吃饭时，菜叶和果实被我们的牙齿大卸八块，在肠胃里粉身碎骨。这个过程释放出的蛋白质、碳水化合物、脂类进入人体，顺着血液发配各处，给身体添砖加瓦。但这可能不是故事的全部——南京大学生命科学学院的张辰宇教授发现，植物中还有一些小分子也会进入人体，可能反客为主，控制人体的基因活性，以更主动的方式影响身体。这些嚣张的小分子就是微小核糖核酸（微小RNA，miRNA）。这项研究发表在《细胞研究》（Cell Research）。为了深入了解这项颠覆常识的研究，笔者采访了张辰宇。

顾名思义，微小RNA个头很小，只有19-24个核苷酸；它不是植物的专利，动物也有。不管植物还是动物，它们对细胞生长代谢非常重要。但学界一直认为，自产的微小RNA只供自己使用；从没想过植物的也可能在人体内存活，甚至履行杀手职责。张辰宇寻思，为什么不行？

那些顽强的微小RNA

为了试探一下猜想，张辰宇的团队先找了一帮人，抽他们的血，在里面寻找植物微小RNA的踪影。结果发现，人的血液中竟然藏匿了至少40种植物特有的微小RNA！植物中本有上千种微小RNA，按照前人的认识，这些微小RNA应该经受不了消化道的历练，但现在张辰宇的实验证明，确有极少数能存活下来，这是一个惊人的发现！

为什么这些少数微小RNA能存活下来，张辰宇说他也不知道。不过他发现，在存活下来的40多种微小RNA当中，两种编号为MIR156a和MIR168a的尤为顽强，浓度竟和人体内本身的微小RNA浓度在同一量级。再一查，这两种微小RNA可是有头有脸，它们在大米和大白菜中最为丰富（生米中最多，米饭煮熟大约还能剩下近4成）。除了稻米，在小麦中MIR156a也含量不菲，而和前人的研究结果不同的是，MIR156a在张辰宇团队的检测中却不见踪迹。

好，既已在人体内发现源自植物的微小RNA，那它们是否确实来自饮食？在动物体内又能起到什么效果呢？张辰宇团队拿大米里含量很多的MIR168a开刀分析。

[水稻（Oryza sativa）微小RNA MIR168a 的二级结构。图片来源]

老鼠爱大米……实验就拿小鼠做。

微小RNA跨物种“谋杀”

通过给小鼠喂食生大米，科学家发现它们的血液和肝脏中，MIR168a的浓度确实因为饮食中MIR168a的增加而增加了。增加后会产生什么其他的影响呢？

要预测植物微小RNA的增加能造成什么样的生理结果，得先明白微小RNA是如何工作的。在细胞里，DNA像写满遗传信息的蓝图，在适当的时候被“复印”成信使RNA（mRNA），再去指导蛋白质的合成。而微小RNA就像杀手，非常有目标地找到自己要谋杀的信使RNA，让它们没法继续变出蛋白质。当然，微小RNA找目标不看照片，而是看信使RNA和它的匹配度，要是信使RNA上某些片段它们恰好能结合上去，这些信使RNA就被视为该死的目标。那么来自植物的MIR168a在动物体内的谋杀目标是谁呢？

经过序列比对，科学家们推测，它在动物体内确实有一个信使RNA目标，这个信使RNA指导合成“绑架”低密度脂蛋白的蛋白，这个绑架者主要分布在肝脏。也就是说，MIR168a这个微小RNA专门对付绑架者，MIR168a若是升高了，肝脏里绑架者就少了，低密度脂蛋白不受绑架，在血液里的浓度就会慢慢积累变高。

果然，他们发现，吃了大米以后，小鼠体内MIR168a很快升高，3天后，血液中低密度脂蛋白胆固醇也变多了。这一切都验证了张辰宇的猜想，同时让科学界难以置信：来自植物的微小RNA竟然是一个超级杀手，可以跨物种执行谋杀任务！

一方水土养一方人

可是，如果植物这么厉害，吃下去还能调节我们的基因，那我们是不是该对它们敬而远之？张辰宇认为这种担心毫无必要：“不用怕，这种现象要在人体内成立，还需进一步证明。而且，即使这种调节途径是存在的，我们在亿万年演化中也一直被调节着，身体早就达到了平衡。”

不过，他指出，他的这项研究或许为中国老话“一方水土养一方人”找到了科学注脚，因为，如果小鼠实验里得到的结果真的能推演到人类，或许就能解释为什么东方人和西方人相比，虽然不那么胖，也会得糖尿病——因为东方人以大米为主食，西方人的饮食则以面包为主，“因此吃米和吃面可能是不一样的”，张辰宇说。当然，饮食能影响人体的因素很多，微小RNA的调节只是一种猜测。（关于东方人和西方人的差异，大家可以各抒己见。）

