生命之树(Tree of Life)是将所有生物种类联系在一起的、蕴涵着巨量信息的系统进化树,在这棵“大树”上,将包括现存的和灭绝的生物谱系。
绘制完整生命树这事儿,科学家们已想了很久,远从鼻祖达尔文说起,进化生物学家们就试图通过各种技术手段为地球上多姿多彩的生物种群理出一个“家谱”。
19世纪以来,生物学领域3项伟大科学成就“细胞学说、达尔文生物进化论和孟德尔遗传定律”,为生物技术的发展奠定了重要理论基础。20世纪50年代DNA双螺旋结构的解析,又开创了在分子水平上揭示生命现象本质的新纪元。目前全球科学家们正在利用系统学、基因组学、发育生物学、生态学、生物信息学等科学手段探索重建生命之树的策略和技术。
6月3日到7日,世界进化领域一批活跃的科学家们汇聚北京香山卧佛寺宾馆,召开“生命之树国际学术研讨会”。会议吸引了来自植物、动物、微生物等多学科的研究人员clash 多节点解析,旨在共同推动国际生命科学特别是进化生物学的发展。
一般纯粹的高水平学术会议都是小圈子的“盛宴”。这次研讨会是国际上规模首屈一指的生命之树研讨会。来自美、德、日、加等国的著名科学家使这个会议具有足够的号召力,原本预计请150多位学者参加,报名人数却超过了180人,让主办方多少有些措手不及。从中也可一窥生命发展的探索确是一块巨大的“磁石”,吸引着越来越多的科学家的注意力。
美国耶鲁大学教授Michael J.Donoghue在接受《科学时报》采访时说:“在这个领域,中国是一支重要的研究力量,我认为,中国科学家是领军人物k2p n1 clash。”
但会议学术主席clash升级攻略、中国科学院院士洪德元在听到记者对这个评价的转述时忙说:“国内的科学家只是零星做了一点工作,虽然这些工作都和生命之树切合,但真正具有规模、系统的研究还没有正式启动。在这方面起步早还是要首推美国,我们只能说在这个研究领域里中国科学家占有一席之地。”
无论是Micheal J.Donoghue还是洪德元对这一点都非常肯定:科学家们至少已经知道这棵“大树”上的1000万个节点,但是对于丰富多彩的生命,人类掌握的仅仅只能算是一点,还有很多节点、支脉有待科学家们去发现和探索。他们都说“现在,只是开始!”
有强大财力支持的美国生命树研究,在四五年前提出了一个框架后,才算正式进入规模、系统化研究阶段,明年美国的生命树研究将进入第二期。来自北卡罗来纳州立大学的向秋云教授对《科学时报》解释:“在美国有专门的基金支持生命之树研究。尽管如此,欧美的研究也并不完美,他们对生命之树描述的树枝可以很密,但主干怎么摆却还有待完善。”
“要想把整个生物界的关系理清楚,像排家谱一样明了细致,是一项说起来简单,做起来难的研究工作。”洪德元在接受《科学时报》专访时说。
利用基因测序技术来绘制这棵树的时机已经到了。为了得到可信度高的生命之树clash 多节点解析,,科学家上世纪80年代就开始利用基因序列来推断各种生物的演化历史。
但是生物界世袭图谱的复杂性在于:基因带有生物的遗传讯息码,不会受到生物个体后天生长情况的影响,比起外在特征更可靠。例如,透过几个基因的比较,科学家就能安排出不同动植物和微生物之间的亲缘关系。可是这个方法的问题是,利用单一基因绘出的生命树往往缺乏足够的可信度。每个基因都有不同的故事,因为都经过了不同的选择压力,于是它们带有的讯息包含了选择的结果和生命的历史。所以不同的基因就能做出不同的生命树,简直就是在“百家争鸣”,给科学家们带来无尽的困惑。
“生物之间的关系充满趣味,找出它们的特征或者特性很有价值。这就是国际生命之树正在研究的。”向秋云说,“目前,中国科学界首次向国际提供了生物材料的编目。未来将开展的国际合作,可以使外国的科学家们能够共享中国的样材。”
洪德元介绍,“对于生命树研究的介入,我们希望像当年人类基因组一样,中国加入到这项研究中去,我们目前不缺少年轻的研究力量,需要的是组织和经费的支持。”
国家自然基金委是这次会议的主办方之一。前来参加会议的自然基金委副主任朱作言在接受采访时说:“自然基金委的资助原则是科学家们自由申请,公平竞争。”
对于生命树的现实利益和未来发展,接受《科学时报》采访的中国专家都看得很清楚。“所有的生物都连在一棵大树上,谁和谁是近亲,对未来生物的保护利用有很大好处,比如,一种植物的药物研究已经很清楚,根据那树上排列的关系,科学家们就可以做出预测,哪些植物也可能具有和亲戚一样的药性。”会议秘书长陈之端研究员脱口而出生命树的一大功用。
“现在虽然动物志、植物志都有,但查找有困难,对于非专业的人更像是磨难。生命树则直观而且体系清晰,并更精确。无论是高等、低等物种,甚至单细胞、真核,都可以顺着大树的枝蔓找到它的直系亲属。”
对地球生命史精确的了解,不仅能满足演化生物学家的好奇心,对新药开发、作物改良、新发疾病的研究和生态保育也都非常重要。这些研究看上去很基础,实际上可直接在产业中利用clash 多节点解析,诸如医药、园艺等方面的一些研究成果都可以直接形成产业。
中国丰富的物种使国内的科学家们坐拥“资源银行”,在同行中作出了很多骄人的成绩,洪德元说,“别的学科我不敢说,但据我所知,植物中银杏、水杉、豆作科等都是中国独有的,这些科下辖二三百个属。另外,很多植物我们虽然不是独有,但我们最多,比如杜鹃科,我国占到70%,因此在细微划分时,那就只能首推中国了。”
他介绍,在稻属中,水稻是全世界23个种之一,中国科学家目前已经把水稻的族谱理清楚了,这虽是生命之树中一个很小的节点,但不可或缺。
但中国在整个生命树中扮演什么角色,究竟能发挥什么作用,是洪德元认为中国政府要进一步组织专家理清的问题。“我们想通过这次研讨会,来商定具体怎么做,邀请这些外国专家也是想了解国际科学界在生命树的细节上做得怎么样,还有哪些问题存在,然后确定我们做什么,能做什么,再制定国内的研究计划。这样我们就可以拿到世界上去说了。”洪德元说。