科学家有望对火星首次进行DNA分析

        据国外媒体报道，分子生物学家加里·鲁弗肯(Gary  Ruvkun)1996年8月准备公布他在整个科研生涯中获得的最重大的一项发现。他在哈佛大学医学院的实验室发现一种决定蛔虫寿命的基因——“age  1”基因。这项研究成果有力地说明了修补分子路径或许有助于延长其他生物体的寿命，其中可能包括人类。

　　哈佛大学发了一份新闻稿，鲁弗肯也为可能蜂拥而来的媒体做好了充分准备。但是这种现象并没发生。因为就在鲁弗肯的科研组发表论文的前两天，一些科学家对来自火星的陨石ALH84001进行分析的消息，成了媒体最关注的焦点，当时的美国总统克林顿甚至出席了这项研究的发布会。

　　鲁弗肯回忆说：“我带的研究生倚在门上告诉我：‘他们刚刚宣布在火星上发现了生命。’”当时他还以为是学生在开玩笑。但从那时起，科学家越来越认为这块陨石里可能真的有生物体化石。10多年以来，火星上可能存在生命的消息使他的成果黯然失色，但在10多年后的今天，鲁弗肯也加入了寻找火星生命的大军。不仅如此，他和同事们还想给这些生命的DNA排序。

　　寻找生命迹象

　　现在火星是一个寒冷荒凉的世界。强烈的紫外线和高能太空粒子流穿过薄薄的火星大气层，使生活在干燥的火星表面的任何生命形式(至少是我们已知的)丧失繁殖能力。但是最近的研究发现，这颗红色行星上的生命可能在地面下找到了一个小生境，这些地方存在液态水。在火星的大气里发现羽状甲烷，也暗示着地下可能存在生命，这是因为一些陆生微生物会产生这种气体。

　　火星上的生命化学迹象可能不太明显，但是鲁弗肯和他的科研组希望在未来10年内把一个DNA放大器和排序器发射到火星上，找到明确的生命迹象。他们认为火星上的任何一种生命都与地球上的生命存在相同的进化渊源，因此它们含有类似的遗传密码，其他科学家则认为这种可能性不大，因为火星生命可能是独立进化的，因此它们可能拥有跟地球生命完全不同的化学物质。鲁弗肯2008年获得拉斯克(lasker)奖，75名最终获得诺贝尔奖的科学家都曾荣获这个奖项。

　　星际旅行

　　为什么火星生命会跟地球上的生命类似呢？陆生生命大约在40亿年前开始出现，一些岩石穿越太阳系，与行星相撞在一起。被撞飞的一些行星碎片进入太空，落到其他行星表面，变成陨石。远古微生物或许就曾乘坐这些太空岩石来往于火星。虽然这些行星碎片进入太空后，表面经过强紫外线照射，不再适合生命生存，而且在进入行星大气时还会被烧焦。但是鲁弗肯表示，如果这样的岩石非常大，一些躲在它里面的生命就有可能会幸存下来。

　　大约在40亿年前，火星上出现生命，或者有生命降落在这颗红色行星表面，当时的火星环境可能非常适宜生命生存。这颗行星上曾经可能拥有更厚的大气，而且表面拥有大量液态水，可能就像地球上的汪洋大海。美国亚利桑那州立大学的宇宙学家和天体物理学家保罗·戴维斯没参与这项给火星生命的DNA排序的项目，他说：“火星可能适合生命生存。”

　　早期模型

　　美国宇航局认为生命可能在地球和火星之间旅行，该局正在出资资助这个被称作寻找地外基因组(Search  for  Extraterrestrial  Genomes)的给火星生命的DNA排序的项目的早期工作。鲁弗肯实验室的工程师克里斯多佛·卡尔是最早参与研发这些仪器的人，他表示，美国宇航局已经出资将近200万美元支持该项目。最新模型放在卡尔的实验室长凳一端的控制台上，很多液压泵、电线和电缆跟它连接在一起。有一天这种装置的小巧简化版将会飞往火星，这项任务预计将在2018年发射升空。

　　利用发光材料寻找DNA

　　这种工具如何运行呢？卡尔把这个项目划分为四个阶段。第一阶段是利用未来发射的火星登陆器在这颗行星表面挖掘，收集地下土样或冰样。这些样本变成液体后，科学家会把一种遇到DNA会发出荧光的染料掺进去。该装置将通过一个装满数百根微型管的玻璃基微流控芯片，过滤这些样本。如果一个管子里的样本发出荧光，它里面一定含有DNA，科学家就会对这跟管子里的样本进行第二阶段的研究——放大。

　　毫不夸张地说，20世纪80年代发现的聚合酶链式反应(Polymerase  Chain  Reaction)彻底改变了生物实践工作。研究人员利用这项技术，只要知道一个DNA片段两端的遗传序列，就能根据它制成数十亿个与之相同的片段。这种技术非常简单有效，它只需一个“模板”DNA分子、一个热源和一些化学材料。鲁弗肯告诉《新科学家》杂志说：“初中就学过聚合酶链式反应，它是我们要送上火星的仪器成功的关键。”