归根结底，目前生物体的实验还处在小鼠的阶段，将小鼠的结论直接推广到人还有些大胆。而且最重要的是，微小RNA的跨“界”调节到底是通过什么机制发生的呢？只有明确发生机制，才能更好地解释现象，更好地指导未来的应用。这是摆在张辰宇面前的一道难题。

机制研究尚待更精彩实验

根据以前的研究，张辰宇知道血液中的小囊泡可以把微小RNA装载起来，运送到身体其他部分，于是他猜测，小肠绒毛也可能把游离在附近的来自植物的微小RNA吞进来，包裹进小囊泡，再吐到血管里。随后，囊泡顺流而下，若是行至肝脏，这些囊泡可能被肝细胞吸收，微小RNA被释放，于是结合它的目标信使RNA，让低密度脂蛋白的绑架者减少，造成血液里的坏胆固醇升高。 这个过程听起来像破案故事一样激动人心！然而要想证明却非易事——想想，怎么才可能亲眼看到这个过程呢？到现在，科学家们也还没能在完整的生物体里证实这个猜想，只能说向这个方向做出了努力。

张辰宇团队使用人体细胞模拟了上述场景。他们首先把大量合成的MIR168a微小RNA“喂”给体外培养的（也就是在平皿里培养的）人上皮细胞（小肠绒毛就是一种上皮细胞）。接着收集这些上皮细胞分泌的小囊泡。再转移给在另一个平皿里培养的肝脏细胞。然后他们发现， MIR168a所要谋杀的绑架者在肝脏细胞里的量果然减少了。

这样的细胞实验确实证明了张辰宇的猜想的机制是可行的，然而它毕竟是在相互分隔的两种培养细胞之间做的，而不是在生物体的层面，所以这套机制只是被初步验证，远非确凿。想要确凿地说清植物微小RNA对人体的作用机制，还有待更精彩的实验。 由于张辰宇的研究颠覆常识，而且在几十种存活于人体的植物微小RNA中，只发现MIR168a这一种会对动物产生作用，因此有人认为他的结果或许是巧合。来自捷克科学院分子遗传学研究所（Institute of Molecular Genetics in the Czech Republic ）的Petr Svoboda认为，在张辰宇的实验中，植物的微小RNA在人体内检测到的量很少，这个浓度的微小RNA是否真的能对人体产生影响值得怀疑。

张辰宇对此进行反驳，他认为“含量少是要看和什么对比”，MIR168a的浓度虽然占人体微小RNA的总量少，但它和人体自身的一些微小RNA浓度相当，足以发挥功能。

不管怎么说，植物里能对动物起作用的因素有很多。这项研究仅仅说明，植物或许还存在这样一种途径，来对动物的身体进行调节。可以相信的是，在演化的尺度上，虽然动物同植物共同走过的岁月短得无足挂齿，在分类学上，虽然它们确实被归纳在遥远的两端，但动物和植物一直在用各种方式共同影响、彼此渗透，甚至传递信息。我们正绞尽脑汁，试图参透这段距离间千丝万缕的联系。

本文为修改版，已发表于果壳网 健康朝九晚五主题站 《大米的逆袭：植物操纵了我们的身体吗？》。感谢网友Boston和[S]Kaelthas对文章的指正。老猫 对此文亦有贡献。

2007年夏天，业余生态摄影爱好者亚特斯（Bruce Yates）在加勒比海拍摄短吻柠檬鲨。在拍摄的照片里，亚特斯发现那条鲨鱼摆了一个标准的右侧45度角的pose，瞪着小眼睛咧着嘴，很狡黠。

鲨鱼为什么会笑？这还真不好回答，因为笑学家（gelotologist）们连人为啥要笑这么可笑的问题的答案都达不成共识。莫笑，真有笑学(gelotology)这么一门学问。读者可能很不屑，人为啥发笑？乐呗！此言其实差矣，笑其实还真的很复杂。

笑不露齿是基本的礼仪。事实上，在大部分哺乳动物的“语言”里，露牙是恐吓或者攻击的信号。狼经常这样做，狗也一样会提起上唇露出牙齿，压低头部，双耳前伸。

对婴儿的观察研究告诉我们，我们的第一个笑大约是3-4个月的时候出现的，而且笑的对象必定是自己的母亲。而哈哈大笑呢？想要让不会说话的小奶孩哈哈笑，百试不爽的方法就是把她/他抛起来再接住。抓痒痒肉是怎么回事？那不过是来自未知的触摸带来的恐惧感，而后发现不过是无害的熟人的手带来的恐惧感解除的结果。自己挠？除非你想象力太丰富，否则不会带来恐惧感；陌生人？那是性骚扰，恐惧感不会解除。没有恐惧，就没有笑。

