有变则通,有通则久。

May 21, 2021

一上班就收到了《云南蝴蝶大爆发》的直播推送,前段时间在热搜上看到时就颇有兴趣——上学时跟随学院里的两位老师一起到山里观测过蝴蝶,其中一位是生物鉴定达人,另一位则是昆虫学家,他们都是我尊敬的启蒙老师。

蝴蝶这件事,越想越觉得有意思。毛虫与蝶,同一套基因组,却活出截然不同的两世——并非基因被替换,而是在变态发育中,同一套遗传信息被重新"解读",犹如换了一套剪切方案,羽化出全新的形态与功能。这让我想起古人说的那句

有变则通,有通则久。

放在分子生物学的语境下,竟意外贴切。

人类基因组只有两万多个基因,却构建出如此复杂多样的生命系统,奥秘很大程度上就在转录后的选择性加工里。DNA转录出的初级mRNA,包含编码序列(外显子)和非编码序列(内含子),内含子需被剪切移除,外显子相互连接,才能形成成熟的mRNA。但剪切并非只有一种结果——同一个初级转录本,可以保留或跳过某个内含子、包含或排除某个外显子、甚至改变外显子的连接顺序,一套排列组合下来,一个基因能产生数十甚至数百种mRNA变体,翻译出功能各异的蛋白质。

这便是可变剪切(Alternative Splicing)。

同一基因在不同组织、不同发育阶段,通过不同的剪切方式产出不同的蛋白质——以神经系统为例,同一基因经不同剪切,可产生对不同神经递质敏感的离子通道蛋白,决定神经元信号传导的特异性。

另一种同样精妙的机制是可变多聚腺苷酸化(Alternative Polyadenylation)。

mRNA的3’端通常添加poly(A)尾巴,保护其不被降解并协助翻译,但mRNA上可能存在多个潜在的多聚腺苷酸化位点。当细胞选择靠近转录起始点的位点时,3’端更短,调控序列也更少,mRNA更易被降解;而一些调控元件位于3’端远端,选择近端位点时这些元件便被遗弃,影响mRNA的细胞内定位和翻译效率。细胞正是通过选择不同位点,来精细调控mRNA的寿命和翻译时机。

基因数目有限,却通过这些"变化"极大地拓展了表达的多样性——有限的遗传信息,生生不息。

云南是下一届《生物多样性公约》缔结大会要召开的地方,但正如我们之前看到的,云南瑞丽由于地理位置特殊,遭遇了疫情反扑(病例已于 4 月底清零),使原本推迟到今年 5 月进行的大会又再次把时间调整到 10 月份,不然刚好能够赶上这番壮观的景象,实在可惜。

如果没有记错,明天是国际生物多样性日。

生物多样性为什么如此重要?这取决于人们对生态系统的自然修复能力的态度是否乐观,出于我们的伦理,以及对复杂的敬畏。在物质极大丰富的时代,智人占有的自然资源和掌握的科学技术,换来寿命的延长和物种的安定,至于这些在多大程度上威胁到其他生物的生存,我想并不容易界定,至少我目前还只是在思索濒危物种在生态系统的作用是否早已被边缘化这个问题的阶段。

一种稀有生物的灭绝对目前这代人的影响大都不是肉眼可见的,不过我们还是尽可能从可持续的角度出发。持对立价值观的人则少有为资源忧虑,但也仍然会面对疾病的挑战。病毒是一种简单的生命形式,在全球化背景下带来了空前规模的疫情。癌变则像一套 23 册的书卷(每本约 1000 页),仅仅出现了 40-60 个排字错误,却成为了生命最困难的终极战役。

幸好,有一部分高明的人(但愿他们并不是自诩"智人为地球的主宰")考虑到各个物种在系统中隐约发挥着一定的生态作用,而且对这些生物而言,一生的课题仍是自然资源,提倡人们采取行动,关注生物多样性保护。

我深受感染。

从基因的可变剪切到物种的多样并存,“变"是生命应对有限资源的根本策略——一个基因通过不同的剪切方式产出多种蛋白质,一个生态系统通过不同的物种组合维持韧性,逻辑同源,尺度不同。

祝愿后疫情时代的世界,健康和平,焕发新生,羽化成蝶。