序言 生命的鑰匙藏在哪裏?
我現在住的地方離多摩川非常近,所以經常過去散步。那掠過河面的風讓人覺得心情格外舒暢。再看看水裏,裏面生活著各種各樣的生命。從水面上突出來的三角形的小石頭上,露出來的是烏龜的鼻尖;那在水裏晃來晃去,看上去像是線頭的,其實是小魚群;還有那與水草纏繞在一起,跟垃圾似的,其實是蜻蜓的幼蟲……
看著看著,我就想起我剛剛上大學時,生物學老師問過我們的一句話:“人雖然能夠在一眨眼的工夫內就把生物與非生物區分開來,但是,是根據什么進行區分的呢?所謂的生命,究竟是什么呢?在座的各位能給它下個定義嗎?”
我熱切地期盼著,然而,老師並沒有給出什么明確的答案。他只是在課堂上列舉了一些生命的特征,比如說,由細胞構成,有DNA分子,通過呼吸產生能量,等等。不久,暑假到了,這門課也就結束了。
我們在給什么東西下定義的時候,如果對其屬性進行列舉說明,是很容易的。但是,如果要對其本質進行明確的說明,那可就不是一件簡單的事情了。關於這一點,我上大學不久就意識到了。現在再重新回想一下這個問題,我覺得我還是沒有找到什么明確又正確的答案,總覺得自己心中的那塊大石頭沒有落地。所以,這20多年來,我仍在不停地進行著探索。生命是什么呢?生命就是一種能夠進行自我複制的系統。生命科學發展到20世紀,給了我們這樣一個答複。1953年,科學領域的專業雜志《自然》上刊登了一篇僅有1000多字的論文(也就占了一頁的篇幅)。然而,就是這樣一篇短短的文章,卻提出了DNA是由兩條方向相反的互相結合在一起的鏈構成的結構模型。生命的神秘性就在於它的雙螺旋。對此,人們深信不疑,因為它的結構實在是太美了。
這裏其實還有更為重要的一點,那就是,這一結構還暗示著其重要的功能。撰寫這篇論文的兩個年輕人--沃森和克裏克,在他們文章的最後,還若無其事地寫道:“我們並不是沒有注意到,這一對稱結構立即使人聯想到遺傳物質可能有的複制機制。”
DNA 的雙螺旋結構,是可以互相進行複制的對稱結構。如果我們把這對對稱結構解開,就是底片與照片的關系。以照片為基礎,能夠制造出新的底片,同樣,也可以原來的底片為基礎,產生新的照片。而含在照片或者底片裏的密碼,就是我們所說的遺傳基因信息。這就是生命的“自我複制”系統。當新的生命誕生的時候,或者是細胞進行分裂的時候,就是通過這個結構進行信息傳遞的。
DNA結構的揭開,在分子生物學史上具有劃時代的意義。DNA上的密碼,是細胞內部微粒的序列,科學家們也對其進行了破解。進入20世紀80年代之後,科學家研究出了通過小型手術對這些序列進行重組的方法,即DNA重組技術或遺傳工程誕生了。於是,分子生物學也就迎來了黃金期。
本來,我一心憧憬著做一名像法布爾、今西錦司這樣的科學家,在草地上追逐昆蟲,在水邊釣釣魚,但是,後來也被卷進了分子生物學的這股浪潮中來。不,其實不是被迫的,更貼切一點來說,是我自己主動地闖進這個微觀分子世界中來了。因為在這裏,才有生命的鑰匙。如果從分子生物學的生命觀角度來看,所謂的生命體,就是由微細的零件組成的模型,即它其實只不過是一種分子機械,是笛卡兒機械生命觀的最終形式。如果說生命體是分子機械的話,那么,就可以通過一系列巧妙的操作,對其進行“改良”吧。即使不能一步到位,也可以人為地使其中某一個零件無法正常工作,然後通過觀察生命體的變化,從中判斷出這一零件的功能吧。也就是說,我們可以對生命體的結構在分子這一層次上進行分析。基於上述的猜想,科學家們研究出了“遺傳基因變異動物”。比如被進行過基因敲除實驗的小老鼠。我對肝髒的某一特定部分產生了濃厚的興趣。我們知道,肝髒是分泌消化酶,分泌胰島素,控制血糖值的重要器官。我認為自己感興趣的這部分,從其所處位置及數量來分析的話,作用應該非常大。我采用了DNA重組技術,並將這部分的DNA片段從DNA中提取出來。於是,一只欠缺這部分DNA片段的小老鼠就誕生了。
這是一只部分DNA片段被敲除的小老鼠。那么,在小老鼠的成長過程中,有沒有什么變化發生呢?我想通過觀察來判斷。我覺得這只小老鼠可能會無法順利地分泌消化酶,導致營養失調,或者它的胰島素分泌會有異常,引發糖尿病。
我們投入了大量的時間與研究經費,最終獲得了符合條件的小老鼠的受精卵,然後將其放到一只母老鼠的子宮裏,靜靜地等待著小老鼠的誕生。小老鼠平安地出生了。那么,這只鼠寶寶最後發生了什么變化呢?我們一個個都屏住呼吸,耐心地觀察著。
小老鼠一天天地很快成長起來,不久就成為一只成年老鼠了。然而,在這一過程中,我們沒有從它身上看出一絲一毫的差異。小老鼠既沒有營養失調,也沒有患上糖尿病。隨後,我們又對它的血液進行了研究,我們還拍下了它在顯微鏡下的照片,一切的一切,我們都進行了縝密的研究。盡管如此,我們還是沒有發現它有任何異常。這讓我們感到十分困惑,究竟是怎么回事呢?事實上,在這個世界上,還有很多很多的科學家跟我們一樣,滿懷期待地看著小老鼠一天一天地長大,但是卻沒能發現它有任何異常,這讓他們感到困惑,感到失落。因為如果實際結果與預想截然不同的話,就沒法作研究發表,也就沒法寫論文,那么,這一課題也就無法拿來作為研究實例了。事實上,這種情況不是很多嗎?
最初的時候,我也感到非常失落。當然了,直到現在,我還仍然覺得比較失落。因為我一直在考慮,生命的本質不就是在那兒嗎?
我們通過遺傳基因敲除實驗,將其中的一個“拼圖塊”完全除去,再通過一些方式進行彌補,又會形成一個完整的整體,即使這樣,新的生命體也不會有任何的機能不全。生命其實就是由各拼圖塊組成的類似於模型一樣的物體,其內部存在著我們難以言表的重要特性。這裏面存在著一種“動力”。我們之所以能夠對這個世界上的生物與非生物加以區分,不正是因為我們感受到了這種“動力”嗎?那么,在這裏,“活動”的東西究竟是什么呢?
我想起了一位猶太科學家。他還沒能發現DNA的結構,就自殺了。他的名字叫舍恩海默。他是最先發現生命體中存在“動態平衡”的科學家。我們所食入的分子,很快就能分散到我們全身各處,然後在那裏作短暫的停留,然後在下一瞬間,排到我們的體外。也就是說,我們的身體和模型是不同的,它並不是由靜態的零件組裝而成的分子機械,而是在動態環境下形成的。
本書的內容就在於,以舍恩海默的這種“動態平衡”理論為基礎,來研究將生物與非生物區別開來的到底是什么,以及重新審視我們的生命觀。對我個人來講,這與我上大學一年級時老師提到過的那個問題是很接近的,那就是:所謂生命,是什么?
福岡伸一