别的动物会不会笑？这取决于你如何定义笑。动物学家们早就发现与我们相近的几种大型灵长类动物也有类似笑的反应。黑猩猩和倭猩猩“痒痒肉”的分布都与人类很相似：它们喜欢挠胳肢窝和肚皮。由于这些猿的声带结构跟人类不一样，因此它们只能嘿嘿笑，想知道那是一种什么声音？请回忆一下《生活大爆炸》里Sheldon的笑声……

2005年，美国的三位动物行为学家发表了一篇题为《播放狗笑声诱发救助站内狗只压力释放相关行为》的论文。这三位把他们认为的狗笑声录音，放给那些被救助的可怜狗儿听，结果狗儿们听到后纷纷向房里的其他狗低头，做出狗的行为中叫作“玩耍性低头”的动作。快乐会传染，狗儿也懂得。那狗笑声是什么样的？比通常的喘息声更急促更强，类似“嘿嘿嘿嘿”，养过狗的朋友都明白。

其实，会笑的动物远比你想的更“低级”。2003年，另外两位美国生物学家发表论文《笑鼠和人类愉悦感的进化》向我们展示了一种可爱的小动物：它们会对挠痒痒上瘾，会笑着追逐打闹。这动物就是耗子，它们的笑声我们听不见，那是超声波。

即便如此，我也可以打保票，开头那条鲨鱼展示的不过是一种“奥巴马式的微笑”———只是看起来像笑而已。其实，我们太容易被这种看上去像笑的东西所蒙骗。比如海豚，造物主给了它们天生的上翘嘴角，使得这种海洋哺乳动物温和的形象深入人心。其实海豚不但滥交成性，而且喜欢滥杀无辜。但在人们心中，海豚仍是微笑天使。

——有关二维、三维，以及生物如何企图抵抗物理定律的故事

在达尔（Roald Dahl）的童话名作《好心眼儿巨人》中，一个二十四英尺（1英尺≈0.3米）高的巨人要和英国女王共进晚餐，女王的内廷总管是个很聪明的人，很快做出了计算：一个六英尺的普通人要坐在高三英尺，宽一英尺，长两英尺的桌子前，吃两个煎鸡蛋。那么，一个高度是普通人四倍的巨人，就需要高十二英尺，宽四英尺，长八英尺的桌子，吃八个煎鸡蛋，总之，一切都应该乘以四。

于是总管指挥佣人们，用大座钟和乒乓球桌搭了一张临时的桌子，巨人很满意这个座位，但问题是，八个鸡蛋只够他吃一小口。

巨人的桌子是一般桌子高度的四倍，但桌子的大小并不是一般桌子的四倍。当我们说一张桌子桌面“宽一英尺，长两英尺”时，我们讨论的是二维的东西——面积：

普通人的桌子：1×2＝2（平方英尺）
巨人的桌子：4×8＝32（平方英尺）

也就是说，巨人桌面的大小是一般桌子的十六倍。

至于桌子的重量，要先知道桌子的体积才能计算，这是一个三维（立体）的问题，我不太清楚大座钟搭成的桌子是什么形状，所以我假设两张桌子都是最简单的长方体：

普通人的桌子：3×1×2＝6（立方英尺）
巨人的桌子：12×4×8＝384（立方英尺）

巨人的桌子体积是一般桌子的64倍，所以，重量也应该是一般桌子的64倍。

如果把长度放大成原来的四倍，那么，面积会是原来的十六倍，体积和重量则是原来的六十四倍，桌子如此，巨人先生本人如此，鸡蛋亦是如此。回头考虑鸡蛋的问题，我们关心的是它的重量，对巨人来说够吃一顿的鸡蛋，应是普通鸡蛋重量的64倍——我们没有那么大的鸡蛋，但可以用数量来弥补：

2×64=128（个）

在故事里，巨人吃掉第72个鸡蛋时，皇家厨师来报，厨房的存货空了——对于高度是普通人四倍的巨人来说，这其实算不了多少。

如果你要把一个东西变大，一维（高度）上的增加赶不上二维（面积）的增加，二维的增加又赶不上三维（体积和重量）的增加，这是我们这个世界的规则，它决定了大象和蚂蚁哪个更强，猫为什么摔不死，天使的翅膀要有多大，蚯蚓的腰围能有多粗等等问题。

