1 基因“诉说”进化的秘密
生物通过“增加基因”而增加复杂性向前进化，这一现代进化论的观点已深入人心。然而，美国田纳西大学的微生物教授Eric Zienze却发现，某些物种会通过“丢弃基因”并依靠其他物种而得以生存，而此假说可能会对进化论做出修改。
把自己进化的越来越简单？这一超出常规的新理论是Zienze和他的团队在对原绿球菌进行研究后偶然发现的。原绿球菌是海洋微生物中一种最常见的光合细菌，但是令人疑惑的是，把这种普普通通的细菌放在培养环境中却难以生长。经过深入研究后才得知，原绿球菌对环境中的活性氧十分敏感，自己却不能分解，而要依赖于其他细菌分解这种对它说来有毒的物质才行。所以，离开微生物群，原绿球菌是不可能“单独”生存下去的。
但在以前，原绿球菌却具有分解活性氧的能力，不过在进化过程中，主动将这一能力“丢弃”了。原来，分解活性氧需要细菌消耗大量的精力，不利于自身繁殖。所以，“聪明”的原绿球菌就“想”出了这个从周围其他微生物的艰辛工作中获益的方法。
通常来说，进化的假设是生物会增添基因从“简单”变得“复杂”，但Zienze通过微生物基因组的分析中认识到，某些微生物的进化趋势是从“复杂”到“简单”，同其祖辈相比，基因出现“净损失”现象。换句话说，有些微生物在与其他微生物共存的环境中，会出现导致“失去”的进化，这与人们普遍认同的生物通过添加基因而进化的进化论背道而驰。
目前，新的假说仅局限于微生物群，但Zienze认为它可能会扩展到更多的生物领域，因为我们可以据此推测，一个增加了生物复杂度的无用变异，也许就可能因耗费资源而被淘汰。同时，Zienze的工作也诠释了生物多样性的重要性，因为微生物群正在向相互间更加依赖的方向发展，如果失去了某种微生物，其结果可能是给整个微生物群带来灾难。看来，人类还远远未能认知各种可能存在的进化机制。
要快速破解基因组成的密码，让基因告诉我们更多的生命故事，庞大数据的分析研究功不可没。美国密苏里大学计算机科学助理教授德利Terry Culkin与加州大学研究人员一起，利用开创性的计算机算法，寻找到不同种类植物的相同DNA序列，解决了一项重要的生物难题。
此前的研究发现，不同种类动物的DNA中存在着相同的遗传密码长符，但是计算机程序从未有能力寻找植物DNA中相同的序列，因为相同的DNA序列存在于多种植物基因组内完全不同的位置，这大大增加了计算的难度，而Culkin的算法则巧妙地突破了这一藩篱。
在研究中，Culkin对拟南芥、大豆、大米、杨木、高粱和葡萄这6种植物的基因组进行了比较。同时还比较了犬、鸡、人、家鼠、猕猴和田鼠的基因组；为完成所有的基因序列对比，其计算量令人咋舌：48台计算机处理器，以每小时100万条检索的速度工作了4周，检索总量约为320亿条。
结果还是非常令人欣喜。科学家找到了不同植物之间相同的序列，同时也发现，植物序列进化存在着不同。例如，面对相同的环境挑战，不同植物解决问题的基因组密码却不相同，这点与同为复杂多细胞生物的动物类似。
除了解开了有关植物的某些进化之谜，更有意义的是，这套分析遗传密码的计算机程序本身还能帮助开发新药物，因为如果一种致病源没有开发出有效的药物治疗，但如果它和另一种拥有有效药物的致病源的有着某种相同的基因序列模式，就可以用现有的药物或药物的改进品种进行治疗。鉴于计算技术对基因分析的重要性与日俱增，对基因组的庞大数据分析已成为美国国家优先发展项目。
近日，科学家在基因领域还有一项极具醒目的突破：携带生命遗传密码的重要载体DNA，也能被人工合成的物质替代了。
这种人工合成的物质被起名为XNA。众所周知，DNA拥有双螺旋结构，就像衣服上的拉链，由两个链条组成，链齿则是一些碱基。而XNA所用的“链齿”也是碱基，和DNA一样也能存储遗传信息，在许多关键功能上可替代DNA。
有意思的是，XNA链条和DNA链条之间还可互相结合，实现遗传信息的传递。在实验中，研究人员将一个DNA链条上的遗传信息传递到XNA上，随后再传回另一个DNA链条，遗传信息传递的准确度高达95％以上。更有甚者，如果满足一些前提条件，部分XNA聚合物在试管中还能如DNA一样，进化成不同形态！
“XNA已拥有DNA的两个关键功能——遗传和进化，由于人造的XNA在分子构成上与DNA并不完全相同，这说明DNA不一定是携带生命遗传密码的唯一载体。”研究者之一、英国医学研究委员会分子生物学实验室的Philip Huolige郑重表示。
