谁是地球的下一个主宰(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：《环球科学》杂志社,外研社科学出版工作室

出版社：外语教学与研究出版社

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谁是地球的下一个主宰试读：

每一期《环球科学》都刊载有很多极有价值的科学成就论述、前沿科学进展与突破的报告以及科技发展前景的展示。但学科门类繁多，就某一学科领域来说，必然分散在多期刊物内，难以整体集中体现；加之每一期《环球科学》只有在一个多月的销售时间里才能与读者见面，过后在市面上就难以寻觅，查阅起来也极不方便。为了让更多的人能够长期、持续和系统地读到《环球科学》的精品文章，《环球科学》杂志社和外语教学与研究出版社合作，将《环球科学》刊登的科学前沿精品文章，按主题分类，汇编成“科学最前沿”系列丛书，再度奉献给读者，让更多的读者特别是年轻的朋友们有机会系统地领略和欣赏众多科学大师的智慧风采和科学的无穷魅力。“科学最前沿”系列丛书包括七个分册：

1．天文篇——《太空移民　我们准备好了吗》

2．医药篇——《现代医学真的进步了吗》

3．健康篇——《谁是没病的健康人》

4．环境与能源篇——《拿什么拯救你　我的地球》

5．科技篇——《科技时代　你OUT了吗》

6．数理与化学篇——《霍金和上帝　谁更牛》

7．生物篇——《谁是地球的下一个主宰》

当前，我们国家正处于科技创新发展的关键时期，创新是我们需要大力提倡和弘扬的科学精神。“科学最前沿”系列丛书的出版发行，与国际科技发展的趋势和广大公众对科学知识普及的需求密切结合；是提高公众的科学文化素养和增强科学判别能力的有力支撑；是实现《环球科学》传播科学知识、弘扬科学精神和传承科学思想这一宗旨的延伸、深化和发扬。编辑出版“科学最前沿”系列丛书是一种集成再创新的有益尝试，对于提高普通大众特别是青少年的科学文化水平和素养具有很大的推动意义，值得大加赞扬和支持，同时也热切希望广大读者喜爱“科学最前沿”系列丛书！前言　科学奇迹的见证者陈宗周《环球科学》杂志社社长

1845年8月28日，一张名为《科学美国人》的科普小报在美国纽约诞生了。创刊之时，创办者鲁弗斯·波特（Rufus Porter）就曾豪迈地放言：当其他时政报和大众报被人遗忘时，我们的刊物仍将保持它的优点与价值。

他说对了，当同时或之后创办的大多数美国报刊都消失得无影无踪时，快满170岁的《科学美国人》却青春常驻、风采迷人。

如今，《科学美国人》早已由最初的科普小报变成了印刷精美、内容丰富的月刊，成为全球科普杂志的标杆。到目前为止，它的作者，包括了爱因斯坦、玻尔等148位诺贝尔奖得主——他们中的大多数是在成为《科学美国人》的作者之后，再摘取了那顶桂冠。它的读者，从爱迪生到比尔·盖茨，无数人在《科学美国人》这里获得知识与灵感。

从创刊到今天的一个多世纪里，《科学美国人》一直是世界前沿科学的记录者，是一个个科学奇迹的见证者。1877年，爱迪生发明了留声机，当他带着那个人类历史上从未有过的机器怪物在纽约宣传时，他的第一站便选择了《科学美国人》编辑部。爱迪生径直走进编辑部，把机器放在一张办公桌上，然后留声机开始说话：“编辑先生们，你们伏案工作很辛苦，爱迪生先生托我向你们问好！”正在工作的编辑们惊讶得目瞪口呆，手中的笔停在空中，久久不能落下。这一幕，被《科学美国人》记录下来。1877年12月，《科学美国人》刊文，详细介绍了爱迪生的这一伟大发明，留声机从此载入史册。

留声机，不过是《科学美国人》见证的无数科学奇迹和科学发现中的一个例子。

可以简要看看《科学美国人》报道的历史：达尔文发表《物种起源》，《科学美国人》马上跟进，进行了深度报道；莱特兄弟在《科学美国人》编辑的激励下，揭示了他们飞行器的细节，刊物还发表评论并给莱特兄弟颁发银质奖杯，作为对他们飞行距离不断进步的奖励；当“太空时代”开启，《科学美国人》立即浓墨重彩地报道，把人类太空探索的新成果、新思维传播给大众。

今天，科学技术的发展更加迅猛，《科学美国人》的报道因此更加精彩纷呈。新能源汽车、私人航天飞行、光伏发电、干细胞医疗、DNA计算机、家用机器人、“上帝粒子”、量子通信……《科学美国人》始终把读者带领到科学最前沿，一起见证科学奇迹。《科学美国人》追求科学严谨与科学通俗相结合的传统也保持至今，并与时俱进。于是，在今天的互联网时代，《科学美国人》及其网站，当之无愧地成为报道世界前沿科学、普及科学知识的最权威科普媒体。

科学是无国界的，《科学美国人》也很快传向了全世界。今天，包括中文版在内，《科学美国人》在全球用15种语言出版国际版本。《科学美国人》在中国的故事同样传奇。这本科普杂志与中国结缘，是杨振宁先生牵线，并得到了党和国家领导人的热心支持。1972年7月1日，在周恩来总理于人民大会堂新疆厅举行的宴请中，杨先生向周总理提出了建议：中国要加强科普工作，《科学美国人》这样的优秀科普刊物，值得引进和翻译。由于中国当时正处于“文革”时期，杨先生的建议6年后才得到落实。1978年，在“全国科学大会”召开前夕，《科学美国人》杂志中文版开始试刊。1979年，《科学美国人》中文版正式出版。《科学美国人》引入中国，还得到了时任副总理的邓小平以及国家科委主任方毅（后担任副总理）的支持。一本科普刊物在中国受到如此高度的关注，体现了国家对科普工作的重视，同时，也反映出刊物本身的科学魅力。

