基酸差异是否重要。我们已经完成了利用实验鼠内生的FOXP2基因去培育实验小鼠,那并不是老鼠所特有的一种,而是与人类的FOXP2基因是一样的。过去两年里,我们全面分析了那只老鼠,并进行了各种实验。我们和合作者研究了这一老鼠身上的300多种特性,并经常将它和人为改变基因的老鼠相比较,这一被改变了基因的老鼠与其他自然生长的老鼠,原本是同一个母体所生的。我们直接将二者作比较,因为它们有同样的出生经历,同样的生长环境。我们关注的那300多种特性,在二者之间只有两项特性有显著不同。
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我不理解的一件事情就是,被人为改变基因的老鼠比自然生长的老鼠,在新环境里显得更加谨慎。比如说,如果它们去到一块空地,在那里,老鼠通常会感觉更加暴露自己和易受攻击,被人为改变基因的老鼠在一开始的几分钟会一直靠墙待着,而自然生长的老鼠会更加勇敢地进入空地。这一差异会持续4~5分钟,之后就没有区别了。我不知道该如何理解此事。
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另一个让我着迷和震惊的未解之谜是:那些老鼠发出的声音不同。我们是这样来检测的:当那些幼崽两周大的时候,让它们和母鼠分开;它们吱吱叫,母鼠就过来把它们重新带回窝里。我们可以在超声波范围里记录那些声音。我们和分析声波图的专家合作,发现它们的发声存在清晰而微妙的差异。这就支持了我的信念,那些变异与口咽之类有关的肌肉控制有关,也许还与人类的发声方式有关。但在人类与尼安德特人分流更早的进化时期,就已经发生了变异,所以这一变异是我们和尼安德特人共享的。
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当我们开始把聚合酶链反应应用到古代生物DNA的时候,我们很早就明白,其中存在一个很严重的问题,就是污染,特别是由现代人类DNA所造成的污染,因为这很普遍。这间屋子里的尘埃,很大程度上就是我们身体的皮肤碎片,它们包含着DNA,落在实验用品上,或者落在我们所用的化学物质上。这就是为什么我们从一开始就不去研究现代人类的DNA的原因,比如避免研究古埃及木乃伊。因为这几乎不可能证明你的成果是正确的。但有了尼安德特人,就有些不一样了,因为我们在线粒体DNA上有着明显的区别。
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当我们把高通量测序技术应用到现存的尼安德特人身上时,我们尝试了不同的技术。我们从最完整的来自克罗地亚的尼安德特人身上,提取了两个碎片,我们将一个碎片寄给了伯克利的埃迪·鲁宾(Eddy Rubin)团队,他们在培养皿里克隆了这一片。他们利用20世纪80年代的技术(但现在更有效率了)去给克隆体测序,从尼安德特人那里提取了6万~7万个碱基对。我们从同一根骨头上提取了另一片,并寄给了康涅狄格州“454生命科学”公司(454 Life Science)的创始人乔纳森·罗思伯格(Jonathan Rothberg),因为他从瑞典购买了对焦磷酸测序的专利。然后我们利用他们的技术进行了实验,事实证明这样更有效率。他们对约75万碱基对进行了测序。我们分析了那些不同的数据集,并在一周之内发布了两篇论文,一篇发表在由埃迪·鲁宾主导的《科学》杂志上,另一篇发布在由“454生命科学”公司主导的《自然》杂志上。
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当时我们与埃迪·鲁宾团队关系还有点紧张,因为他们原本打算继续在培养皿里使用克隆技术进行研究。但是在我看来,这明显不够有效率。他们创造的数据比“454生命科学”公司的要少10倍。但在“454生命科学”公司的数据库里存在污染。我们到现在也不知道污染物是从哪里进入的,因为两片提取物都是来自于我们专门为那块骨头准备的净化室里。最有可能的情况就是在“454生命科学”公司里进入的,因为当时他们正在给詹姆斯·沃森的基因组测序。如果詹姆斯·沃森和尼安德特人的基因组有轻微的混合,我一点都不会感到奇怪。
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2008年,我们在《细胞》杂志(Cell)发表了一篇论文,公开了完整的尼安德特人线粒体基因组,下文我们还会继续讨论这一点。我们宣称,我们在净化室里给那些基因序列做标记和测序的时候,我们都是把它们从净化室里拿出来,然后每一条序列都从这个小标签开始。这样我们就知道了,那些污染源确实是来自于我们的净化室。因为我们发现,当我们利用完少量DNA时,测序的机器上总有一些残留物。后来我们实验室发出了这则通告。