大象一定要有大象腿

面对大象、长颈鹿、蓝鲸和恐龙，我们会慨叹人类多么渺小，但实际上我们是巨兽。在灵长目里，只有大猩猩比人体型大，兽类中最兴旺的家族是鼠辈（啮齿目），其次是蝙蝠，已知的物种中昆虫超过一半。这是一个小东西的世界，我们是遗世独立的巨人。

我们习惯了巨人的世界，对于许多仅出现在巨人世界的特殊问题也不再关心，比如，人腿为什么这么粗？

骨头的强度取决于粗细，越粗壮自然也就越结实，而决定粗细的标准是横截面积——把骨头切开，得到断口的面积，这是一个二维的问题。而动物体重的增加，是三维的问题。如果真有身高是常人四倍的巨人，他的体重将是常人的64倍，骨头的粗细却仅仅是16倍——他等于是站在火柴棍上。

结论是，动物若想长大，支撑体重的腿就必须额外加粗，否则就会被自重压垮。昆虫的腿可以像毛发一样细（可参考 Ent《 [怪物]昆虫怪兽能称霸世界吗？》），而庞然大物——不管是大象、犀牛还是恐龙，腿必然是又粗又壮，猫的骨头只占体重的7%，而大象的骨头占到20%。

下图是三种巨型动物的大腿骨对比——左到右：史上最大的陆地动物阿根廷龙（学名Argentinasaurus，根据为数不多的化石推测，体重超过60吨），大象，人。

即使大象的骨头如此粗，它还是处在岌岌可危的状态。大到这个程度，体重本身就成了一枚定时炸弹，运动能力也受到限制。

浓缩的才是精华

大象可以用鼻子举起250公斤重的木头，考虑到它体型巨大，这个重量只相当于一个人抱起一只猫。小生物的速度和力量，绝对比大动物更令人叹为观止。蚂蚁出去寻粮的运动量，相当于一个人以长跑冠军的速度跑出15公里，然后背回一头整牛。虎甲科的美丽甲虫如果和人一样大，它的奔跑速度会超过300公里/时。

肌肉的强壮度和骨骼一样，是由肌纤维的粗细决定的。如果体重变大，肌肉变粗壮的速度会跟不上体重，看来巨人不仅脆弱，力气也不大。

如果把人缩小到原来身高的1/4，情况就会完全不同。力气减小的速度，比体重减轻慢得多。缩小后他的体重仅剩原来的1/64，肌肉的粗细却是原来的1/16，他的力气也是原来的1/16。假设这个人体重是64公斤，能搬动相当于体重一半的东西，也就是32公斤，现在他体重1公斤，能搬动2公斤——相当于体重两倍的东西。

蚂蚁会让人觉得力大无比，是因为它的相对力量，蚂蚁举起的东西比自身重好几倍，然而，如果把人缩小到和蚂蚁一样，力气也不会比蚂蚁弱。在力量方面，越小越强大。已知所有动物中力量最大的是一种螨虫（学名Archegozetes longisetosus），能拖动相当于自身体重1180倍的重物，它的体长一毫米都不到。

九命猫与春哥鼠

俗话说猫有九命。根据兽医诊所记录，猫跳楼的死亡率大概是10%。一般对此的解释是猫比人灵活，猫可以在空中转成四脚着地的姿势，还可以屈腿来减小冲力，但猫不怕跳楼的主要因素，还是它们的体型，猫比人小太多了。

跳楼的猫除了重力之外，还受到空气的阻力——这个阻力的大小，取决于猫身体的表面能“接”到多少空气，像降落伞一样。

于是我们又遇到了类似骨头粗细的问题。表面是二维的，而体重是三维的，所以体重增长的速度，要快过表面扩大的速度。如果跳楼的不是一只猫，而是一条狗，因为狗的体重远比猫大，能接住空气的表面却不会大太多，结果就是悲剧。一个合格的降落伞应该重量小而面积大，能“兜住”更多空气，在这方面，猫要比狗够格，狗要比大象够格，动物越小越够格——笔者目睹过一只从二楼跳下的兔子，萎靡不振一段时间后死于内伤，小白兔的平衡感毕竟不如猫（请不要在家里尝试该实验）。

生物学家霍尔丹（J.B.S. Haldane）曾经说过，如果你把一只小老鼠顺着管道，扔进一千米深的矿井里，它会愣一愣，随即若无其事地跑掉。但大老鼠会摔死，人会粉身碎骨，马会尸骨无存。

对巨人来说，重力是恐惧和危险的源泉，但对于昆虫来说，重力只是浮云，因为它们微小的体重和大表面，“兜”住的空气阻力足以克服大多数重力。苍蝇可以在天花板上散步，如果你把蚂蚁扔进矿井，它大概是饿死的。