如今，《科学美国人》在中国的传奇故事仍在续写。作为《科学美国人》在中国的版权合作方，《环球科学》杂志在新时期下，充分利用互联网时代全新的通信、翻译与编辑手段，让《科学美国人》的中文内容更贴近今天读者的需求，更广泛地接触到普通大众，迅速成为了中国影响力最大的科普期刊之一。《科学美国人》的特色与风格十分鲜明。它刊出的文章，大多由工作在科学最前沿的科学家撰写，他们在写作过程中会与具有科学敏感性和科普传播经验的科学编辑进行反复讨论。科学家与科学编辑之间充分交流，有时还有科学作家与科学记者加入写作团队，这样的科普创作过程，保证了文章能够真实、准确地报道科学前沿，同时也让读者大众阅读时兴趣盎然，激发起他们对科学的关注与热爱。这种追求科学前沿性、严谨性与科学通俗性、普及性相结合的办刊特色，使《科学美国人》在科学家和大众中都赢得了巨大声誉。《科学美国人》的风格也很引人注目。以英文版语言风格为例，所刊文章语言规范、严谨，但又生动、活泼，甚至不乏幽默，并且反映了当代英语的发展与变化。由于《科学美国人》反映了最新的科学知识，又反映了规范、新鲜的英语，因而，它的内容常常被美国针对外国留学生的英语水平考试选作试题，近年有时也出现在中国全国性的英语考试试题中。《环球科学》创刊后，很注意保持《科学美国人》的特色与风格，并根据中国读者的需求有所创新，同样受到了广泛欢迎，有些内容还被选入国家考试的试题。

为了让更多中国读者能了解到世界前沿科学的最新进展与成就，开阔科学视野，提升科学素养与创新能力，《环球科学》杂志社与外语教学与研究出版社合作，编辑出版了这套“科学最前沿”丛书。

丛书内容从近几年《环球科学》（即《科学美国人》中文版）刊载的文章中精选，按主题划分，结集出版。这些主题汇总起来，构成了今天世界前沿科学的全貌。

丛书的特色与风格也正如《环球科学》和《科学美国人》一样。中国读者不仅能从中了解到科学前沿，还能受到科学大师的思想启迪与精神感染。

在我们正努力建设创新型国家的今天，编辑出版这套“科学最前沿”丛书，无疑具有很重要的意义。展望未来，我们希望，在“科学最前沿”的读者中，能出现像爱因斯坦那样的科学家、爱迪生那样的发明家、比尔·盖茨那样的科技企业家。我们相信，“科学最前沿”的读者会创造出无数的科学奇迹。

未来中国，一切皆有可能。话题一分子中暗藏玄机

脱氧核糖核酸（DNA）双螺旋结构被发现以后，生物科学进入了崭新的基因时代。生命的基本成分——蛋白质在无时无刻发挥着重要的作用，它们由基因编码而成，时而活跃，时而沉默，或参与新陈代谢，或作为组成人体的砖瓦，一直都在孜孜不倦地工作。它们使我们的眼睛能看，耳朵能听，心灵能体验喜怒哀乐。DNA的折纸艺术撰文：蔡宙（Charles Q. Choi）翻译：阿沙NTRODUCTIONI

想象得出怎么用脱氧核糖核酸（DNA）来玩折纸吗？这不是天方夜谭，通过计算机程序控制，科学家能够轻松驾驭DNA分子，让它们自动组合成所需要的形状。别小看这项技术，它在新兴纳米材料和分子器件的研发中都能大显身手。

一根DNA链可以被折叠成一张二维结构的精美美洲地图。由美国加州理工学院（California Institute of Technology）计算机专家保罗·罗特蒙德（Paul Rothemund）开发的这种“DNA折纸术”（DNA origami technique），能像折叠一条长带子那样，把一条DNA长链反复折叠，形成需要的图形，就像用一根单线条绘制出整幅图画。折叠后的DNA长链，通过一些“钉子”对适当位置上的DNA短链加以固定。2006年3月16日，《自然》（Nature）杂志上发表的这幅奇特的杰作，是一个包含200个像素、大约100纳米见方的“折纸作品”，每个像素是一条起固定用途的短核苷酸链。如果事先进行适当排序和合理匹配，DNA自行排列的本能会促使这两种长短有别、用途各异的DNA分子自动组合成所需要的形状。设计结构大约只需一天时间，接下来的工作交由计算机程序控制，这一切简单得就像高中生都能完成的化学实验。科学家可以将这种DNA折纸术应用到电子装置或生物酶上，进行新型纳米材料和分子器件的研发。同时，三维结构的“DNA折纸”实验研究也正在进行之中。西半球好似被DNA重新粉刷了。复活“跳跃基因”撰文：克里斯廷·苏亚雷斯（Christine Soares）翻译：刘旸NTRODUCTIONI

基因治疗已经成为一种新的治疗手段，为患者带来了新希望。不过，为了把治疗基因植入病人的基因组，我们只能借助灭活的病毒，这有可能导致病人患上其他疾病，比如白血病。一种古老的“跳跃基因”引起了研究人员的兴趣，他们准备让它“复活”，请它来承担运送治疗基因的重任。

如果让一个远古时代的祖先复活，我们就能迅速了解当时的生活状况，这比研究埋在土里的骨头和生活器具有效多了，我们的祖先甚至还可能教我们一些古老的生存小窍门。

这正是德国和匈牙利研究人员重构Harbinger3_DR的原因。这个早已灭绝的基因是至少两个现代人基因的祖先，科学家希望让它在活细胞中重新行使功能。Harbinger3_DR可不是一般的废弃DNA，它是一个古老的转座子（transposon），也就是所谓的“跳跃基因”。这种基因能将自己从生物的基因组中剪切出来，重新插到另一个地方去。今日的科学家希望揭开转座子的神秘面纱，从而在基因疗法中更准确地控制它们的插入位置。多功能载体：转座子已经成为向实验动物体内插入新基因的得力工具，正如图中这些小鼠，它们的细胞内就携带了荧光蛋白基因。

Harbinger3_DR在人类基因组中仅剩一些残迹，但在斑马鱼（zebra fish）等其他物种体内，却保留了一些活跃且功能完好的版本。通过它们，我们可以看出，这些基因倾向于出现在基因组中含有一段特定DNA序列的区间。“我们选择Harbinger3_DR的原因是，它们的插入位点具有惊人的特异性，”此项研究的带头人，德国柏林马克斯·德尔布吕克分子医学中心（Max Delbrück Center for Molecular Medicine）的佐尔坦·伊维茨（Zoltan Ivics）说，“我们希望能够将这些复活的基因元件应用于将来的研究，并且搞明白它们如何选择这些特殊的插入位点作为目的地。”斑马鱼斑马鱼原产于印度、孟加拉国，是淡水水族箱观赏鱼。由于其基因与人类基因相似度达87％，斑马鱼被广泛应用于生命科学研究。

