科學最前沿 重磅！科學家首次從零造出細胞，具有完整週期那種，【科學前最沿】

最近兩天 包括科學 紐約時報 CNN在內的各大頂尖媒體都在刷一箇中網消息 人類在試管裏創造出了首個具有完整細胞週期的人造細胞 這不是以前那樣在天然細胞上去刪減和修補 而是科學家在實驗室裏用一堆沒有生命活性的純化生物分子像拼積木一樣手搓出來的一個細胞 這個小泡泡被科學家戲稱爲土豆細胞 起這個名可能是因爲它圓滾滾的像個土豆 當然也可能是因爲這位研究人員是波蘭人 後來大家想到他還寫音了人類第一顆人造衛星斯普特尼克好 團隊希望這個小東西能像當年的衛星一樣開啓人造生命的新時代 知道系統裏只用到了36種純化的核心酶 但就靠着這些積減配置 他竟然能自己吃東西長大 能分裂 甚至還能在試管裏優勝劣汰 這聽起來好像我們人類已經摸到了造物主的門檻 不過既然大自然花了幾十億年才演化出現在的生命 那爲什麼還非要用一堆化學元素去憑空的捏造一個細胞出來呢 這個連外殼都沒有的細胞內部到底是怎麼運轉的 今天咱們就來簡單看一下這個土豆細胞 我們知道細胞是生命的基本單位 同時它也是地球上最先進最複雜的系統之一 可以說目前人類最先進的技術 包括飛機 航母 核潛艇 導彈 芯片 空間站 沒有任何一個東西能和細胞相提並論 以人類現有的科技水平 想用幾瓶化學材料就創造出活的細胞 簡直是癡心妄想 但科學家們就是喜歡挑戰一下 關於人造生命的研究已經有20年的歷史了 在生物學界創造生命一直有兩條完全不同的路線 第一條路是自上而下 著名的科學狂人克雷格·文特爾團隊在2010年搞出了轟動世界的s1 1.0 他們人工合成了一整條細菌基因組 在塞進掏空了遺傳物質的天然細菌殼裏 讓細胞靠純人工的DNA活了下來 到了16年 他們又在這個基礎之上瘋狂的刪減基因 做出了只剩473個基因的極簡細胞s1 3.0 但無論怎麼簡 這條路的起點依然是一個活的生命 而土豆細胞團隊走的是第二條路 自下而上 他們完全不靠活細胞 純靠沒有活性的分子叢林來搭建 過去十幾年 走這條路的研究始終卡在一個點上 要麼只能讓紙質泡泡長不大 要麼只能單獨的複製DNA 永遠沒法把吃飯 長大 分裂這三件事情串成一個完整的循環 很多體系剛啓動幾分鐘 要麼原料耗盡停擺 要麼膜破裂直接解體 直到土豆細胞誕生 這個完整的閉環纔算真正的跑通了 但這個也是有代價的 首先我們看一下他是怎麼吃飯長大的 正常細胞爲了生長 體內得有核糖體這個微型工廠來製造蛋白質 但土豆細胞體內的核糖體從一開始就是人工加進去的純化組分子 說白了就是一堆原材料 所以必須得靠人工餵養 更有意思的是它分裂方式 普通細胞靠細胞骨架精準的一分爲二 但土豆細胞沒有骨架 它就只靠一個字 擠 它表面的膜蛋白密度極高 擠在一起產生的物理機械排斥力 硬生生的把這個小泡泡給捏成了兩半 但這種自發分裂效率其實很低的 在實驗室裏要實現多代繁殖 還是得你幫他一把 靠人工給他擠一擠 這種純物理的亂分導致了一個致命的災難 這種硬擠全靠運氣 傳給五代左右 大部分後代就因爲代碼不全 徹底失去活性了 聽到這你肯定會覺得這玩意弱爆了 作爲生命來講 它確實是個失敗品 跟真正的天然的活細胞完全不在一個維度上 但如果你把它當成一個由人類掌控的生化機器 這種無法自主存活的殘缺反倒成了一種優勢 有意思的是傳統生物學界一開始也沒轉過這個彎 這樣研究成果當初投稿給頂刊賽羅士被拒了 申稿人的理由是 這不算是真正的生物學研究 他更像是化學 最後團隊乾脆跳過了傳統的同行評審 直接把全部手稿和數據給開源了 發佈時間是7月2號 那它具體有什麼用呢 自然界的活細菌太聰明 會反抗人類的指令 但土豆細胞完全沒有自己的思想 所以咱們可以把它當做一個基礎的平臺來用 你可以添加各種各樣的功能模塊 比如你想讓它清理污染 那就插一個分解基因 你想生產靶向藥 那就插一個合成模塊 甚至正如之前所設想的 我們可以把人類的致病受體基因插進去 用它來做生物測試 幫助終結殘忍的動物實驗 未來的生化工廠可能不再需要特別巨大的設施 你只需要一些土豆細胞 就能在試管裏源源不斷的生產出我們想要的分子 這就是它在生物工程上最大的價值 在這項研究裏還有一個很有意思的地方 科學家給它導入了不同的基因變異 然後放在同一個試管裏 結果那些效率高的突變體搶走了更多的資源 把原始版本徹底淘汰了 各位 這只是一堆在試管裏靠着化學和物理因力運轉的純化分子 但就在他們開始搶奪資源的那一瞬間 達爾文的進化論淘汰機制就在這堆物質中真實的發生了 回到1944年 物理學家薛定諤在《生命是什麼》這本書裏講過 生命以負傷爲食 能在無序的宇宙中維持自身的有序結構 將近100年後的今天 土豆細胞用區區36個核心酶和一堆肥皂泡踐行了這個定義 那麼肯定有小夥伴會想 他到底算不算活的 如果一堆化學試劑組裝起來的一個東西 它能吃能生 那生死之間的界限到底在哪裏 你怎麼定義它是不是活着 面對這個問題 研究團隊在論文裏借用了美國最高法院大法官波特斯托爾特的一句名言來回答 我沒法給他下定義 但我看到他的那一刻我就知道答案了 確實啊 生命並沒有一條非黑即白的紅線 當我們看着現代科學家動用了先進的超算和儀器 才勉強在實驗室裏拼出了一個活不過幾代的所謂的細胞時 我們其實能感受到一種非常強烈的對比 在41年前 那些比現在的土豆細胞還要簡陋的原初生命體 他們是如何在那麼嚴酷的環境下扛住了自然的選擇 你代代的自我修正最終演變成了屏幕前正在思考的你和我