比动物更小的生物根本不知重力的存在。有些细菌体内有细小的天然磁石，起着指南针的作用，指引细菌向北游，这些小东西不是要去北方，而是要下潜到水底寻食——从下面的图可以看出，地球磁场的磁力线其实不是平平地向北，而是略向下倾斜。在巨人看来，细菌的方向感是非常奇特的：知南北而不知上下。人类没有这个问题，是因为我们往下走有重力作先导。

翼若垂天之云

另外一个跟克服重力相关的问题是飞行。飞行需要空气的升力，而承接升力的东西是翅膀，确切地说，是翅膀的表面。

于是，类似猫跳楼的情况又出现了。把小动物变大，它的体重（三维的）会增加很多，翅膀（二维的）表面却增加不了多少，如果大动物想飞，就必须把翅膀额外扩大，来“接住”更多的升力。昆虫凭着玩具般的小翅膀就能飞，蜂鸟这样的小型鸟翅膀也大不了多少，世界上最大的猛禽——神鹰君就必须长一对不合比例的（民间的生动形容：大得像晒席一样）大翅膀。

史上最大的飞行动物是风神翼龙（学名Quetzalcoatlus northropi），根据推测，这种白垩纪的巨型爬行动物翼展达12米，身躯之高大活像一头会飞的长颈鹿，然而它的体重比成人大不了多少（同样是根据推测，90-120公斤）。如果一个天使有这么大的翅膀，也许他也能飞起来的。

对于飞行动物来说，体重是永远的痛。如果放弃飞行，鸟的身材就可以极大地增长。鸵鸟重达90公斤，著名的渡渡鸟（学名Raphus cucullatus）重23公斤，和鸵鸟比不算太大，但它实际上是一种不会飞的鸽子，渡渡鸟现存的近亲是蓑鸽（学名Caloenas nicobarica），一种披着蓑衣般漂亮羽毛的野鸽子，重仅650克。

甜甜圈与蚯蚓

油锅是个很好的教具，我指的不是地狱里的，而是厨房里炸东西的油锅。用来油炸的食物不可以太大，因为油是从表面对食物加热的，大块的东西“三维”重量增加了很多，“二维”表面却没有增加多少，热量无法深入，会炸得外焦里生。

动物身体的“表面”，也面临着同样的问题，它们要接触的不是滚油，而是氧气。原始的动物是用表皮吸收氧气的，像丢进油锅的面团一样。如果动物长得更大，迅速增长的体重意味着需要更多的氧气，而“外面”负责吸氧表皮的长大，却跟不上“里面”肉体的增重，很快就会入不敷出了。

解决办法之一是尽可能扩大面积。油饼很大却很薄，有很大的表面与油接触。但是，采取这一策略的动物形状会非常古怪：寄生在人肠里的绦虫长可达5米，却和一根鞋带一样窄，纸一样薄。

另外一个办法是创造内部器官。甜甜圈据说是一位小学生发明的，在面团中间挖个洞，油不仅从外面，也从里面加热，这样即使很大的面团也可以炸透。蚯蚓仍然用皮肤呼吸，但它有血管，可以把氧气迅速送到身体的各个角落（蚯蚓有粉红色的血，所以有的蚯蚓浑身发红）。澳洲大蚯蚓（学名Megascolides australis）体长超过一米，直径2厘米，比绦虫丰满，不过，还是很像面条。

更精致的内部器官是属于巨型动物的，我们有肺。猪肺放在水里会漂起来，这是因为它里面充满了叫做“肺泡”的空洞，这些小洞使得肺与空气接触的表面非常大，把一个成年人的肺泡全都取出来，可以铺满一间大教室。

靠肉体表面吸收的东西除了氧气，还有食物和水（绦虫就是用表皮吸收营养的），大型生物解决这个问题的办法和吸氧一样，尽可能地扩大表面。小肠里面是毛绒绒的，植物根上布满根毛，这些根毛极细，而且多得令人发指，一棵裸麦在四个月内能长出14亿条根毛。

怕热的裸猿

对于热血动物——哺乳动物和鸟类来说，身体长大还会带来一个问题，与炸甜甜圈恰好相反，不是外面的热如何进去，而是里面的热如何出来。
我们的身体像一个火炉子，不断产生热量，热量是从身体表面散发出来的。于是又遇上了经典的问题：如果“里面”的身体很小，“外面”相对庞大的表皮，就会使大量的热发散出去；反之，身体很大，热量就会蓄积在体内难以发散。一杯水比一澡盆水凉得快，就是这个道理。

最小的鼩鼱（模样很像老鼠，属于食虫动物，跟刺猬是近亲）体重两克，和一粒葡萄差不多，它的热量散发得非常快，必须不停往炉子里填煤。这个小家伙一天要吃相当于两倍体重的昆虫，三小时不吃东西就会饿死。