伊维茨的课题组用斑马鱼基因作为模板，合成了带有必要组成元件、从而能在人类细胞中行使功能的Harbinger3_DR。多数基因都会编码一个对物种有用的蛋白，但是转座子就像一种自给自足的寄生虫，只编码能让它们在基因组中跳来跳去的工具。转座酶是这些工具中常见的一个，这种蛋白酶的作用是剪切和粘贴。Harbinger3_DR序列还编码了一种神秘蛋白，由于长得很像Myb蛋白，因此被科学家称为Myb类似蛋白。跳跃基因转座子是基因组中的寄生虫：这是一些在基因组的不同位置跳来跳去的DNA片段，有时跳到具有活性的基因内部，便会令这些基因变得不稳定。生物进化出了抑制大多数转座子的机制，在这些机制的作用下，除了少数无功能转座子，大多都不会活动。被活化的Harbinger转座子编码了两个蛋白，其中一个帮助另一个进入细胞核，剪切并将跳跃基因粘贴到基因组中。这种相互作用为HARBI1和NAIF1这两个相关的人类蛋白之间的类似相互作用提供了研究线索。上述两个蛋白的编码基因中都含有古老的Harbinger序列片段。德国柏林马克斯·德尔布吕克分子医学中心的佐尔坦·伊维茨希望，他开发的转座子复活技术可以帮助人们研究那些失去了某些重要跳跃元件的跳跃基因，弄清它们如何在基因组中落下脚并在宿主基因组中进化出一定的功能。比如，人类基因RAG-1便起源于一个转座子，它编码的蛋白酶促使免疫细胞重组自身DNA，从而对付进入细胞的新型病原体。伊维茨解释说：“我们已经对某些转座子衍生基因进行了一定的研究，当然这些了解还相当有限。因此，这真是一个令人激动的时代。”

研究人员将合成的Harbinger3_DR注入体外培养的人体细胞，这些细胞便开始生产转座子编码蛋白。伊维茨及其同事观察到，在转座酶进入细胞核并被召集到转座子所在位置的过程中，Myb类似蛋白发挥了至关重要的作用。只有抵达了转座子所在位置，转座酶才能把转座子从DNA链上切下，再粘贴到一个新的位置。在进一步的实验中，伊维茨希望更细致地展示这两个蛋白如何控制基因的插入位点。他解释说：“我们希望了解DNA如何（同这些蛋白）相互作用，这将有助于我们确定或人为制造出基因插入的特异位点。”

伊维茨和其他研究人员希望利用转座子作为运送治疗基因更安全的载体。目前，灭活的病毒是将新基因永久性植入病人基因组的唯一手段，但是这些病毒只能随机插入人类的DNA。在一些基因治疗病例中，病毒曾插入关键基因，导致病人患上了致死的白血病。病毒偶尔还会重新获得复制本领，从而给人类带来感染风险。

美国威斯康星大学麦迪逊分校（University of Wisconsin-Madison）的分子生物学家及生物安全专家马尔吉·兰贝特（Margy Lambert）表示，对转座子运送治疗基因进行控制的关键是，学会将它们定位到基因组中远离重要基因的特定位置，并且学会在基因准确“着陆”后将它们跳来跳去的本领抹杀掉。兰贝特说，如果人们能克服这些难点，那么利用转座子来运送治疗基因将“为基因治疗带来重大飞跃，因为它们具有很大的灵活性，能将（病毒载体的）优点发挥到最大，同时将它们的缺点缩减到最小”。病毒载体病毒载体是一种常用的分子生物学工具，可将其所携带的遗传物质传送到其他细胞，进行感染，使这些细胞复制病毒载体携带的遗传物质。

一些研究人员已经着手制造不能自己合成转座酶的转座子。借助刚好足够完成一次整合（一段DNA分子插入基因组DNA的重组过程）步骤的酶，这些改良转座子可以插入DNA链并一直待在那里。

1997年，伊维茨曾使另一个古老转座子复活，并给这个转座子起了个昵称——“睡美人”。2007年，他又向人们展示了如何利用特殊的目标定位序列控制“睡美人”的插入位点。他说：“尽管此项技术还不够成熟，不能应用于临床，但这一想法的可行性已经得到证明。”对Harbinger3_DR在自然情况下如何定位到特殊序列的研究，也会给人们带来启示，或许可以根据研究中的发现开发一些有用的新技术。

美国耶鲁大学医学院（Yale School of Medicine）的遗传学家许田（Tian Xu）的研究对象是小鼠和人细胞中一个名为piggyBac的转座子。他认为，转座酶和Myb类似蛋白之间的合作“十分特殊，这项非常重要的研究将向人们揭示转座子活动的机理”。

伊维茨预测，研究得比较充分的“睡美人”，也许能在几年内率先出现在基因治疗的舞台之上。DNA里的肖像撰文：克里斯廷·苏亚雷斯（Christine Soares）翻译：徐海燕NTRODUCTIONI

脱氧核糖核酸（DNA）中隐藏了多少信息？通过它我们能知道什么？随着基因技术的提高，科学家根据永冻层里的几绺头发，就可以描绘出石器时代一个格陵兰人的肖像。除了解密远古的人类，DNA还能帮助警方破案。虽然目前能够从DNA中解读出的信息有限，不过这些信息已经在一批臭名昭著的刑事案件中发挥了重要作用。

男性，粗短身材，深色皮肤，褐色眼睛，铲状门牙，Rh阳性A型血，深褐色粗发，已开始斑秃，酒精耐受度高，产生尼古丁依赖的危险比常人高——幸好他生活的年代距离人类开始吸烟还有好几千年。这份描述发表于2010年2月，为一个4,000多年前便已消失的石器时代格陵兰人绘出了一幅精细肖像，所根据的信息仅来自于他的残留脱氧核糖核酸（DNA）。重建：古代残留的DNA提供了一个生活在4,000多年前的古格陵兰人的相貌细节。Rh阳性Rh来源于恒河猴的外文名称（rhesus macacus）。由于一种与新生儿红细胞裂解有关的红细胞抗原，最初是在恒河猴的红细胞表面发现的，因此将其命名为Rh抗原。如果人体血液红细胞含Rh抗原则为Rh阳性，否则为Rh阴性。

这次在丹麦科学家领导下得到的分析，不但标志着第一个古代人类基因组测序的完成，也让我们看到，现代侦探技术仅从疑犯的基因编码中就可以识别出大量信息。法医分析已经远远超越了用犯罪现场的DNA“指纹”来寻找嫌疑犯的简单方式，开始尝试阅读基因组中的性状编码，以便为警方画出不明人物的速写。“人体通过DNA的表达来决定脸部相貌。”美国莫尔豪斯学院（Morehouse College）的人类学家马克·施赖弗（Mark Shriver）说。他希望这种识别能力在十年内可以成倍提高。

