乔伊斯博士在斯克里普斯研究所实验室中
在圣地亚哥市这个坐落于美国大陆一角的实验室中，研究人员正试图在一些少量的液体中构建一些我们还没有了解的生命体。
很多年以来，一代又一代的科学家、儿童和科幻迷都想象着如何在火星的沙丘上发现一些外星生命，或者发现一些来自黑暗星球的神秘的无线电信号。
但是在地球上，一些为数不多的化学家和生物学家们正在利用现代遗传学工具试图在思想上产生火花，以跨越无生物界和生物界的鸿沟。他们认为：这一天正在到来，化学家们可以在一个试管中构建生命。来自于美国斯克里普斯研究所的杰拉尔德·F·乔伊斯（Gerald F.Joyce）教授便是这些人中的一个，目前他正在运用一些方法来达到这个目标。
关于生命的第二种范例
关于生命的定义，生物学家们还没有取得一致的意见。但是，大多数生物学家认为，进化和适应能力对于生命来说是关键的。并且，他们也同意生命还有第二种范例，可以提供一些视野来认识生命是如何开始的、特殊的生命是否在宇宙中存在以及寻找一种线索来认识各种星球上的生命。
克里斯·麦凯（Chris McKay），来自美国宇航局（NASA）艾姆斯研究实验室的一位研究员，她说：“我们知道的关于生命的各种故事都是基于对地球上的生命研究。”
“一些航天员的话着实让我感到兴奋，‘宇宙当然孕育着丰富的生命’。如果我们发现一个类似地球般的星球，则生命发生的机率会是怎样？是多还是少？我肯定这是非常难定义的一件事情，”乔伊斯博士说，“如果你有第二种生命的形式，即使是合成的，你也会对生命的认识有大大的改善。我笃信我们正在这个方向上有所开拓。”
四年前，乔伊斯和一位名叫特蕾西·A·林肯（Tracey A.Lincoln）的博士研究生（目前在马萨诸塞大学医学院工作），他们在一个试管中进化得到了一种分子――该分子可以独立地复制和进化自己，在提供一些精心设计的工程化的化学成份的情况下，可以使一些小型的人工制造的基因产生交换。
在乔伊斯实验室的通讯中，有一篇“永生化分子”的文章称，乔伊斯研究的是一种RNA分子，也就是一种核苷酸分子。这种众所周知的分子，在生命体内可以根据DNA蓝图中起到指导蛋白质翻译和拼接的作用。一般来说，RNA、DNA和蛋白质一样，都不能独立生存。然而，乔伊斯却在他的试管中实现了使RNA分子不断地复制自己并产生了进化反应。
“我们非常希望我们的分子不仅仅会复制，还会出现其他的分子反应。”乔伊斯解释说，所谓的繁殖功能，是任何生命体都必须具备的。而且，地球上各种生命体在进化过程中出现的大量生物学性状，都是在提高生存的成功率，这些性状（乃至功能）林林总总，从孔雀羽毛到巨鲸的歌唱等。乔伊斯称，他的分子研究工作就如同创作一首流行歌曲那样，不仅需要知识，也需要有丰富的想象力。
乔伊斯称，（他的）工作的成功只是一个时间问题。“我们的工作是为这些分子提供一间健身房，然后让它们自行成长。”
对于试管生命而言，其更为深奥的哲理和知识基础，很大程度上还是未知的。尽管其成功不是来自于科幻小说，而是基于在培养皿中培养的微生物。事实上，尽管许多人对此存有疑虑甚至争议，或者科学家们给予低调的评价，但是，这门科学要得到人们的普遍认可还需时日。
人造分子可以世代进化？
普林斯顿大学尖端技术研究所的物理学家弗里曼·戴森（Freeman Dyson）在一份电子邮件中写道：“人类掌握合成生命的能力将成为一种深远影响且重要的科学事件。如同农学和冶金科学的发明那样，任何人都不可能说出它的未来发展前景会是一幅什么样的图景。”
