恐龙能复活吗?——对必修2第四章第1节问题探讨的剖析

辽宁 傅忠扬

恐龙能复活吗?
——对必修2第四章第1节问题探讨的剖析

辽宁 傅忠扬

1 问题

人教版生物必修2第四章第1节《基因指导蛋白质的合成》问题探讨中提到美国科幻电影《侏罗纪公园》。在电影中，生活着各种各样的恐龙，它们在原野中跳跃飞奔、相互争斗，给观众留下了极为深刻的印象。影片说，复活的恐龙是科学家利用提取出的恐龙DNA分子培育繁殖而来的。利用已灭绝生物的DNA分子，真的能够使灭绝的生物复活吗？

2 探讨

在Michael Crichton 的《侏罗纪公园》一书及同名电影中，描述了一位科学家和一位企业家合作制造出活恐龙的神奇故事。他们的策略是分离恐龙DNA，但不是直接从恐龙残骸中分离。他们发现侏罗纪时期的吸血昆虫吸了恐龙血之后又被树的分泌液包埋变成琥珀，从而保存了这些昆虫。他们认为，既然血液中有包含DNA的白细胞，昆虫肠道的内含物中就应该含有被吸过血的恐龙的DNA。接下来是用PCR扩增恐龙DNA，将得到的DNA片段连接在一起，然后将这些DNA置于卵细胞中，瞧啊！一个小恐龙就孵化出来了！

这一设想听起来很荒谬，某些现实问题使这种设想还完全停留在科幻领域。但让人震惊的是这个故事中的某些部分已经出现在科学文献中。1993年6月，《侏罗纪公园》在电影院上映的同月，《Nature》杂志的一篇文章介绍了对一种灭绝的象鼻虫基因进行PCR扩增和部分基因测序的结果，这种昆虫在黎巴嫩的琥珀里已经包埋了1.2亿～1.35亿年。这一研究把我们带回了白垩纪，虽然没有侏罗纪那么远古，但白垩纪也是恐龙的世界。如果这种研究可行的话，也许真能找到肠道中含有恐龙DNA且保存下来的吸血昆虫。进一步讲，得到的DNA有可能仍然足够完整，可作为PCR扩增的模板。毕竟，PCR技术有能力将单一DNA分子扩增到我们期望的任何程度。

那么制造恐龙的道路上还有什么障碍呢？先不考虑用裸DNA制造脊椎动物这一未知领域，我们首先得考虑PCR技术自身的限制，其中之一是PCR扩增DNA片段的大小是有限的，至多40 kb。这样的长度大约只是整个恐龙基因组的十万分之一，这就意味着我们得将至少十万个PCR片段一段一段连接起来才能重建整个基因组，而这样做的前提是我们要对恐龙DNA的序列有足够的认识才能在开始时为所有这些片段设计好PCR引物。但是如果我们设法让PCR扩增片段远不止40 kb会怎么样呢？如果PCR可以扩增整个染色体，一次可扩增高达几亿个碱基对呢？即便如此，我们还会面临DNA是一种遗传上不稳定的分子这一事实，就算是在琥珀里的昆虫体内也不能指望全长染色体能保存几百万年。PCR之所以能扩增相对较短的片段是因为引物只需要找到一个在这一短长度上完整的分子就可以了，而要找到一个完整无断裂的染色体，哪怕是一段无断裂的百万碱基DNA片段，都是不可能的。

这些因素给少数已公布的用PCR扩增远古时代DNA的例子增添了相当的不确定性。很多科学家认为像DNA这种容易断裂的分子能够保存数百万年根本不可信。他们认为恐龙DNA很久以前就分解为核苷酸了，根本不能用作PCR扩增的模板。实际上，所有超过10万年的远古DNA都是一样的，包括原来认为可能是例外的保存在琥珀中的DNA。另外，PCR仪确实扩增了远古昆虫样品的某种DNA。如果这不是远古昆虫的DNA，又是什么呢？这涉及PCR方法的第二个限制，也是其最大优点：极高的灵敏度。正如我们已经看到的， PCR能扩增单一DNA分子，如果这是我们想要扩增的DNA就再好不过了。然而，它也能捕获样品中极微量，甚至是单个分子的污染DNA，并对其扩增，而不是扩增我们想要的DNA。鉴于此，检测白垩纪象鼻虫DNA的研究者应先完成对白垩纪象鼻虫DNA的所有PCR扩增和测序，然后再研究用来与白垩纪象鼻虫DNA作比较的现代昆虫DNA。这样才可避免在扩增所谓灭绝象鼻虫基因时，扩增的是先前对现代昆虫DNA实验时所留下的污染。但是DNA无处不在，尤其是在分子生物学实验室，想消除每一个遗留的DNA分子是极困难的。

此外，在昆虫肠道内的恐龙DNA会被该昆虫的DNA严重污染，更不用说来自肠道细菌的DNA了。而且，谁敢说这个昆虫死在树脂里之前只吸了一种恐龙的血呢？如果它吸了两种恐龙的血，PCR会将这两种恐龙的DNA一起扩增，这样就没有办法把这两种DNA分开了。

换句话说，就如想像的能看到一个活生生的恐龙那么让人兴奋一样，我们已经拥有了创造一个真实侏罗纪公园的工具。但是，现实问题使这一理想几乎不可能实现。

3 展望

从更为现实的角度来看， PCR技术已经使我们可以对灭绝生物与其现存近亲的基因序列进行比较。由此催生了一个令人振奋的新领域，植物学家 Michael Clegg称之为“分子古生物学”（molecular paleontology）。随着分子生物学的发展，未来人类对基因、基因型和基因表型的了解越来越多。如能达到完全破解基因和基因表达的规律，明确基因表达与生物结构具体形状的联系，未来是有可能人造一个恐龙物种的。

（作者单位：辽宁省大连市第八中学）