水能比空气更快地带走热量，海兽中体型最小的是海獭，虽然它体重20公斤，还是要不停进食，再披上一件兽类中最浓密最保暖的毛皮（因为这身珍贵的行头，海獭被捕杀到濒临灭绝）来御寒。

与之相反的是巨兽们。它们面临的问题不是太冷，而是太热，庞大身体内部的热散发不出去。像犀牛和大象这样的巨兽几乎没有毛，大象热的时候就展开大耳朵散热，象耳里有丰富的血管，可以把凉下来的血送往全身。

人类的祖先生活在非洲草原上，经常顶着烈日东奔西走，作为体型庞大的动物，人类必须有卓越的散热能力。虽然没有爪牙之利，筋骨之强，在耐热方面，人在哺乳类中可谓首屈一指。我们能出汗（灵长类中只有人类靠出汗散热的），几乎没有毛，细长，直立的身形，也有助于增加与凉空气接触的面积（有点像长长一条的蚯蚓）。在闷热的夏天，站起来比坐着更凉快，这或许是第一只草原猿直立起来的原因。

• 如果你想了解更多动物散热相关知识，可阅读瘦驼的科普文《大家都来汗一个》

一种抗体会引起MRSA细菌爆炸，而不是分裂，这种抗体给通用型疫苗的发明带来了希望。

MRSA是一种高度耐抗生素的金黄色葡萄球菌，每年光是在美国就要夺走约20000人的生命。虽然有少数抗生素能对抗MRSA，但这种细菌不断地进化出耐药的菌株。

纽约罗彻斯特大学医学中心的爱德华·施瓦茨（Edward Schwartz）和同事们发现了一种抗体，这种抗体针对MRSA内部深处一种称为氨基葡萄糖苷酶（GMD）的蛋白，这种蛋白对于细胞壁裂开起重要作用，使得细菌进行分裂。

此外，这种蛋白质在所有菌株中都具有遗传相同性，因此针对GMD的疫苗具有成为通用疫苗的可能性。

研究团队将MRSA与这种新抗体一起培养。暴露于抗体的细菌或者融合成长链，或者发生爆炸，从而显著抑制细菌的生长。

1月在加利福尼亚州长滩举行的骨科研究学会大会上介绍了这项研究。

来源：《新科学家》网站1月17日报道

崔略商 编译

有研究者认为，由于实验室操作的松懈，不少基因组测序中的数据可能受到了人类DNA的污染，或许有18%的非人类基因组数据受到了污染。

美国康涅狄格大学的Rachel O'Neill和同事检视了2749份基因组数据，包括细菌、病毒、植物和动物。研究人员发现，其中492份数据在某个方面来说很相似：这些数据都包含有一种称为AluY的人类DNA碎片。

只有流感病毒的基因组数据是完全“清白”的，这可能是因为在处理传染病数据这方面有着严苛的规章。相关论文发表在《公共科学图书馆.综合》（PLoS One）。

研究者没有检视人类基因组，不过O'Neill表示人类基因组数据也有可能受到实验室工作人员的污染，可能需要更严格地进行实验室操作，特别是涉及到测序寻找疾病相关基因的时候。

来源：《新科学家》网站2月16日报道、PLoS One 2月16日论文

崔略商 审稿

不论科学家是否愿意，如今的科学研究，早已不再是那种苹果树下思考问题的自娱自乐。发达的传播媒介可以在短时间将那些原本只在学术圈内慢慢流传的研究内容变成地球人都知道的科学故事。对于科学研究而言，这种关注可说是“有利有弊”。公众的关注可以让科学研究得到更大的重视，获取更多的资源。2010年因人造生命话题而大出风头的生物学家Craig Venter就是利用公众关注的高手 (他的故事，可见http://songshuhui.net/archives/45095)。另一方面，如霍金所言，公众因为不理解科学而产生不信任，使关注变成争议。

虽然没人认真统计过，哪门学科哪项技术成为“争议话题”的频率最高。可以肯定，基因工程技术在争议榜上排名一定低不了。在一些公众的眼中，那些穿着白色实验服、戴着手套的研究人员怎么看怎么不靠谱。且不说那些人会不会因为好奇心搞出个哥斯拉来。就说他们手里的试管，里面的微生物都带有人为植入的基因。如果这些微生物跑出实验室，会不会对人类健康或者环境造成重大威胁？现在人类面对的一些棘手疾病，例如H1N1、超级病菌、SARS，会不会是从实验室意外流出的基因工程微生物？

