都是染色体复制惹的祸

（文 / 袁越）

人们有个印象，总以为生命应该是完美无缺的。但有个科学家不信这个邪，她的名字叫做伊丽莎白·布莱克本（Elizabeth Blackburn）。她想搞清楚一个问题：染色体是如何保持长度的？

原来，当DNA复制的机理被搞清楚后，科学家们发现这套复制系统显得非常笨拙，每当复制到染色体末端的时候总会有一小段DNA注定会被漏掉。虽然这一小段DNA只有二十几个碱基对，比起动辄含有上亿个碱基对的染色体来说简直微不足道。但如果染色体使用这套系统长年累月地复制下去，势必会越来越短，直到消失。

当然，这件事没有发生，显然是哪里出了问题。那么，是不是染色体还有另一套更加完美的复制系统呢？这个解释能够满足那些相信生命完美的人，可惜事实证明他们错了。布莱克本发现每条染色体的末端都有一段没用的DNA，丢了也不会影响染色体的功能，这就是端粒。有了端粒的保护，染色体就可以继续复制下去而不会丢失重要信息。

不过，端粒再长也总有被耗尽的那一天，这就是为什么细胞复制不能无限期进行下去的主要原因。那么，那些需要无限期复制下去的细胞（比如干细胞）怎么办呢？为了解决这个难题，生命又进化出了一个看似很笨的办法：用端粒酶来修补被磨损的端粒。

生命用一种看起来很笨拙的方式解决了这个难题，其代价之一就是癌症。通常情况下，体细胞内是没有端粒酶的，于是细胞分裂次数超标后端粒就会被磨损殆尽，细胞便自动死亡了。但癌细胞想办法激活了自己的端粒酶，不断修补端粒，终于使自己获得了无限繁殖的能力。

这个故事的结局是完美的。布莱克本以及另外两名做出重要贡献的科学家因为找到了这个染色体复制难题的答案而获得了今年的诺贝尔医学和生理学奖。

这个发现是在上世纪80年代做出的。后来又有人运用同样的思路解决了另一个类似的难题。

这就要从Y染色体说起啦。众所周知，Y染色体是男人的象征。每个男人都有一个X和一个Y，女人则有两个X。X染色体有1.5亿个碱基对，几乎和其他22条染色体一样长，但Y染色体就比较短，只有6000万个碱基对。

X和Y不但长度不一，内容也几乎完全不同，于是问题就来了。原来，染色体是依靠DNA重组的办法修复自身的错误的。简单说，细胞内两条配对的染色体会黏在一起，彼此交换信息，修正错误。男人体内的X染色体虽然没对可配，但它总有进入女人体内的那一天，便可以在那里完成修复工作。Y染色体就没那么幸运了，通常情况下一条Y染色体从来不会和另一条Y染色体碰面，于是有人惊呼，这样下去Y染色体上的错误越积越多，总有一天会气绝身亡的！

记性好的读者也许还记得，几年前媒体曾经爆炒过这个悲观的预言。同样有人会问：生命不会这么笨的吧？Y染色体肯定有自己一套独特的修复机制，以避免悲剧的发生。

这桩悬案在2003年得到了解决。有个名叫大卫·佩奇（David Page）的美国科学家和他的同事发现Y染色体上有8段回文结构，也就是DNA序列正读反读都一样。当时他立刻就想到，这就是Y染色体自我保护机制的秘密所在。实验证明他是对的，这种回文结构可以自己和自己配对，形成一个看似发夹的结构。DNA修复机制一见到这种发夹结构，便会立刻开始工作，修复错误的信息。

换句话说，Y染色体并没有进化出属于自己的独特的修复机制，而是用一种看似很笨的办法，借用了其他染色体的修复机制，保住了自己的一条小命。

这个故事还没有完。就在今年9月3日，著名的《细胞》（Cell）杂志刊登了佩奇教授的一篇新文章，解决了另一个难题。和端粒的故事一样，一个看似很笨的办法往往真的很笨。Y染色体上的回文结构毕竟属于一种特例，它的存在有时会让细胞分裂过程出现故障，形成一种异常的Y染色体。这种Y染色体好似双头怪物，一人身上带有两个着丝粒（正常染色体只有一个着丝粒）。科学界很早就知道双头怪物的存在，但一直不明原因。佩奇教授提出了合理的解释，原来这就是回文结构在作怪。至于说回文结构为什么会导致双头怪物的出现，个中原因实在是太复杂，可以另写一篇生命八卦了。

总之，佩奇教授找出了原因，并发明了一种基因检测术，能够快速检测出双头怪物的存在。他和同事们分析了2380名患有生育障碍，以及染色体畸形的病人，发现其中51人体内带有这个双头怪。

最有意思的是，佩奇教授发现其中有18人从解剖学上看完全是女人！原来，双头怪会导致病人出现性别异常，这样的人外表看似女人，有阴道和子宫但体内同时也带有男人的性腺。怎么样，这种病听起来很熟悉吧？前一阵闹得沸沸扬扬的“性别门”主角南非运动员塞门亚好像就是这种双性人。不过，检测结果还没有正式公布，我就不瞎猜了。

这两个故事告诉我们一个道理，生命不是完美无缺的，而是充满了各种遗憾。事实上，这两个案例从另一个角度证明，生命一直在进化，高等生物的很多看似复杂的功能其实是从低等生物进化而来的。进化最简单的方式是叠加，而不是另起炉灶，所以才会出现这样令人啼笑皆非的事情来。 染色体复制