这对生命进化起源的研究具有深刻的意义——虽然地球上的生物都采用了DNA来携带遗传信息，但在宇宙中其他地方，也许存在遗传方式不相同的生命形式。另外，这也是在“人造生命”道路上迈出的重要一步，当然，人类要使用XNA来人工编制遗传信息并创造一种新生命，应该还有很长的路要走。
自从发现DNA的双螺旋结构，人们才真正认知基因的本质，打开了破译生命密码之门。至此之后，基因就开始源源不断地诉说生命的秘密，但是，生命的复杂度还是远远超出我们的想象，它的进化历程究竟还有多少不可思议之处呢？人类了解自身的渴望从未像现在这样表现得如此强烈，也如此自信。
2 基因科学研究中的“激进派”
素有“基因界坏小子”之称的Craig Venter其实是位表情严肃、目光犀利的中年敦实男。他制造出有史以来第一个“人造生命”，引发世界轰动，但他在讲述如何“书写”DNA时，语气却是难以置信的平静，仿佛就像在自家后花园中组装了一辆自行车，是件最自然不过的事。而面对由此而来铺天盖地的生命伦理、生命安全的质疑之声，他只是淡淡回应“基因没有好坏之分”，自己的工作只不过是“婴儿的一步”。
而基因科学也正如Venter所言，在继续向前“迈进”。被舆论抛掷于风口浪尖的基因科学的最大进展是美国俄勒冈国家灵长类动物研究中心的科学家的成果，他们在实验室产生出世界上第一种基因来自六个不同胚胎的嵌合猴：一对双胞胎Roku 和Hex，相关论文发表在2012年1月5日的Cell上。
单从外表来看，Roku 和Hex和一般的幼猴并无二致，但它们的诞生方式却前所未有：研究人员将6只不同恒河猴的4天大的胚胎在发育早期接触在一起，然后将它们植入到5只成年雌性恒河猴中，生出带有6个“父母”遗传物质的嵌合猴。Roku 和Hex各自的名字就代表着日本语和希腊语的“六”，最值得幸运的是，这些2011年夏天出生的嵌合猴迄今为止都很健康，而且没有出生缺陷。
项目领导人Shoukhrat Mitalipov解释说，“嵌合”的意思是，尽管这些胚胎在一起生长形成一个更大的胚胎，但是“细胞绝不会发生融合”。相反，“它们保持在一起，形成组织和器官”，这对于研究胚胎发育和细胞分化等具有巨大的潜在价值。
其实，嵌合动物在20世纪60年代就已经出现，第一个培育成功的是嵌合小鼠，随即嵌合大鼠、嵌合兔子，嵌合羊、嵌合牛也相继出现，形成目的各异的胚胎嵌合研究，为生物学、医学及畜牧业研究提供有关的理论依据和实践方法。但是，此次引发舆论风暴的原因在于，受事主角是智力发达，与人类有着密切亲缘关系的灵长类动物，灵长类动物的实验，是具有高知觉性的动物，一直遭受着“漠视动物福利”的严厉批评和指控，而且它的未来研究方向可能是为跨步到人类身上的实验做准备，Mitalipov也并不讳言，认为从嵌合猴上可以了解到更多关于试管婴儿、避孕以及从零开始培养人体器官的知识，标志着在不久的将来构建出人类嵌合体指日可待。不过，隐藏在这背后的数字是，仅在2011年，就有超过18000只猴子被运往美国，供大学和工业研究实验室做此类研究使用，而这一事实正面临着前所未有的公众压力。
在“敏感地带”进行的突破性研究还有美国马萨诸塞州总医院的医生，一项有关生殖细胞研究项目的首席科学家Jonathan Tilly博士近日表示，他们认为有朝一日人们可以得到无限量的卵子供应，而传统医学观点认为女性在出生时便已经带有她一生中全部可以产生的卵子。这是一项足有改写教科书的重要成果，并以此为不育症的治疗带来“令人兴奋的可能性”。
研究人员发现，从成年女性身上可以获取并分离出一种干细胞，当它们在实验室环境中被人工培养时，这些细胞自发的产生了不成熟的卵子，即卵母细胞，与人体内原有的卵母细胞非常相似。而当研究人员将其置于生育期妇女的卵巢环境之后，会自发地继续发育成卵子，而寻找这种特殊细胞的方法是寻找一种特殊的蛋白质DDX4，即有“它”便能发现“它”。
由于人类卵子的研究有着非常严格的法律和伦理限制。因此研究人员们很多时候只能借助老鼠的干细胞进行相应实验。Tilly博士声称：“如果我们能够对这一过程善加引导，在未来我们将有可能可以获得几乎无限量的卵细胞供应。这项实验已经清楚地揭示了一点，即我们已经开启了一扇开发前所未有技术大门，虽然这项研究在临床应用方面而言仍然还‘有些距离’。”