只需永冻层中保存的几绺头发，科学家便可以从中提取DNA，重现古代格陵兰人的相貌。头发本身又黑又粗，其中残留的化学物质表明他主要食用海产品。研究人员在这个人的基因中发现，他有一组在西伯利亚人群中最常见的DNA变异，从而结束了关于格陵兰古因纽特人发源地的长期争论。在确定他的祖籍为北亚后，研究团队从DNA中解读出了现代亚洲人中与褐色眼睛相关的四个基因里一些被称为单核苷酸多态性（SNP）的变异。他们采用同样的方法解读出了与铲状门牙和干性耳垢相关的多个SNP，这两个性状在现代亚洲人和美洲土著中十分普遍。另外四个SNP表明他的肤色可能很深，还有一组在适应寒冷气候的人群中很典型的变异表明他矮个结实，有丰富的脂肪。

这些性状加在一起，或许还不能从一群人中一眼分辨出这个古代格陵兰人，但已经可以大大缩小搜索范围。虽然这类“预言”类信息还很简单，但它的作用已经体现在一批著名的刑事案件中。2007年，西班牙圣地亚哥联合大学（University of Santiago de Compostela）的克里斯托弗·菲利普斯（Christopher Phillips）和他的同事们，根据从牙刷上提取的DNA样本，确认2004年马德里地铁爆炸案中的一名嫌疑犯来自北非。警方后来证实，该恐怖分子是阿尔及利亚人。在美国路易斯安那州一起臭名昭著的连环杀人案调查中，证人指称罪犯为白人，DNA证据却指出罪犯具有显著的黑人和美洲土著血统。警方因此扩大了搜索面，终于找到了杀人犯。

美国国家司法研究所（National Institute of Justice）的DNA计划（DNA Initiative）正在资助科学研究，以寻找更多可用于法医学的遗传标记。诸如此类的计划都有一个共同的目标，就是找出血统之外的信息，因为血统本身通常无法确定相貌。美国乔治·华盛顿大学（George Washington University）的达尼埃莱·波迪尼（Daniele Podini）正在开发一个法医工具包，通过对50～100个遗传标记的分析，来确定疑犯的眼睛及头发的颜色、性别和可能的血统。他说：“我们的想法就是提供一种新的调查工具，可以帮助确认证人的证词，或者缩小嫌疑对象的范围。”DNA计划DNA技术在司法体系中的作用不可小觑，它极大地确保了司法的准确性与公正性。当存在生物学证据时，DNA可以精准地指认犯罪分子，也可以让无辜被捕的犯罪嫌疑人重获自由。美国政府高度重视DNA技术在司法系统中的应用，启动了DNA计划，该项目的主要目的如下：1．针对强奸、谋杀、绑架等性质极其恶劣的暴力犯罪，将多年积压、过去未曾分析过的DNA样本和生物证据进行分析检验；2．及时提升各实验室分析DNA样本的能力；3．在法医界，鼓励研究与开发新的DNA技术；4．为各类刑事司法从业人员提供培训与支持，使其掌握采集与使用DNA证据的相关技术；5．为以往已经定罪，但在当时的审判过程中并未进行DNA检测的案例提供适当的检验支持；6．确保DNA法医学技术在协助寻找失踪人员、鉴定未知尸骸身份等方面充分发挥作用。如果科学家发现基因控制某种特定性状的机理，DNA分析将获得全新的意义，可以让执法部门根据疑犯的基因描绘出他的相貌。

波迪尼还说，在此基础上再提高准确度非常困难。比如说，DNA本身几乎提供不了有关年龄的信息。如果有完整的细胞样本，研究人员可以检查染色体两头的端粒（telomere），它会随时间逐渐缩短，但这个过程会受到个人健康状况和其他因素的影响。最近的研究表明，年龄超过50岁的专业运动员的端粒可能和25岁普通人的端粒一样长。身高是另一项重要的身份信息，它有遗传根源，但同样受制于环境因素，例如儿童时期的营养状况。端粒的结构图。端粒端粒是真核细胞染色体末端的一种特定的DNA-蛋白质复合体结构，作用是保持染色体的完整性。染色体经过多次DNA复制后，会越来越短，而染色体端粒中的端粒酶会解决此问题。三位美国科学家因为对端粒工作机理的开创性研究而获得了2009年的诺贝尔生理学或医学奖。

无论如何，确定基因在人体发育方面的影响是预测个人外表的关键。施赖弗正在研究欧洲人群和其他地方的混血种群，希望能够找到与“法国大鼻子”或“爱尔兰眯眯眼”等特殊性状相关的基因，解开人体制造相貌特征所采用的密码。他甚至在自愿者身上选取了一些一英寸见方的皮肤块，用紫外灯照射，以测定不同种族背景的人的皮肤色调所能达到的范围。

一些生物伦理学家称，DNA素描应该仅止于相貌。之前提到的那个古代格陵兰人还有较高的高血压和糖尿病发病率。理论上说，一张现代的完整通缉令不仅可以描述出嫌疑犯的肤色和血统，还可以指出他出现肥胖、吸烟、酗酒或抑郁等情况的可能性是否比常人要高。“我认为这样的工作确实涉及一些值得考虑的伦理问题。”施赖弗说。

不过，目前最简单的法医工具包无法投入应用，其原因恐怕与伦理无关，而是实际操作困难。“法医领域非常，非常保守，”波迪尼说，“所以任何东西在应用于实际案例之前，都必须排除疑义，证明它可用、可靠，并且被科学界广泛接受。”活泼的蛋白质撰文：史蒂文·阿什利（Steve Ashley）翻译：阿沙NTRODUCTIONI

生物体中的一些结构组织有着神奇的特性，让合成材料的专家望尘莫及。比如生物体中的节肢弹性蛋白，它有着惊人的弹跳能力，如果借助它合成生物材料，那将在生物医学和工业等多个领域发挥其独特的作用。目前，研究人员已经研制出一种流质的前身蛋白——前身节肢弹性蛋白，并将它转化成了带有弹性的固态物质。