事实上，所有我们知道的生命体都建立在DNA的基础上。正是这种由A、T、C、G四种核苷酸分子编码的双螺旋碳链分子，制造和操纵了细胞的存在与功能。
关于生命的第二种范例的可能性充满了想象力。它可能是基于DNA的，但使用了一套与往常不同的遗传学编码，或多或少地与以往的四种编码字母不同；它也可能是基于一些复杂的分子，但不同于以往的DNA分子，也不同于以往的20种氨基酸分子，其所构成的化学种类也不同于以往的碳和其他我们想当然的元素，比如磷或者铁。其他的一些想象则远远不用化学原理，比如英国天文学家和作家弗雷德·霍伊尔（Fred Hoyle）在他的小说《黑色的云》中所构想的那样，有些生命还可能存在于巨大星云中的电离尘埃颗粒中。
乔伊斯称他的RNA复制子是一种“与我们古老祖先生命形式截然不同的另类范例。”他与林肯博士合作的研究已经证明了人造分子可以在后续的世代中得到进化。乔伊斯说：“它们可以在父母和子孙之间传递生命信息，它们也可以产生突变，当然，它们可以控制着生命的生老病死。这些作用的基础都是来自于化学分子，而我们研究的就是这些化学分子。”
乔伊斯研究的分子还远未获得成功，而在其他的实验室中，人们还在探索着所有的替代（分子）种类。比如来自佛罗里达应用分子进化基金会的史蒂文·本纳（Steven Benner），正在使用多于经典的四种分子的编码来构建DNA并进行相关的（功能）实验；而在国际人类基因组计划中有重大贡献的克雷格·文特尔（Craig Venter），则成功地使用了一些化学物质重新构建了一种细菌性的山羊寄生虫基因组，并将其放入另一种细菌体内的同时，使用了文特尔博士设计的基因密码水印。
RNA同时扮演两种角色
相关的工作还在进行。来自哈佛医学院的乔治
·丘奇（George Church）和法伦·艾萨克（Farren Isaacs）报告了他们对一种大肠杆菌基因组的重新编程――将新的生命特征整合进入一些普遍存在的微生物中。乔伊斯称，这项工作是“真正意义上的分子生物学技术”。
哈佛医学院的杰克·绍斯塔克（Jack Szostak）和他的合作者开始了一项雄心勃勃的计划，即建立一种可以复制和可假定为进化的人工细胞。本纳博士在他的一份电子邮件中写道：“就我看来，终将有一个地球人的实验室，在NASA和欧洲航天局(ESA)在宇宙中发现生命之前建立人工生命。”
根据现代科学的认识，也正如达尔文所推测的那样，地球上的生命起源于38亿年前的一个炽热的池塘，也可能起源于海底活火山中泥浆的喷发。化学家们推测，这种伊甸园中的第一个居民应该是RNA。
在今天的世界上，RNA是DNA作用的产物。与DNA一样，RNA也编码遗传学信息。但是，与DNA不同的是，RNA还可以催化其他分子之间的化学反应，可以截断它们或者使它们结合在一起。而在现代生物体中这主要是由蛋白质来完成的。
1962年，麻省理工学院的生物学家亚历山大·里奇（Alexander Rich）提出了这样一个想法：（在生命的形成过程中）RNA可能同时扮演了两种角色，既是生命体制造的蓝图，又是生命体制造的机器。尽管科学家们并不能证实这是地球上生命起源的最初故事，但是它们可以做好下一步――可以复制RNA自己，然后制造生命本身。
利用RNA变体制造分子
乔伊斯称，他的创意来自于在芝加哥大学求学期间对一本书的阅读，这就是由托马斯·品钦（Thomas Pynchon）于1973年撰写的小说《重力之虹》“Gravity’s Rainbow”，它描述了第二次世界大战中的火箭及其毁灭性的故事。在该书的最后一个章节，品钦指出所谓的“反作用力”，是关于战时欧洲战乱区域中的生命和爱情的故事。对于生物学家们来说，从混沌中制造物种的反作用力只是一个简单的达尔文进化过程。乔伊斯解释说：“我那时候就立志成为一个反作用力的俱乐部成员。”
