人類基因變異到底有多神奇?從「蜘蛛俠」到「綠巨人」

2020-11-29 中國青年網

　　文章來源：科學大院微信公眾號

　　生命的延續是遺傳信息的傳遞，遺傳物質核酸(DNA/RNA)揭開了人類認識自我和生命奧秘的微觀世界。

　　2015年的諾貝爾化學獎授予了瑞典、美國、土耳其三位科學家，以表彰其在「DNA修復的機制研究」做出的卓越貢獻。

　　人體細胞共約有40-60萬億個，而人類基因組卻是由23對染色體組成，其中包括22對體染色體、1條X染色體和1條Y染色體，含有約30億個DNA鹼基對。人體之所以能夠精準地完成生命信息的複製和遺傳過程，要歸功於人基因組的「超強糾錯功能」。

　　然而，人類基因組是否有可能發生突變呢？

　　蜘蛛俠(Spider-Man)是美國漫畫超級英雄，他本名彼得·班傑明·帕克(Peter Benjamin Parker)，原是一位普通的高中生，後意外的被一隻受過放射性感染的蜘蛛咬傷後，獲得了蜘蛛一般的超能力。

電影蜘蛛俠海報

　　這種被輻射感染的蜘蛛咬傷後，使得人類自身的基因組發生突變的科幻場景，是否具有科學依據呢？

　　如果只是蜘蛛毒素的作用，恐怕難以實現；然而，如果考慮到蜘蛛體內存在另外一種生物——逆轉錄病毒，那麼，情況有可能會這樣發展。逆轉錄病毒在生命過程活動中，有一個從RNA到DNA的逆轉錄過程，即在逆轉錄酶的作用下病毒基因整合到人類細胞的遺傳物質中，而輻射可引起病毒逆轉錄的變異頻率和重組速率的大幅度提升。

　　逆轉錄病毒為RNA病毒，它們的基因組編碼在一條單鏈RNA上，病毒具有穿透細胞的能力，可有效地感染幹細胞、組織細胞、皮膚細胞等多種類型的細胞；當病毒進入細胞，通過逆轉錄作用，RNA即轉變為雙鏈DNA分子，DNA進入細胞核並整合在宿主細胞基因組中。以病毒作為載體通過感染的方式可以將外源功能DNA 導入到人的細胞染色體中。

　　由此，他獲得了超凡力量和敏捷速度，可以在物體表面上行動自如。"能力越大，責任越大"，一位打擊犯罪的超級英雄「蜘蛛俠」誕生了。

　　除此之外，人類基因變異還具有更大的可能性嗎？

　　再舉個美國漫畫中的例子。核物理學家羅柏特·布魯斯·班納(Robert Bruce Banner)博士在一次意外中被γ炸彈放射線大量輻射，身體產生驚天異變，一旦他情緒憤怒心率驟增的時候就會變成綠巨人。

電影《Hulk》海報

　　γ射線真的可以誘發基因突變嗎？ 生物體在受輻射條件下，將誘發生物體的DNA鏈上發生鹼基序列或結構的改變，由於鹼基序列或結構的變化導致了所編碼蛋白質的合成或酶的活性，生物體隨之發生性狀的改變。

　　正常的生物具有修復DNA損傷的能力，而在電離輻射的作用下，由於其所誘發的基因突變頻率與射線的劑量大體成正比例；若少數未經修復的損傷發生複製，則錯誤信息的DNA鹼基順序會被編入到後代的DNA中去，於是就導致變異。

　　一般來說，核爆炸會產生貫穿輻射，主要由強γ射線和中子流組成。由於γ射線的波長非常短，頻率高，因此具有非常大的能量而且穿透本領極強。人體受到γ射線照射時，γ射線可以進入到人體的內部，並與體內細胞發生電離作用，甚至導致基因突變，而產生機體的重大變異。因此，班納博士獲得驚人的力量和速度，超強的精力和耐力以及非凡的重生治癒能力，成為不可思議的「綠巨人」浩克。

　　當然，能夠使基因發生突變的方式不止這兩種，而且，也並非每一種變異都可以像科幻中那樣獲得超能力，基因的變異是一個非常複雜的過程，這不是短時間內就可以成功的。

　　不過，生命的本質和起源一直是人類孜孜不倦探索的永恆主題，對於自身的遺傳和進化更是這一主題中的焦點；然而，人類對自身的生命奧秘並未能完全掌握，科幻也是基於一定的科學原理做出的設計，對潛在未來科技的前瞻探索。人類成功登陸月球邁向太空，何嘗不是對古人「舉杯邀明月」感懷的科學實踐呢？ 作者：劉歡(中國科學院武漢病毒研究所)

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