常玩美国“超级球”彩票的人都熟悉这种硬塑料小球惊人的反弹能力。当坠落反弹时，它几乎能上升到开始下落时的高度，而且似乎还能一直不断地弹跳下去。最近，科学家们合成了现实版的“超级球”——节肢弹性蛋白（resilin）。正是这种高能效弹性蛋白，使跳蚤能够跳跃，苍蝇能够鼓动翅膀，蝉儿能够一展“歌喉”。人工合成节肢弹性蛋白可以应用于生物医学和工业领域，或许还能延伸到“斯坦特固定模”金属支架、心脏瓣膜、椎间盘植入管、纳米铰链……甚至跑鞋的底面材料。弹性蛋白弹性蛋白是弹性纤维的主要成分。弹性蛋白决定着皮肤的弹性和柔软性，对光线等理化因素引起的皮肤生理性老化过程，具有防止老化和促进再生的作用。

节肢弹性蛋白自40多年前首次被发现以来，就一直是那些从事模拟和复制生物系统的生物工程师和研究者的研究目标。另一种类似的生物材料——弹性蛋白（elastin），已经在一些实践应用中取得成功。弹性蛋白是一种可以使组织恢复的蛋白，例如，可使萎缩扭曲的血管恢复原来的形状。

英国巴斯大学（University of Bath）的生物学教授朱利安·文森特（Julian Vincent）指出，弹性蛋白和节肢弹性蛋白有着相同的结构组织，强韧是这种组织的必备特性，并且，这种组织中含有任意卷曲的氨基酸链，它们与分子交联键间隔地结合在一起。当节肢弹性蛋白充分吸水后，卷曲的氨基酸链便能自由地旋转，使蛋白质伸展变长。这两种弹性物质都能够在不受到破坏的情况下充分地伸展，弹性蛋白能伸展到原来的两倍，而节肢弹性蛋白至少能伸展到原来的四倍！显微镜下的果蝇（40X）。弹性力衡量一种材料的韧性和回弹力，要看它将运动形变时所存储的势能重新转化为动能的能力，以及在这个过程中以热能形式损耗掉的能量。尽管超级球中的主要弹性物质——聚丁二烯塑料——含量已经高达80％，但在我们的节肢弹性蛋白中这个比例却是97％。此外，节肢弹性蛋白能进行数以亿计的机械式弹跳——弹起、落下、弹起……看似永无休止。同样的事情如果换给“超级球”去做，恐怕它早就裂成几块了。

2001年，科学家破译了果蝇（fruit fly）的全部基因密码。此后不久，克里斯托弗·埃尔文（Christopher M. Elvin）——澳大利亚布里斯班附近的联邦科学与工业研究组织（CSIRO）家畜产业研究人员——开始计划自行研究节肢弹性蛋白。正如埃尔文和他的工作小组于2005年10月13日发表在《自然》（Nature）杂志上的报告一样，他们开始将节肢弹性蛋白基因的功能部分植入大肠杆菌（Escherichia coli）内。研究人员培养了大批表达果蝇基因的细菌，并且，研制出一种流质的前身蛋白——前身节肢弹性蛋白。弹跳过程：节肢弹性蛋白——这种天然的反弹高手所拥有的反弹能力可以轻易超越我们最好的体育用球。

要将液态的前身节肢弹性蛋白转化成带有弹性的固态物质，就必须在螺旋肽链间形成固态分子交联键。在进行了一些技术上的尝试后，埃尔文和同事们终于成功了，只需使前身节肢弹性蛋白短暂地曝光，同时借助一些金属催化剂和氧化剂，就能使之顺利完成转化。这种方法通过触发光化学反应来产生所需的交联键。

埃尔文说，固态重组节肢弹性蛋白与前身节肢弹性蛋白的特征属性是相匹配的。他的研究小组目前正致力于更好地了解这种材料的基本功能，旨在合成更复杂的高分子材料，同时保持蛋白质组织的弹性。“视”、“听”蛋白NTRODUCTIONI

蛋白质是生命的物质基础，不同种类的蛋白质有着不同的性质，在生命活动中起着不同的作用。比如下面这两种蛋白，一种和我们的视力有关，一种则和听力有关。兴许以后人们可以操纵这些蛋白，来改善视力、保护听力呢！●促进视力的蛋白撰文：蔡宙（Charles Q. Choi）翻译：蒋青

美国哈佛医学院（Harvard Medical School）的研究人员发现，一种可以控制骨骼和肌肉生长的蛋白质——组蛋白脱乙酰酶4（histone deacetylase 4，简称HDAC4）对视力健康也有促进作用。实验小鼠眼睛中该蛋白含量降低，就会导致视网膜细胞，特别是视杆细胞和双极细胞死亡（双极细胞可以把视觉信号从光感受器细胞传导给视觉神经）。提高该蛋白的浓度则可以降低双极细胞的自然死亡率，延长眼睛受损的小鼠光感受细胞的寿命。更多报道参见2009年1月9日的《科学》（Science）杂志。视杆细胞和视锥细胞视杆细胞和视锥细胞分布于视网膜中的视细胞层，它们都是感光的特殊结构。视杆细胞的外段与内段呈细杆状，负责低分辨率的、单色的、夜间的视觉；视锥细胞为圆锥状，负责高分辨率的、彩色的、白天的视觉。●抗噪蛋白撰文：凯特·威尔考克斯（Kate Wilcox）翻译：蒋青

想要享受音乐会现场最大音量的劲爆音乐，又想保护听力，该怎么办？也许有一天，这将不再是个两难的选择：音乐发烧友不用戴耳塞，只需吞一片药片就能解决问题。一旦大脑察觉某一声音太响，位于内耳感觉毛细胞（sensory hair cell，这种细胞可以感受声波刺激）中的nAChR蛋白就会起作用，限制毛细胞的应答。能够产生更多nAChR蛋白的转基因小鼠听不见轻微的响动；即使在这种小鼠耳边播放100分贝的噪声，造成的永久性损伤也远不及普通小鼠严重。2009年1月20日，美国约翰·霍普金斯大学（Johns Hopkins University）的保罗·富克斯（Paul Fuchs）在《公共科学图书馆：生物学》（PLOS Biology）上公布了这项发现。但这离发明保护听力的药物还有一段距离，他说：“我们知道有些药物能改变这种蛋白，不过我们还要查明具体用量。”所以，先别急着丢掉耳塞！nAChR蛋白兴奋在两个神经细胞之间的传递是在一个叫做“突触”的结构中，通过神经递质的传递完成的。nAChR蛋白是一种内在膜蛋白，可与乙酰胆碱这种神经递质结合，进行响应。而且它还可以与尼古丁结合，因此被称作烟碱型乙酰胆碱受体（nicotinic acetylcholine receptor, nAChR）。音乐会爱好者只要吃一片药，就可以保护他们的听力。红外荧光蛋白撰文：比安卡·诺格拉迪（Bianca Nogrady）翻译：冯志华NTRODUCTIONI