在乔伊斯的实验室，其研究核心是一种T形片段的RNA分子，它拥有将其他RNA分子粘合在一起的功能。乔伊斯和一位博士后研究人员娜塔莎·保罗（Natasha Paul）于2002年描绘了它的分子结构，并且将其与一些小分子粘连在一起，其中最重要的是一种L形和直线形的片断。
当它们连接在一起的时候，将会形成一种T形分子的新拷贝，它的功能就能得到体现。这种RNA能够生产它自己的新变体，但是还没有快到能够赶上原来RNA形成的速度。根本上来说，新变体的死亡速度比繁殖速度要快。而乔伊斯和林肯则发现了一种可以加速这一过程的方法，主要是利用RNA的两种互补变体来进行彼此的制造。
2007年10月1日，乔伊斯的工作取得了突破，复制子“达到了（连锁反应需要的）临界状态”，它们的群体开始呈指数级的增长。
事情的发展逐渐进入了良性循环，并且再也没有停止过。乔伊斯和他的同事们接下来又对一系列相关分子进行了近乎疯狂的工程化研究――他们合成了复制子的12种变体，这些变体可以突变和进化以改善它们的繁殖能力――实验人员将它们放入了坩埚内，并给予适当的“食物”进行养育。
最后，竞争胜利的分子每15分钟就在数量上翻一番。尽管其中一些错误的交换导致了组合、突变，产生了一些开始时混合物中所没有的分子。但是，大多数原始的变体几乎完全消失。简而言之，分子得到了进化。
乔伊斯说：“进化对我们这些化学家来说，不仅仅是一种理论，它的内容是具体的，其故事是关于有关分子进化得到了从父母到子孙之间复制和传递信息的性能。”
正在敲打着成功之门
在一项离析实验中，一些分子被重新设计，即只有在另外一种化学物质存在的情况下它们才能进行复制。乔伊斯说：“那就是将要得到的应用程序。”他解释说，那些复制分子可以修饰成为各种检测环境污染物或者危险毒素的感受器。乔伊斯和他的合作者开始了这样的筛选工作，对象是这种复制酶的256种变体。他近期报告说：“我们的工作是繁忙的。说得形象点，我们在疯狂地、不停地做移液。”
这项工作的结果，可能有近6.5万种基因组合物的出现，研究人员可以从中寻找一些有趣的生物学事件。林肯说：“我们正在敲打着成功之门，但是还没有真正打开它。”曾因发现RNA的一些特性而获得诺贝尔奖的耶鲁大学教授悉尼·奥尔特曼（Sidney Altman）认为，真正意义上的试管生命还将有待于多年的研究，“杰瑞·乔伊斯设计的复制子是非常聪明的分子。”他补充说，它们还不足以达到自给自足地生存地步。
乔伊斯说他的团队正在努力工作，以赋予他发明的复制分子一种新的能力。但是他拒绝说出它是什么。在被问及RNA可以做什么事情并举例时，乔伊斯说，可能涉及通过增加一些更小的分子来制造其复制能力所需要的化学成份。“最棒的将是它们可以自己制造食品来养活自己。”他的分子只包含两种基因，这些基因是由四个密码字母组成的。与之相比，人类有25000个基因，其中包含30亿对碱基。
乔伊斯说：“生命的全部课本都藏在这种小型而且有趣的基因组中，但是我们所要的句子只是两个单词而已。”
乔伊斯博士研究的那些分子将永远也达不到生物圈研究（那么重要）的地步。但总有一天，它们的基因组可能会为它们的制造者带来一种惊喜――这就是涉及几乎所有生命运动的技巧和新的推动力。他说：“如果有朝一日它得到了实现，我会为之满足的。我不想大声地说出来，但它是真实的。”
资料来源The New York Times
责任编辑 则 鸣