◇◇新语丝(www.xys.org)(xys.dxiong.com)(xys.3322.org)(xys.freedns.us)◇◇ 　　温泉中产生的生命科学革命 　　作者：EYU 　　世界自然遗产之一的黄石国家公园地处美国怀俄明洲西北部寒冷的洛基山脉 之中，美国大陆分水岭从中穿越。公园占地约8900平方公里，其中包括一个长72 公里，宽48公里的巨大休眠火山口，因此当地的地质活动十分活跃，公园境内有 超过10000处地热景观，包括热喷泉，热气井，热泥潭和热温泉。独特的地质环 境不仅造就了丰富多彩的自然风光，更孕育了一个千姿百态的生态系统，因此不 仅有络绎不绝的游客慕名来访观光，同时也吸引了众多科学家前往考察研究。 　　在所有的地热景观中，热温泉以其缤纷的色彩最为醒目。科学家发现，这些 多变的色彩其实是生活在热温泉中的各种微生物所造成的。在热温泉的泉眼周围， 泉水蔓延成环形的泉滩，微生物沉积在水底形成菌苔。微生物体内有不同的生物 色素，有的用于进行光合作用，有的用于抵抗紫外线，因此菌苔的颜色将热温泉 妆点为一个个五彩的天然调色盘。 　　黄石国家公园的热温泉在泉眼的温度通常都超过80摄氏度，远高于适于光合 作用的温度上限72摄氏度，依靠光合作用为生的微生物无法生存，因此泉眼处缺 乏微生物形成的菌苔而显得灰暗。然而，在1967年，印地安那大学的布洛克博士 发现，在他放在一个叫做“蘑菇塘”80摄氏度泉水中的载玻片上，附着了一层微 生物细胞。这是首次发现生活在72摄氏度以上的生物。这种嗜热微生物属于细菌 类，布洛克博士将它命名为“水生嗜热菌黄石一号”。这个发现在当时也就作为 一个生存温度记录而已，直到十几年后，它才显出了真正的价值。 　　在1980年代，随着生化技术的发展，科学家发现并分离纯化了越来越多的生 物酶，并开始利用这些酶以及其它的新型技术直接对蛋白质，核酸——包括DNA 进行切割、化学修饰等加工，分子生物学以及遗传工程从此飞速发展。酶本身是 一类特殊蛋白质，不同的酶在细胞内担任各种生理活动，比如DNA的合成和复制 主要由DNA聚合酶来完成。绝大多数酶对温度很敏感，在高温下会不可逆转的失 去活性。当时在Cetus公司工作的缪利斯博士从黄石公园的嗜热菌上找到了灵感， 既然嗜热菌能够在80摄氏度以上的高温生存，那么嗜热菌细胞内的酶也一定耐高 温。据此缪利斯博士发明了开创生命科学研究新局面的聚合酶链（PCR）反应方 法，使人工大量复制DNA成为可能。 　　DNA是主要的细胞内遗传信息载体，具有双链结构，由其中每一条单链及其 姊妹链在化学作用下互相配合而成。在细胞繁殖分裂过程中，DNA也随之进行复 制，以使每个子细胞都保持同样的一份遗传信息。细胞内的DNA复制由多种酶的 协同作用完成，首先将DNA双链分开，然后DNA聚合酶把每一条DNA单链作为模板， 合成并配上与其原来的姐妹链一模一样的新链，从而完成复制过程。将DNA分子 加热到接近沸腾的温度也可以分开DNA双链，并且不破坏其化学结构。 　　缪利斯博士从前人和自己的研究中发现，嗜热菌的DNA聚合酶虽然在接近沸 腾的温度下也会失去活性，然而当温度下降后，嗜热菌DNA聚合酶的活性会恢复， 不象其它生物来源的聚合酶那样在高温下不可逆失去活性。这样一来，就能够将 DNA与嗜热菌的DNA聚合酶放在一起，首先升温使DNA分开为单链，然后降温使嗜 热菌的DNA聚合酶恢复活性，在分开的DNA单链上进行复制，循环重复这个升温降 温过程，就能够实现1变2，2变4，4变8的指数DNA增产。这就是缪利斯博士发明 的PCR方法。 　　这个方法是分子生物学技术的一次革命，从此科学家得以无限制的对极微量 的DNA样本进行复制，进而得到大量的纯质DNA进行分析或用作其它实验的材料。 PCR已经成为几乎所有与DNA有关的分子生物研究的基础手段，包括遗传病鉴别， 传染病原（例如SARS病毒）鉴别，人类基因组工程，法医鉴定，亲子鉴定，基因 工程食品等领域。 　　缪利斯博士本人由于发明PCR技术而名利双收，不仅在1993年获得诺贝尔奖， 而且PCR的专利收益使他成为一个大富豪，从1991年至今，仅嗜热菌DNA聚合酶生 产一项，年销售额已经从2亿美元升至5亿美元。然而由于美国法律规定国家公园 要无偿服务于科学界，时至今日，原产嗜热菌的黄石国家公园没有从中得到任何 分成，而当年嗜热菌在1967年所打破的生物耐热记录，也在不久以后被在海底发 现的113摄氏度下生活的超嗜热菌打破，今年8月公布的在太平洋底发现的超嗜热 菌“菌株121”则将此记录提高到121摄氏度。 　　只有斑斓的温泉还是一如既往的吸引了一代又一代游客，以及不断追求新进 展的科学家。在嗜热菌之后，科学家们从黄石国家公园的热床中又发现了许多新 的耐热微生物，其中一种能够将垃圾中的多种塑料成分转化为醇类燃料，有希望 在将来为人类提供新的能源。也许下一个革命性的生物技术又将从黄石公园或世 界其他地方的某个热温泉中产生呢。 (XYS20031217) ◇◇新语丝(www.xys.org)(xys.dxiong.com)(xys.3322.org)(xys.freedns.us)◇◇