想象过用光来操纵动物吗？这不是科学幻想，在荧光蛋白领域的研究显示了这种可能性：通过红外光可调控基因甚至是动物行为。在这个研究发现之前，已经有三位科学家因在绿色荧光蛋白的发现和发展方面作出的贡献而携手获得了2008年诺贝尔化学奖。而目前的红外荧光蛋白比绿色荧光蛋白的穿透性更强，因而可以发挥更奇特的功用。

精神控制原本是催眠师的拿手好戏。不过荧光蛋白领域的研究发现，提供了这样一种可能：仅仅利用红外光，便可控制细胞的生理过程、基因的活性，甚至动物的行为。

荧光蛋白能够吸收光然后再释放光。如今，它已成为细胞生物学家手中的一件强大工具，其重要性从2008年诺贝尔化学奖中就可见一斑——美国哥伦比亚大学（Columbia University）的马丁·查尔菲（Martin Chalfie）、伍兹霍尔海洋生物学实验室（Marine Biological Laboratory in Woods Hole）的下村修（Osamu Shimomura）和加利福尼亚大学圣迭戈分校（University of California, San Diego）的钱永健（Roger Y. Tsien）三人，因为发现和发展了绿色荧光蛋白而携手获奖。尽管不可或缺，但这些蛋白因为波长的原因，在应用上仍存在局限性。它们需要用可见光谱中的蓝色至橙色波段的光加以激发，也就是说激发光的波长范围应在495～570纳米之间。这些光的波长过短，不能很好地深入组织内部，因而绿色荧光蛋白主要应用于体外的试管研究，用来观察细胞分裂或标记特定的细胞类型。

如今，钱永健和他在加利福尼亚大学圣迭戈分校（University of California, San Diego）的同事一道，把这一领域的研究向前推进了一大步。他们研发出一种新的荧光蛋白，在吸收远红外光后，可以发出波长在700纳米左右的近红外光。较长的波长可以使光穿透哺乳动物的组织，甚至骨骼。这样一来，科学家就可以在一只活蹦乱跳的动物体内，为细胞活动打上标签并使之可视化。这项研究的第一作者舒校坤（Xiaokun Shu）介绍道：“比方说你用绿色荧光蛋白标记一个肿瘤，如果这个被标记的肿瘤位于动物机体内部，你就很难观察到释放出来的绿色荧光。但如果用红外荧光蛋白来标记，由于红外光穿透组织的能力更强，你就会观察到更强烈的信号。”绿色荧光蛋白：2008年诺贝尔化学奖颁给了绿色荧光蛋白的发现者。

钱永健小组从耐辐射奇球菌（Deinococcus radiodurans）中获得了红外荧光蛋白。这种细菌以它们在极端环境下顽强的生存能力而著称于世。实际上，这种细菌并不使用这类被称为细菌光敏色素（bacteriophytochrome）的蛋白来发光。舒校坤说：“它们利用这些色素蛋白来控制基因表达。”这些蛋白将吸收的光转换为能量，继而向特定的基因发出开启或关闭的信号。细菌光敏色素细菌光敏色素是在细菌体内发现的光敏色素。光敏色素通过在红色和远红外光吸收状态之间的可逆光转换来调控光反应（发生在光照下，由光引起的反应，包括光能的吸收、传递等过程）。穿透力极强的红外光：小鼠的肝脏细胞被红外荧光蛋白所标记，在一个特殊的成像系统中，蛋白发出的光清晰可见。与绿色荧光蛋白相比，红外荧光蛋白更进了一步，它能够直接对活体生物内部的细胞进行成像。

摆在研究者面前的第一个挑战是重新改造这种蛋白，使之将吸收的光重新释放出来，而非用作一种能量来源。通过删除蛋白上负责将光能转换为化学能的区域，科学家成功地攻克了这一挑战。被截短的突变蛋白将吸收的光能以红外光的形式释放出来。研究者把经改造的细菌蛋白掺入哺乳动物细胞，比如活体小鼠的肝脏细胞，结果观察到了红外光的释放。

这项成果发表在2009年5月8日出版的《科学》（Science）杂志上，为动物机体内各种生化反应及内部组织的可视化成像铺平了道路。（不过该类蛋白应用于人体依旧不太可能，因为这种移植需要把细菌的一些基因导入人体，这会引发一些伦理问题。）“这项发现非常重要，”澳大利亚悉尼加文研究所（Garvan Institute）的细胞生物学家戴维·詹姆斯（David James）评论说，“因为目前我们的许多知识都仅限于生长在玻璃培养皿中的单个细胞，这些知识对活体动物体内的细胞是否仍然适用，还有待查明。”红外荧光蛋白还解决了另一个问题：其他生物分子的自发荧光在波长上，往往与传统荧光蛋白标记相似，因此会产生许多“背景噪声”；红外荧光蛋白则不存在这一问题。

不过，这些细菌光敏色素的原始功能，也就是为基因表达调控提供能量的功能，还蕴藏着更加巨大的应用潜力。钱永健认为，再回过头来利用光敏色素的信号调控特性，应该是可行的。这样一来，我们就有可能用光来“启动生物的基因并调控其生化反应”。基因表达调控基因表达调控指生物体内控制基因表达的机制。在内、外环境因子作用下，多种因子调控基因表达的各个阶段，决定基因在何时何地表达多少。基因表达调控的异常会引起基因突变和疾患。

譬如有一个特定基因控制部分大脑功能，而你想探索该基因的开启对小鼠的行为有何影响。对于小鼠而言，幸运的是进行这样的研究时，它将不必再忍受开颅之痛，也无须遭受针插入大脑之苦。钱永健推测说：“如果红外荧光蛋白经过改造，可以变回到红外光敏色素，你就拥有了一个现成的开关，只要有足够的红外光信号即可随时开启。”由于红外光可以穿透颅骨，因此它能直达光敏色素，远程开启基因，导致小鼠行为发生可以观察到的明显改变。

钱永健评论说，这将是荧光蛋白的下一个进化步骤。他相信光敏色素代表着一类拥有巨大潜能的蛋白。如果他的想法正确，那么在未来若干年内，越来越多的科学家将看到这种红外光的奇特功用。试管中的进化撰文：韦特·吉布斯（W. Wayt Gibbs）翻译：冯志华NTRODUCTIONI