在基因研究中要绕过生命伦理的诘责，有一种常用的方法是避免使用胚胎干细胞。英国剑桥大学的科学家最近以此破解了大脑皮层的发育密码，宣布首次通过对人的皮肤细胞进行重组，在实验室内制造出大脑皮层细胞，有助于更好地治疗帕金森氏症、癫痫和中风等疾病。
大脑皮层占人脑的75%，记忆、语言和意识，我们成为“人”的绝大多数的重要过程，都与此有很大关联，然而，这里也是疾病出现的重要地方。现在，通过对成人的皮肤细胞进行重组，就能使其发育成大脑皮层中出现的两类主要神经细胞，而且从原理上来讲，今后也能将这些神经细胞移植入病人体内。该研究的领导者Rick Levysa指出：“现在使用从任何人身上提取的皮肤细胞样本，我们都能制造出大量的大脑皮层神经细胞。” 而此前，因为科学家只能通过使用胚胎干细胞制造出大脑皮层细胞，所以饱受争议。
与“人造生命”之父Craig Venter相似，在当今最热门的基因科学研究中，聚集着一批具有强烈反叛精神的科学家，他们才华横溢，目标明确，性格坚毅，无所畏惧，既是站在科学巅峰上的佼佼者，又是诸多科幻小说中科学狂人的原型，为了科学意义上的突破甚至采取某些“不择手段”的方式，向世界宣告新理想——创造新的生命形式，使科学的发展远远地超出了人类现在对于生命伦理的思索能力。而这些特立独行的科学家，给我们激起的是一种的难以言说的复杂情感。
3 听解细菌世界的“悄悄话”
最简单、最原始单细胞生物——细菌，也能互相说着“悄悄话”，彼此通气？美国德州农工大学教授Thomas Wood 的回答毫不迟疑：“是的”。
而且，Wood和他的同事利用“窃密”细菌的谈话，不仅能在细菌诞生之时对细菌施加作用，还可以影响细菌的发育过程。新概念的“细菌工厂”已初具雏形，有望在未来替代因污染严重而备受诟病的“化学工厂”。
Wood的实验首先是破解细菌外部的生物膜。生物膜是细菌聚集黏结在一起形成团块时，分泌的一种黏性物质，是保护细菌不受外来侵害的坚强“外衣”。但是，这件“外衣”有时候对人类可是个大麻烦，引发尿道炎、前列腺炎、肾结石、龋齿等多种疾病的致病细菌，就靠着这层生物膜，大大增强了对抗生素的耐受能力，是出了名的“难缠”角色，病人因此难以彻底治愈，病情往往会反复发作，
不过，细菌要“团结一心一致对外”，还是“分崩瓦解各奔东西”，要靠彼此之间发出互相联络的“悄悄话”——一种特殊的化学信号来决定，Wood将一段绿脓杆菌的基因转入埃希氏菌中，制造出一种新的转基因细菌，可以持续不断地发出意思是“解散”的“悄悄话”，然后他们把这一转基因细菌插入到环境中的细菌团里，一旦“听”到这句悄悄话，其中的细菌就会打破生物膜离开该处环境，“难搞”的生物膜由此而被有效破解。
“我们利用了细胞间的‘交谈’信号，对生物膜的控制达到了前所未及的程度。”Wood显然对实验结果非常满意，“我们的最终目标，是用细菌造出化工厂里能造出来的所有产品。”
Wood解释，利用细菌不同意义的“交谈”话语，不仅能破解生物膜的形成，还能促成生物膜的形成，因为虽然细菌的“生物膜”对人类健康坏处多多，但在工业中却非常有用，因为其坚固的特性是制造出生物膜反应器的绝好材料。细菌可以在这层坚固的外衣保护下快速繁殖，而听懂和利用细菌的“悄悄话”，就能精确了解细菌的生长时期，操控细菌的生长方式、生长种类、生产品种，实现有效准确地生产、加工和提纯，合乎要求的化学产品、化学燃料便可源源不断地从“细菌工厂”中流出。
Wood描绘出的这一美好前景，起始于2001年俄罗斯新西伯利亚科学中心Markov教授的一项重大发现：即自然界中从单细胞生物、植物到高级动物的细胞，都可用一种“共同语言”进行交流，达到相互理解。这种“共同语言”就是一种专门的信息传递密码。Markov破译了这种信息传递密码，学会了同活细胞进行“对话”。当时科学界就强烈预感到这一发现蕴含的革命性意义，现在“细菌工厂”的模型，只不过是开拓出这一伟大发现从理论到实践的其中一条道路，未来更多、更有效的应用肯定会更加不断地涌现而出。
细胞之间有自己交流的“特殊语言”，动物也不例外。中国北京师范大学的刘定震教授就发现，大熊猫的“恋爱语言”十分独特，令人匪夷所思。
实验中，研究者对处于“恋爱期”的雌雄大熊猫咩叫声进行录音，然后再放给彼此的异性听时惊奇地发现，熊猫在听到发情异性个体的咩叫声时，并非通过咩叫声作出反应，而是以尿液和肛周腺气味标记的方式作出反应。也就是说，大熊猫居然通过“嗅觉”模态信号作出了对“听觉”模态信号的行为反应！
