文特的海上之旅

 

　　克雷格·文特(Craig Venter)博士曾经惹恼了很多人,因为他在自己创办的公司里绘制了人类基因组图谱。在过去的几年里,文特驾驶着自己的游艇“魔法师Ⅱ号”穿越了各大洋;他把工作和娱乐融为一体,一边航行,一边取样研究K??文特的海上之旅其灵感来源于19世纪中叶的“HMS挑战者号”(HMS Challenger,1870年航行于大西洋与太平洋上的英国海军研究船,其工作重心在大洋深处寻找新的生命形式);而被命名为“全球海洋取样考察”的魔法师号的旅行也是寻找新生命,但并非一定要在大洋深处寻找样本,因为在海洋表面的采样工作已经让这次的旅行收获颇丰了。

 

　　正如文特和他的同事在《科学公共图书馆·生物学》中报道的那样,仅这一次探险就让科学界已知的蛋白数目多了两倍。能够取得这样的成果,对生物学家来说是极大的奖赏。同时,这也鼓舞了那些像文特一样的科学家,他们认为,在不久的将来,就可以通过生物技术制造大量有用的化学物质以获得能量,而生物酶在这个过程中起到了至关重要的作用。

 

 

海洋中的微生物

 

　　如果要理解在大洋中寻找微生物的重要意义,就必须摒弃两种假设:第一种假设认为,生物学最重要的部分是那些可以被肉眼所看得到的动物和植物;第二种假设认为,陆地动物比海洋动物更重要。

 

　　而事实是:其一,即使按总重量来计量,微生物也是整个生物界中非常重要的一部分;如果用物种多样性衡量的话,微生物的重要性更是无可比拟。其二,海洋面积超过陆地面积的2倍以上。在大约40亿年前,海洋中就出现了早期生物;而在最近的4亿年里,植物才在陆地上生长,然后动物也随之而来。因此,在生物进化的过程中,有更多的空间和时间是发生在海洋里,而不是陆地上。

 

魔法师II号的海洋探索之旅

 

　　生物学家之所以关注那些看得见的生物有一个很好的理由:人们观察那些用肉眼就能看到的生物远比用显微镜观察微生物要容易得。另外,即使让最聪明的微生物学家在实验室里培养微生物,他们会感到非常困难,更何况要求他们将这些微生物放在显微镜下观察就更加困难了。文特避开了这个矛盾,他采用了另一种方法解决了这个问题,自创了一种DNA测序技术———鸟枪法测序(Shotgun sequencing)技术,让生物学家从样本中直接获得细菌的基因序列。

 

　　我们都知道,鸟枪法测序是将样本的遗传物质打成碎片,然后把这些碎片按照个体的基因编码排序,而这些基因编码能反映出每一个片断中的生物学信息(计算机程序可以将这些片断连接起来)。其优点在于,生物学家可以同时测得各种不同生物的DNA序列。由于这种重组程序具有特定的工作原理,只有那些来自共同祖先的基因片断能够被连接起来。结果6万个新识别的基因被加入到原有3万个基因的数据库中。

 

　　让人们接受这项发现的重要性也许要花很长时间,但文特简要介绍了这项发现的一些初步结果。他的结论之一是:来源于病毒的蛋白质在已知蛋白质中的份额要比预期的大得多。这一点甚至会被那些专注于细菌研究的科学家所忽视。另一个结论是:假如你生活在海洋中,你并不需要学会游泳。我们知道,很多细菌是通过鞭毛运动的;而在海洋生物中,大多数都没有类似结构。也许,这些生物并不需要逆流而行,只需要随波逐流。

 

　　文特的主要观点是,蛋白质的多样性如同一片海洋,生物学家只涉及到它的表面。有两个例子可以证明这一点:一是有人曾经详细研究过一组被称为蛋白激酶的分子信使。生物学知识告诉我们,大多数激酶属于专一的蛋白质家族,主要在动物和植物体内发挥作用;而微生物则被认为是依靠不同的分子发挥相同的作用。然而,这次的海洋取样活动却发现了20个蛋白激酶家族,其中的19个家族都只存在于细菌体内。换句话说,生物学的直向同源理论或许是错误的。

 

　　第二个例子能够证明现在对蛋白质的认识非常有限。如果大多数蛋白质家族都已经被发现,那么被报导的蛋白质速率应该大为减少。但事实并非如此。目前,新发现的蛋白质家族数量仍如雨后春笋般地增加。从前我们认为,海洋里有很多的鱼,但现在应该说,海洋里还有更多有价值的微生物。