人类基因变异到底有多神奇?从“蜘蛛侠”到“绿巨人”

生命的延续是遗传信息的传递,遗传物质核酸(DNA/RNA)揭开了人类认识自我和生命奥秘的微观世界。

  2015年的诺贝尔化学奖授予了瑞典、美国、土耳其三位科学家,以表彰其在“DNA修复的机制研究”做出的卓越贡献。

  人体细胞共约有40-60万亿个,而人类基因组却是由23对染色体组成,其中包括22对体染色体、1条X染色体和1条Y染色体,含有约30亿个DNA碱基对。人体之所以能够精准地完成生命信息的复制和遗传过程,要归功于人基因组的“超强纠错功能”。

  然而,人类基因组是否有可能发生突变呢?

  蜘蛛侠(Spider-Man)是美国漫画超级英雄,他本名彼得·本杰明·帕克(Peter Benjamin Parker),原是一位普通的高中生,后意外的被一只受过放射性感染的蜘蛛咬伤后,获得了蜘蛛一般的超能力。

电影蜘蛛侠海报

电影蜘蛛侠海报

  这种被辐射感染的蜘蛛咬伤后,使得人类自身的基因组发生突变的科幻场景,是否具有科学依据呢?

  如果只是蜘蛛毒素的作用,恐怕难以实现;然而,如果考虑到蜘蛛体内存在另外一种生物——逆转录病毒,那么,情况有可能会这样发展。逆转录病毒在生命过程活动中,有一个从RNA到DNA的逆转录过程,即在逆转录酶的作用下病毒基因整合到人类细胞的遗传物质中,而辐射可引起病毒逆转录的变异频率和重组速率的大幅度提升。

  逆转录病毒为RNA病毒,它们的基因组编码在一条单链RNA上,病毒具有穿透细胞的能力,可有效地感染干细胞、组织细胞、皮肤细胞等多种类型的细胞;当病毒进入细胞,通过逆转录作用,RNA即转变为双链DNA分子,DNA进入细胞核并整合在宿主细胞基因组中。以病毒作为载体通过感染的方式可以将外源功能DNA 导入到人的细胞染色体中。

  由此,他获得了超凡力量和敏捷速度,可以在物体表面上行动自如。"能力越大,责任越大",一位打击犯罪的超级英雄“蜘蛛侠”诞生了。

  除此之外,人类基因变异还具有更大的可能性吗?

  再举个美国漫画中的例子。核物理学家罗柏特·布鲁斯·班纳(Robert Bruce Banner)博士在一次意外中被γ炸弹放射线大量辐射,身体产生惊天异变,一旦他情绪愤怒心率骤增的时候就会变成绿巨人。

电影《Hulk》海报

电影《Hulk》海报

  γ射线真的可以诱发基因突变吗? 生物体在受辐射条件下,将诱发生物体的DNA链上发生碱基序列或结构的改变,由于碱基序列或结构的变化导致了所编码蛋白质的合成或酶的活性,生物体随之发生性状的改变。

  正常的生物具有修复DNA损伤的能力,而在电离辐射的作用下,由于其所诱发的基因突变频率与射线的剂量大体成正比例;若少数未经修复的损伤发生复制,则错误信息的DNA碱基顺序会被编入到后代的DNA中去,于是就导致变异。

一般来说,核爆炸会产生贯穿辐射,主要由强γ射线和中子流组成。由于γ射线的波长非常短,频率高,因此具有非常大的能量而且穿透本领极强。人体受到γ射线照射时,γ射线可以进入到人体的内部,并与体内细胞发生电离作用,甚至导致基因突变,而产生机体的重大变异。因此,班纳博士获得惊人的力量和速度,超强的精力和耐力以及非凡的重生治愈能力,成为不可思议的“绿巨人”浩克。

  当然,能够使基因发生突变的方式不止这两种,而且,也并非每一种变异都可以像科幻中那样获得超能力,基因的变异是一个非常复杂的过程,这不是短时间内就可以成功的。

  不过,生命的本质和起源一直是人类孜孜不倦探索的永恒主题,对于自身的遗传和进化更是这一主题中的焦点;然而,人类对自身的生命奥秘并未能完全掌握,科幻也是基于一定的科学原理做出的设计,对潜在未来科技的前瞻探索。人类成功登陆月球迈向太空,何尝不是对古人“举杯邀明月”感怀的科学实践呢? 作者:刘欢(中国科学院武汉病毒研究所)

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