其实，这种对实验室微生物“逃逸”的担忧颇有历史。早在1970年代初期就已经开始，而最早表示出这种担忧的，不是别人，正是一些从事基因工程研究的专业人士。1970年代初，基因工程技术尚处在起步阶段。科学家将DNA片段在体外拼接，制造出重组DNA，再将重组DNA送入大肠杆菌中，使得大肠杆菌产生新的性状或者制造出科学家想要的蛋白质。当时实验所用的DNA片段有不少来自于抗生素抗性基因和肿瘤病毒SV40的基因。于是，一些与微生物直接打交道的研究人员就开始担心，携带有肿瘤病毒基因的大肠杆菌会不会从实验室“泄漏”出来，进入人体肠道，使人患上癌症。也有人担心，一旦经过基因工程改造过的细菌出现在实验室以外，它们携带的抗生素抗性基因是否会传递给其它细菌，导致不惧怕抗生素的超级细菌出现。科研人员的这种忧虑，经过媒体的宣扬，在当时的社会上形成了一股反对“基因工程”的风潮。

当时一本杂志的封面，穿白大褂的科研人员正在改造象征DNA的双螺旋结构，而顶端的凶恶毒蛇造型表明了杂志对于基因工程的态度

到了1974年，担忧达到高潮。包括多名诺贝尔奖得主在内的一批科学家在《自然》杂志上撰文，呼吁在认真研究基因工程风险之前，停止相关的研究工作。这次的呼吁，在科学史上，也许绝无仅有。没有任何证据表明危害存在，没有法律限制，没有政府命令，却要求科学家停止工作。要知道，在那个基因工程的“淘金"年代，任何研究进展都可能意味这巨大的学术荣誉和经济利益。世界上第一个基因工程专利，在1980年被批准后，仅专利费就赚取了超过1亿美元。但是，出于对安全的考虑，绝大部分科学家对呼吁表示支持，停止了手头的工作。

1975年2月，旨在探讨基因工程安全性的学术会议在美国加利福尼亚的阿斯络马召开。数百人参加了这次在生命科学史上有着重要地位的会议，他们中有生物学家、医生、律师、媒体工作者，甚至还有来自冷战铁幕另一侧的苏联代表。在会上，科学家决定开始建立一个完善的系统将研究用微生物给“禁锢”起来，让它们为科研服务，但不会逃出去危害人类健康和自然环境。

这个囚禁微生物的特殊“监狱”主要由两道屏障组成。一道屏障被称为物理屏障（Physical Containment）。在建起这道屏障之前，科学家将实验室中所用的微生物，根据危险程度，划分为了不同级别。各国的分级标准大同小异，以分成四个级别居多，从基本没有危险的一级到最危险的四级。第四级微生物以病毒居多，是指那些能引起人类或者动物严重疾病的微生物，也包括那些从未被发现或者已经宣布被消灭的微生物。2003年非典事件后，“第四级病毒”成为一个在媒体上曝光度颇高的词语。

临床检验微生物等级分布，低风险的二级微生物最为常见（来自永康疾控网-实验室生物安全讲稿）

所谓物理屏障，就是针对这四级微生物所设立的四个实验室防护级别。从简单到最严密，分成P1、P2、P3和P4四级，这其中的P就代表物理屏障 Physical Containment。针对不同等级的微生物，物理屏障必须做到保护操作人员不受到微生物的危害，同时还要防止微生物被“泄漏”到实验室以外。以常见的 P2级实验室为例，操作人员需要穿着实验服，戴手套，在生物安全柜中对微生物进行处理，以避免直接接触微生物。P2实验室的废弃物必须经过高压灭菌后才能丢弃，保证了微生物不会“逃逸”。而要求最高的P4级实验室中，从穿着正压防护服保护操作者，到完全独立的建筑及配套设施来隔离微生物，所有配置都以最危险的微生物为假想敌。

电影《恐怖地带》的剧照，全身正压防护服是P4实验室的标志之一

物理屏障虽然严密，但是它的效果完全依赖于操作人员的素质和认真程度。违规操作，例如为了图省事，把三级微生物带到P2实验室操作，就会使得屏障失去作用。根据墨菲定律(Murphy's Law)，会出错的事总会出错。把“禁锢”基因工程微生物的希望完全寄托在操作人员永不出错上，显然是不可靠的。于是，科学家又设计出另一道屏障，生物屏障(Biological Containment)。

墨菲定律： Anything that can go wrong, will go wrong

生物屏障的设计思想是设法基因工程所用的微生物只有在人造环境中才能正常生长。即使发生意外“逃逸”，也不必担心这些微生物会在自然界或者人体中兴风作浪。因为离开了特殊的人造环境，它们会迅速死亡。与有形的物理屏障不同，生物屏障是无形的，但却更加严密。