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接下来的大事就是,我们实验室的科学出版物发表了首份尼安德特人基因组的草拟版本。在哺乳动物里,我们唯一完成基因组测序的是人类和老鼠的基因。其他所有的物体都还只是草拟版本。尼安德特人的基因组也只是一个草图,并且从统计学的层面来看,基因组里的每一个核苷酸都有1.5倍的概率是能够吻合的。但这也意味着,基因组里还有约30%的基因序列还没被发现。但是首先我们可以给基因组做个概述。我们可以先确定,比如10万个碱基对,除此之外,平均而言,我们还能获得六七万的基因序列,并仔细检查基因组。要完全实现这一点,还需要对更多样本做更深入的测序工作。我们将在未来几年之内完成。
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人们问我,为什么我最后去了德国。就像人生中的很多际遇一样,这也是出于偶然。当我在伯克利的时候,我想要重回欧洲,当时我的女朋友是慕尼黑的一名研究生,所以我去看望她。而她的教授是一名优秀的遗传学家,他要我做一个报告,并且说一年之内他那里有一个职位,问我是否愿意申请。但我最后和那位女友分手了。不过事实证明,比起剑桥和瑞典的工作机会,那里的职位更好。我想:“虽然德国的生活方式并非是我梦寐以求的,但是我可以在那里待几年,做出优秀的成果,然后再去其他地方。”我觉得,愿意接触那些你从未当作天堂的地方,这是一种很好的态度。我在德国的经历比我之前料想的要好太多了,我在那里过得很愉快。当时有一个政治决策,在民主德国和联邦德国合并后,民主德国要和联邦德国有同样密度的研究所。我在德国六七年后,民主德国要成立一个新的马克斯·普朗克研究所,而我有幸参与了这个过程。
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德国人很乐意去提问,因为德国在那些研究领域特别薄弱。有充分理由表明,德国一个明显很薄弱的领域就是遗传学,还有人类学。马克斯·普朗克学会的前身是威廉皇帝学会,它在柏林有一个人类学研究所,在那里,约瑟夫·门格勒(Josef Mengele)被任命参与了大屠杀(1)。所以在1945年5月之后,马克斯·普朗克学会自然就完全绕开了人类学,这也反映在大学的课程设置里。第二次世界大战后,人类学作为一门学科完全没有威望,所以相应的质量也很低。
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比起美国,神创论在德国是一个更小的议题。我在这方面收到的大多数邮件和信件都来自美国,比来自德国的要多得多。那其中也不乏一些批评,约占来访信件的1/4。他们拒绝接受我们与尼安德特人、或黑猩猩有共同的祖先这一说法。但我还是要和宗教原教旨主义者共事,因为在我的实验室里,大多数研究生都来自于民主德国。到最后,我已经放弃和一些人争辩了,他们说:“上帝是万能的,任何我所见所想的都是上帝放进我头脑里的,是上帝让我认为,存在进化的证据。”我无法驳斥这一点。我无法理解,为什么上帝要以这种方式欺骗我,但如果是这样,那么我们不过是在研究上帝的骗局,对吗?我们和这个研究生达成共识,然后我们就在这样和平的假象里工作。
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这种情况在美国更常见,如果你参加进化论会议或发表演讲,就会有人组织起来抗议。在科学交流里,没有宗教的位置。科学必须保持自身的立场,宗教也要保持自身的立场。很明显,在今天宗教在地球上80%的人的生活中扮演着重要的角色。科学并不需要与之作斗争,但是在科学内部,没有宗教的立足之地。它们是两个不同的领域。我必须承认,在面对生存问题或生死抉择时,我会变得没有理性,并且以奇幻的方式思考。通常,当我们面对威胁到生命基础的问题时,我们会倾向于以宗教的、魔法的或非科学的方式来解决。因为这是人的一部分。
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2009年7月4日
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(1)约瑟夫·门格勒,人称“死亡天使”,德国纳粹党卫队军官司和奥斯威辛集中营的“医师”。他负责将囚犯送进毒气室杀死,并对集中营中的人进行残酷且科学价值不明的人体实验。——译者注
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生命:进化生物学、遗传学、人类学和环境科学的黎明 13 ON BIOCOMPUTATION 生物计算
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J. Craig Venter克雷格·文特尔顶尖基因组科学家,“人造生命之父”。
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Ray Kurzweil雷·库兹韦尔世界领先的发明家和未来学家,著有《奇点临近》《人工智能的未来》。
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Rodney Brooks罗德尼·布鲁克斯机器人专家,曾任麻省理工学院人工智能实验室主任。
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