生命来自哪里？是怎么形成又是怎么进化出绚丽多彩的生物的？在这些谜题面前科学家们提出了各种想法，并在实验室中尝试创造生命——这确实是一个大胆的尝试。经过多年努力，这样的尝试已经有了进展：在试管中实现了核糖核酸（RNA）分子的复制。如果增加复制分子的复杂性，就有可能在试管中实现真正的进化，进而揭开分子水平上的进化之谜。

杰拉尔德·乔伊斯（Gerald F. Joyce）承认，在看到这些实验结果的时候，他有一种冲动，想要暂停进一步研究，立即把这些结果发表出去。经过多年努力，他和他的学生特蕾西·林肯（Tracey Lincoln）终于发现了一对虽然短小但功能强大的核糖核酸（RNA）序列，把它们和一堆结构更简单的RNA“原料”混在一起，前者的数量会不断倍增，几小时内就能扩增至原来的10倍，而且只要有充足的原料和空间，这种扩增过程就不会停止。

但是乔伊斯对此并不完全满意。这位53岁的分子化学家是美国加利福尼亚州拉霍亚市斯克里普斯研究院（Scripps Research Institute）的教授兼所长，也是“RNA世界”（RNA world）假说的提出者兼拥护者之一。今天我们所知的生命主要基于DNA和酶类蛋白质，在绝大多数情况下，RNA不过是传递遗传信息的信使。RNA世界假说则认为，现有生命是从一个更简单的前生命化学系统进化而来的，这个系统主要，甚至完全建立在RNA之上。当然，这个想法要说得通，RNA本身就必须能够支撑进化。乔伊斯认为，或许他合成的RNA有助于证实这种可能性。因此他和林肯又多花了一年时间来研究这些分子，在它们的序列上制造种种突变，并且建立起只有适者才能生存的竞争环境。

2009年1月，就在达尔文诞生200周年前的一个月，他们在《科学》（Science）杂志上公布了研究结果。他们的微型试管系统确实表现出了达尔文进化的几乎所有本质特征。实验伊始，有24个RNA变体进行自我复制，其中一些变体在实验环境中的复制速度比其他变体更快。所有RNA分子都共享同一个“原料池”，因此每一种分子都要和其他分子竞争。复制过程并不完美，因此新的变体很快就会出现，甚至繁荣兴盛——乔伊斯把这些突变称为重组体（recombinant）。“我们让这一过程持续进行了100个小时，”乔伊斯回忆道，“最23后观察到复制分子的总数扩增了10倍。最初那几十种复制分子很快就消失了，重组体开始接管整个群落。”不过，没有一种重组体进化出了它们的祖先所不具备的新功能。RNA世界假说RNA世界假说由诺贝尔化学奖得主吉尔伯特提出。依照这个理论设想，在生命萌芽阶段，RNA很有可能是唯一的遗传物质。故事可能是这样发生的：在生命起源之初，原始的核苷酸在雷电中产生，它们有的聚集在原始海洋深处的火山口这种温度和压强都很高的地方，并且正好位于可作为催化剂的矿物质周边。这些条件缺一不可，它们共同发生作用，在亿万年的进化过程中，形成了具有自我复制能力的RNA。此时，由基因编码的蛋白质还不存在，生命体只由RNA组成，它是生物高分子化合物，既可以作为功能分子，又能携带遗传信息，其传递遗传信息的原理与现在DNA的复制原理相似。这些具有自我复制功能的RNA继而又经历了漫长的进化过程，渐渐地把携带遗传信息的功能传给了DNA，把功能分子的功能传给了蛋白质，使它们具有了今天我们所熟知的功能。

缺少了这关键的一环，人工进化就无法完全重现真正的达尔文进化。“这还算不上生命，”乔伊斯强调说，“生命能够在进化中‘开创’出全新的功能，我们还没有做到这一点。我们的目标是在实验室中制造生命，但是要实现它，我们就必须增加整个系统的复杂性，足以使它们进化出新的功能，而不只是对早已存在的旧有功能进行优化。”

这一目标显然有可能实现，因为乔伊斯实验室中的RNA复制分子相对简单：每个分子仅拥有两个可以变化的基因样片段（genelike section）。每一个这样的“基因”都是一段短小的RNA原料。一个复制分子就是一个RNA酶，能够把两个“基因”集结并连接起来，产生一个新的微型酶，也就是这个复制分子本体的“配体”。配体被释放后，也会集结两个不受束缚的“基因”，组装后产生一个与本体相同的克隆体。如果配体不忠实于本体，把本来并不匹配的两个“基因”连接在一起，就会产生重组体。不过，这样的重组体确实无法创造出新的“基因”。如果能够营造出一个更复杂的系统，或者给每个复制分子增加更多的“基因”来提高复杂性，创造新的基因或许有可能实现。重组体重组体是指两种（或两种以上）不同来源的核酸片段，用特异性的酶在特异位点切割后重新拼接组合而成的，带有新的遗传信息的核酸片段。

来自美国伊利诺伊大学（University of Illinois）研究DNA酶的化学家斯科特·西尔弗曼（Scott K. Silverman）希望：“在新的分子中捕获到达尔文进化的踪迹，我们或许能更好地理解生物进化的一些基本原则。”分子水平上的生物进化在某种程度上依旧是个不解之谜。乔伊斯与林肯就在实验的事后检验时发现，三类最成功的重组体已经形成了一个“派系”。派系中的任何一个成员出现复制错误，产生的新重组体都会是派系中另外两个成员当中的一员。成长中的生命：RNA复制分子组成的枝杈从DNA主干处水平发散开来。这样的RNA可以在试管中向我们展示出进化的一些基本特征。然而对于人造生命而言，它们还需要具备进化出崭新功能的能力。

乔伊斯表示，在实验室中创造生命的下一个重大步骤，就是改造（或进化）出一系列合成分子，以便在复制的同时还能行使新陈代谢的作用。哈佛大学医学院（Harvard Medical School）的遗传学家杰克·绍斯塔克（Jack W. Szostak）已经合成出一种与ATP结合的无机蛋白，而ATP这种携带能量的化学物质对新陈代谢至关重要。绍斯塔克的实验室还在尝试制造原生细胞（protocell），也就是把RNA包裹进一种被称为微团（micelle）的脂肪酸小球，这种小球能够自发地形成、合并及复制。