生物屏障也有相应的分级系统。安全性从低到高，分为EK1、EK2和EK3三个级别，不同的微生物的分级标准有所不同。以基因工程中最常用的大肠杆菌为例，EK1标准是所有基因工程用大肠杆菌必须要达到的最低标准。符合EK1标准的菌株必须没有危害健康人群的能力，也很难在自然界或者人类肠道内存活。与 EK1相比，符合EK2或者EK3标准的菌株必须做到生存力更差和可能致人生病的几率更低。

第一个达到EK1标准的大肠杆菌是一个编号为K12的菌株。1922年，微生物学家从一名康复期白喉病病人的粪便中分离得到了原始的K12。其后整整五十年，K12都是在斯坦福大学的实验室中度过。而它生存的环境也从人类的肠道变成了人工配制的培养基。考虑到大肠杆菌每20分钟就能繁殖一代，50年的人工 “驯养”实在是非常的漫长，漫长到让K12丧失了一些最基本的生存能力。例如，普通的大肠杆菌能产生一种称为生物薄膜(Biofilm)的物质。生物薄膜可以帮助大肠杆菌牢牢附着在潮湿的物体表面，这对于大肠杆菌在人体内的存活意义重大。另外，生物薄膜能让大肠杆菌对抗生素和去污剂的抵抗力上升几百倍。有生物薄膜覆盖的大肠杆菌细胞对于外界环境的变化的反应也变得更为迅速。但是，被“驯化”的K12菌株却不具备产生生物薄膜的能力，以致于它根本无法在试管以外正常存活。科学家正是利用了K12的低生存能力，让它“安心”地为科研服务。

到了1976年，在K12的基础上，科学家又培育出了能符合更严格要求的EK2标准的新菌株。因为恰逢美国200年国庆（1776建国），新菌株被命名为 x1776。x1776比K12更为“虚弱”，惧怕阳光，惧怕稍稍偏高的温度，对普遍存在于人类生活环境中的微量去污剂很敏感。更重要的是，x1776的胃口非常特殊，它需要一种在人类肠道中根本不存在的物质，二氨基庚二酸，才能存活。因此，除了人工添加了二氨基庚二酸的培养基，x1776哪里也去不了。

目前，常用于生物学研究的大肠杆菌菌株，如DH5α，BL21等等，大多源自K12，全部符合EK1或者EK2安全要求。

为了让生物屏障更加严密，除了安全菌株，科学家还配套开发了安全载体。所谓载体，顾名思义是一种运载工具。在基因工程中，载体把科学家感兴趣的DNA片段带入宿主细胞内，并且帮助DNA片段在细胞内实现自我复制和指挥蛋白质合成。基因工程中，最常见的载体是一种头尾相连的环形DNA分子，叫做质粒。为了满足生物屏障的要求，科学家对质粒进行了改造，开发出了安全质粒。安全质粒不具备在不同细胞间转移的能力，也就是说它自始至终只能呆在一个细胞中。安全质粒与安全菌株配合使用，就形成了一个双保险。即使发生细菌“逃”出实验室的意外，在其短暂的存活期内，装载在安全质粒中的外源DNA也会被牢牢锁定在细胞内，直到细胞死亡。

图中的绿色环状物就是载体。载体将外源DNA的带入细胞，并帮助它在细胞中“安家落户”和发挥作用。
安全载体只会呆在它最初进入的那个细胞

从1970年代初到现在，基因工程的研发和运用已经走过了将近40年的岁月，在医疗、农业等方面贡献颇多。可以说，基因工程满足了人们希望科学技术提高生活水准的愿望。另外一方面，最初那些担忧者所设想的恐怖微生物灾难并没有在现实中发生，科学家用事实答复了民众当初的怀疑。这四十年的安全不是简单的幸运，而是科学家一系列努力的结果。如今的世界，同样存在一些争议颇大的科学技术。简单的“立”或者“废”，都不能有效解决问题。如何在技术发展之初就预测它可能产生的负面影响，在负面影响产生之前构建起一个系统防止影响的发生，在系统可能出现纰漏前设法完善系统，才是实现趋利避害的好方法。

参考资料
【1】Summary Statement of the Asilomar Conference on Recombinant DNA Molecules

【2】Can laboratory reference strains mirror "real-world" pathogenesis?

【3】Isolation of an Escherichia coli K-12 Mutant Strain Able To Form Biofilms on Inert Surfaces: Involvement of a New ompR Allele That Increases Curli Expression

【4】Asilomar Conference

【5】Biofilm

【6】The Paul Berg Papers

【7】The Biosafety Levels