最简单的生命

（文 / 袁越）

地球上所有生命的两种最基本的标志性分子无疑是核酸和蛋白质。核酸包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两种，它们负责携带遗传信息，指导蛋白质的合成。蛋白质则有两大功能，一是组成了生命体的大部分身体结构，二是变身为“酶”，负责催化几乎所有的生化反应。

美国生物科技狂人克里格·温特（Craig Venter）试图以小分子为基础，用人造的方法拼装出一个活的生命体，为此他必须设计出几个全新的DNA，并以此为蓝本，建造出一组特殊的蛋白质，然后再进行拼装。不用说，这个过程非常复杂，距离成功还有很远。美国罗斯阿拉莫斯国家实验室的斯蒂恩·拉斯姆森（Steen Rasmussen）教授和阿格内国家实验室的陈辽海（译音）教授想出了一个简化的办法，他俩试图把核酸和蛋白质结合起来，只用一种化合物替代两者各自的功能，制造出一种自然界没有的全新的生命体。

其实这种化合物早在15年前就已经有了，它的名字叫做肽核酸（Peptide Nucleic Acid，简称PNA）。顾名思义，PNA就是在蛋白质的骨架——肽链上连接核酸分子，或者换个说法，就是用肽链代替核糖骨架，得到一种全新的有机大分子。

最初发明PNA的目的不是为了人造生命，而是为了方便研究。众所周知，DNA就是在一条长长的核糖骨架上带有一排碱基。碱基共有4种，分别叫做A、T、C、G，其中A只和T配对，C只和G配对。这样一来，当两条核糖链在顺序上完全互补时，它们就会依靠碱基之间的配对连接在一起，形成双链DNA，就像一条拉链一样。

分子生物学家们在做研究的时候，经常需要用一小段已知顺序的单链DNA分子作为“探针”，去寻找带有互补顺序的DNA。但是，核糖链上有很多带负电的磷酸基团，两条带有同样电荷的DNA长链在结合的时候，必须要克服电荷之间的同性相斥力，所以DNA－DNA双链并不十分牢固，尤其是当探针DNA的长度很短的时候，这种结合很容易被拆散。为了解决这个问题，丹麦哥本哈根大学的有机化学家皮特·尼尔森（Peter Nielsen）博士及其同事发明了一种全新的分子，用蛋白质特有的肽链来代替核糖链。肽链本来就比核糖链更加稳定，再加上肽链不带电荷，没有同性相斥的问题，因此用肽链作为骨架合成出来的PNA一旦和DNA配对结合，就会非常牢固。所以PNA探针可以比DNA探针做得更短，为探针的设计带来了很多便利。

接下来的事情就顺理成章了。很快就有人看中了PNA的这一特性，试图把它用在基因治疗上。此前，基因治疗用的都是小段DNA或RNA，将它们导入细胞中，让它们和目标基因结合，改变目标基因的功能。但是，这种方法需要提高导入DNA或者RNA在细胞中的寿命，一来DNA和RNA本身不够稳定，二来它们都是细胞内本来就有的分子，因此细胞中的各种DNA酶和RNA酶会把它们降解掉。假如能够想办法将PNA导入细胞，这两个问题就都会被解决，因此不少科学家认为，PNA正是基因治疗成功的关键所在。

不久，研究生命起源的科学家们也看中了这种分子。在此之前，科学界认为，地球上最早出现的具有生命特征的分子是RNA，因为它们既可以作为遗传物质，又具有酶的活性（通常认为DNA不具有酶活性）。但是，不少人质疑这个理论，认为RNA分子很不稳定，很难想象它们会在地球的“原始汤”里稳定地存在下去。于是，有人想到了PNA，它似乎解决了RNA存在的问题，可以在RNA出现之前扮演一个过渡的角色。

美国著名生物学家斯坦利·米勒（Stanley Miller）也对这个假说产生了兴趣。米勒教授曾经在上世纪50年代做过一个著名的实验，他在试管里模仿原始地球的化学成分，然后用雷电等外来刺激“无中生有”地合成出了有机化合物。这个实验间接证明了有机物是完全可以从无机物中生成出来的，不需要上帝插手。

2000年，他用同样的方法进行了尝试，“无中生有”地合成出了PNA的前体。

拉斯姆森和陈辽海则更进一步，试图以PNA为原材料，在实验室里制造出一种人造生命。两人设计了一种不同寻常的“原始细胞”（Protocell），用磷脂作为细胞膜，把PNA嵌入膜中。PNA分子中的碱基部分可以作为模板，用来复制新的PNA，肽链则可以作为酶，催化一种原始的光合作用，为细胞提供能量。

这种“原始细胞”和自然界现存的任何生命形式都不一样，但它满足了生命体最基本的4项特征——可利用能量、可生长、可复制、可进化。所以，一旦这项研究获得成功，将有助于解开生命起源的奥秘。■ dna分子dna科学生命dna复制