尽管生物学家在想方设法用RNA和其他基本物质拼凑成某种形式的人造生命，但这种人工营造的系统可能一开始就过于复杂，很难证明40亿年前自然生命也是由类似的方式产生的。乔伊斯指出，尽管他的复制分子只包含50个化学“字母”，但是随机出现这么一条序列30的几率大约只有1/10。“如果复制分子的长度能够缩短到6个‘字母’，哪怕缩到10个‘字母’，我才会说我们或许找对了方向，因为按照人们的设想，这样的分子才会（在原始有机物质汤中）自发形成。”从试管生命到诊断工具在实验室中创造出生命，对人类来说是一个重大事件。尽管与《弗兰肯斯坦》中的科学怪人相比，目前的研究更局限于分子水平，但是这些结果还有不少更加实际的用途。乔伊斯在一篇即将发表于《自然-生物技术》（Nature Biotechnology）的论文当中，描述了他的实验室如何改变RNA复制因子，使它们具备了自我复制的生化功能。他认为，进化竞赛的领跑者会是医学诊断的良好候选分子。伊利诺伊大学（University of Illinois）的西尔弗曼认为，这是一个绝佳的创意：“假设你现在要在一个包含众多不同化学物质的‘肮脏’环境下进行检测工作，比如说在花生酱中找到沙门菌（Salmonella）。如果不进行提纯，这样的检测很难进行。如果能够‘进化’出一套诊断系统，在如此‘嘈杂’的环境下仍然可以检测到‘信号’，那就会大有用处。”话题二微型世界有奇观

除了肉眼看得到的世界，显微镜下还有另一个奇妙的世界——微生物界。细菌、真菌、病毒都是这个世界的公民。它们个个本领高强：有的可以吃掉塑料，扮演大自然的清道夫的角色；有的可以在细胞间穿梭，转移基因密码；有的可以发出荧光，形成迷人的景象。在与人的关系上，它们有的学会了与人类互利共生，有的给世界带来了疾病和灾难……而我们对它们的认识，才刚刚开始。巨型微生物撰文：凯瑟琳·哈蒙（Katherine Harmon）翻译：朱机NTRODUCTIONI

不要以为地球只被体型硕大的动物所占有，也许真正称得上是庞然大物的生物反倒是微生物。海洋中生物总量的90％可能都是微生物，一份报告显示，每升海水中拥有的微生物就可能超过10亿个。作为地球上最大的生命群体，微生物对全球气候起着十分重要的作用。

谁才是海洋中真正的庞然大物？不是体形硕大的鲸鱼，也不是神秘的霸王乌贼，反倒有可能是微生物。根据为期十年的国际海洋生物普查计划（Census of Marine Life project）收集到的数据，海洋总生物量的半数以上，甚至可能高达九成，都是由微生物组成的。

这一估测得益于高通量DNA测序技术。测序结果暗示，微生物种属有可能比过去认为的数量多出百倍。种属数量的增加也提高了对单个微生物数量的估计。2010年4月，普查计划的科学家报告说，原以为每升海水当中含有大约10万个微生物，实际拥有的微生物可能超过10亿个。高通量DNA测序技术在分子生物学研究中，DNA的序列分析是进一步研究和改造目的基因的基础，高通量DNA测序技术可以一次对几十万到几百万条DNA分子的序列进行测定。富饶的海洋：正在进行的海洋生物普查计划，在非洲沿海的海床上发现一种名为Culexiregiloricus trichiscalida的微生物。

这些小小的生物聚集起来，能创造出这颗星球上最大的生命群体。普查科学家在南美洲太平洋海岸的海床上，就发现了一片巨大的微生物席，差不多有希腊国土那么大（希腊国土面积约为13万平方千米）。

虽然单个微生物个头很小，它们在全球气候中的作用却很大。在它们的帮助下，空气中的二氧化碳被转变为可用的碳及氧化性海洋底泥，促进海洋养分循环。不过，随着全球气候变暖，预计将要发生的海洋温度、溶解气体和海水酸性的变化，对这些微生物是否会造成很大影响？对此，我们却知之甚少。研究人员已于2010年10月在英国伦敦公布全部普查结果。国际海洋生物普查计划在浩瀚的大海中，有着种类繁多的海洋生物，它们有些已被人类所熟知，有些则仍然等待着我们去探索与研究。国际海洋生物普查计划就是这样一个以评估与解释海洋生物的分布、丰度与多样性为目的的全球性计划。通过这项计划，人们不仅能够了解今天的海洋生物世界，更有可能知晓它漫长的历史与遥远的未来。在这个计划中，研究人员从海洋生物的族群、物种与基因这三个层次入手，记录海洋生物的种类、数量与分布，还通过图像了解特定海洋生物的栖息地的历史变迁。这一系列的观察与研究为海洋生物多样性研究体系的建立打下了基础。目前，国际海洋生物普查计划正在蓬勃地开展之中，吸引了70多个国家、300多名科学家参与，相信在不久的将来，这项计划必将为人类对海洋资源的保护、开发与利用提供坚实可靠的科学技术支持。原核生物的“拿来主义”撰文：卡丽·阿诺德（Carrie Arnold）翻译：崔略商NTRODUCTIONI

从胃酸到深海火山，无处不在的原核生物是如何去适应环境变化的呢？原来它们可以通过水平基因转移不客气地把邻近的微生物的基因拿来占为己用。这种“拿来主义”让它们获得了全新的功能（比如耐药性），从而不断进化。

细菌和古细菌（统称原核生物，prokaryote）几乎在哪儿都能生存，从胃酸中到深海火山口，你都能看到它们在快乐地分裂着、繁衍着。它们之所以能在这么多地方茁壮成长，是因为它们的基因组灵活得令人难以置信：几乎可以随意改变、丢弃和复制基因。科学家早就认识到，原核生物还可以从它们的邻居那里获得基因（这会促进耐药菌的产生）。只不过，科学家曾经认为，细菌并不是随时可以通过这种方法获得新基因（即水平基因转移，horizontal gene transfer），仅当环境压力增大时才会发生，比如遇到了强力抗生素。原核生物原核生物是由原核细胞构成的生物，如细菌、蓝藻、支原体和衣原体等。其特点是细胞核无膜，不具有完全的细胞器，主要的遗传物质为环状DNA且不与组蛋白结合。

2011年，《公共科学图书馆：遗传学》（PLOS Genetics）上发表的一项研究发现，原核生物经常从邻近的微生物获得基因。当一个细菌通过一种“桥梁”（如一种病毒），从另一个细菌获得遗传信息时，就可能发生这种基因转移，并且这种转移可能发生于两个不同种属的原核生物之间。

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