　　排序技术

　　为了确定火星上的DNA是否与地球上的生命具有相同起源，鲁弗肯的科研组要放大一种被称作16S  RNA核蛋白体亚单位(16S  ribosomal  RNA  subunit)的基因，并给核糖体的组成部分——RNA分子编码。核糖体是细胞的重要蛋白加工厂。鲁弗肯的科研组目前仍不清楚如何才能破解被放大的DNA。可在未来几年制成一个价值1000美元的完整人类基因组序列的相同技术，也能读出火星上更短的DNA片段。

　　卡尔表示，不过更加简单和缓慢的基因排序技术或许也能起到相同作用。如果这项实验成功隔离出火星DNA，并把它放大，进行排序，接下来就要确定这个序列跟地球上的生命存在多少联系，并努力排除陆生环境的可能性，这是聚合酶链式反应最关心的一个问题。

　　污染试验

　　如果地球和火星在大约30亿到40亿年前相互交换了生命，那么火星生命应该跟地球上被大陆隔绝的物种非常类似。鲁弗肯的科研组将把从火星上找到的任何一个16S序列与地球上已知的序列进行比较，以证实这一点。由于这种基因是构成细胞核糖体的基本物质，因此它在过去的40亿年或者更长时间里几乎不会发生变异，这种情况有助于遗传学家评估两种被隔离的生物体之间存在的遗传联系。

　　如果火星上的DNA跟地球上的生命的亲缘关系较远，那么它的16S序列应该位于地球上的生命树的最底层。另一方面，看起来跟地球生命非常接近的序列，例如E.  coli或沙门氏菌属，都是环境污染的有力证明。

　　实地试验

　　该科研组成员正在为美国宇航局计划在2018年发射的火星任务的降落点争论不休。他们打算未来3年在跟火星上差不多的地球环境下试验这种装置，这些实地试验地点可能是阿根廷的科帕韦(Copahue)火山，也有可能是南极洲的干谷(Dry  Valleys)。但是这些研究人员承认，除了资助需要几十亿美元外，这项任务距离发射还很遥远。鲁弗肯说：“我们的目标是把这种仪器做得更小，让他们没理由不把它放在登陆器上。”

　　其他人对这个寻找地外基因组项目也非常重视。美国宇航局重申了对该项目的最初承诺，麻省理工学院的行星科学家玛丽亚·苏玻尔是该项目的骨干分子。鲁弗肯说：“玛丽亚是美国宇航局的一个主宰人物，她增加了这个项目的可信度，这点我们办不到。”

　　多种方法

　　科罗拉多大学波尔得分校的微生物学家诺曼·佩斯在地球上的极端环境下研究生命，他对该项目持怀疑态度。他表示从技术上来说，给火星上的DNA排序是可行的，但是科学家在火星上寻找DNA的过程中会发现其他生命迹象。佩斯说：“如果你拥有火星DNA，对它们进行排序确实是值得的。但是在目前这个阶段要想拥有火星DNA，就如同要从半人马座里的行星上找到DNA一样困难。”

　　保罗·戴维斯担心寻找DNA对未来的任务帮助不大。他说：“如果你要做的就是寻找过去火星上的生命踪迹，DNA并不是一个很好的生物标志，因为这种物质的保存时间并不长。”寻找地外基因组项目最终只能发现火星上的现有生命，或者最近灭绝的生命。卡尔认为通过这种方法找到的火星生命迹象不会超过100万年，不过事实上这个时间可能距离现在更近。

　　戴维斯争辩说，要寻找陆生生命，应该把注意力集中到更普遍的生命特征上。例如构成生物蛋白的所有氨基酸都显示出左手手征。他告诉《新科学家》杂志说：“对我来说，这是最紧迫的事情。关注手征更重要，寻找DNA只是浪费时间。”寻找手征的仪器Urey预计将于2016年搭乘欧洲的“ExoMars”火星探测器进入太空。研究人员会利用它发回的数据，确定火星上是否拥有可证明生命存在的手征。

　　Urey是否跟寻找地外基因组项目一样，可以检测火星生命跟地球上的生命是不是具有相同起源？加州大学圣地亚哥分校的仪器科研组领导人杰弗里·巴达说，Urey可能也能做到这些。“如果火星生命的氨基酸的结构变化跟地球上的一样，而且它们也是左手手征，那么两者一定存在某种联系。”

　　最后的考验

　　然而鲁弗肯和同事们并不理睬这些，他们表示，他们会一步步进行火星DNA探测活动，努力找到更多生命的遗传化学迹象。他们还争论说，他们的实验将是对地球和火星互换的生命仍生活在火星上的假设进行的最终检测。把一个DNA排序器送往其他行星，用来寻找生命迹象的行为本身就令人感到不可思议。

　　该科研组里的生物工艺学企业家迈克尔·芬尼对寻找地外基因组项目的观点跟鲁弗肯一样，他表示，他接触到的一位工程师认为，寻找火星基因的前景一片光明，他很乐意加入到这个行列中来。芬尼说：“他对很多人的想法感到不可思议，他说：‘我之所以愿意为这个项目工作，是因为在八年的工作过程中，我越来越相信它会取得成功。’从事这项工作的人不用多说什么，因为事实胜于雄辩。”(孝文) (责任编辑：泉水)

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