DNA 是一種復(fù)雜的分子，它儲存和傳遞著地球上幾乎所有生命體的遺傳信息。復(fù)雜的 DNA 其實只有四種堿基排列組合而成，分別為鳥嘌呤、胞嘧啶、腺嘌呤和胸腺嘧啶，通常用字母 G、C、A 和 T 表示。四種不同類型堿基的排列組合，就如同計算機語言中的“0”和“1”一樣，儲存著地球上所有生命的遺傳信息。
但是現(xiàn)在，研究人員通過將 4 種人工合成的堿基，與天然存在的四種核苷酸結(jié)合，創(chuàng)造出由 8 種堿基組成的 DNA 分子，命名為“hachimoji”(在日語中 hachi 代表 8，moji 代表符號)，并且能夠像天然 DNA 一樣存儲和轉(zhuǎn)錄信息。
圖 | 仍合成的新型 DNA 分子結(jié)構(gòu)，使用了天然 DNA 的四種堿基 (綠色、紅色、藍色、黃色)，以及四種新的人工堿基 (青色、粉色、紫色、橙色)(來源：印第安納大學(xué)醫(yī)學(xué)院)
這項 2 月 22 日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的研究，由佛羅里達州阿拉庫阿應(yīng)用分子進化基金會創(chuàng)始人史蒂文·本納領(lǐng)導(dǎo)的研究小組進行。研究同時指出，從理論上講，一個擴大化的基因字母表也可以支持生命。
這一史無前例的壯舉表明，除了我們在地球上所知道的基于 DNA 的生命之外，可能在宇宙中還存在一些其他的生命基因系統(tǒng)。研究人員同時表示，由于人工合成的 hachimoji 分子信息存儲能力是天然 DNA 的兩倍，因此可能會有無數(shù)的應(yīng)用。
正常情況下，當一對 DNA 鏈以雙螺旋的形式纏繞在一起時，每條 DNA 鏈上的堿基成對存在：A 和 T 成鍵，C 和 G 成鍵。
很長一段時間以來，科學(xué)家們一直試圖在這個遺傳密碼中加入更多種類的堿基。例如，Benner 在 20 世紀 80 年代首次創(chuàng)造了“非自然”的堿基，其他研究小組也緊隨其后。2014 年，Romesberg 的實驗室在活體細胞中植入了一對非自然的堿基，成為當時的重磅新聞。
但最新的研究首次系統(tǒng)性地證明，互補的非自然堿基能夠相互識別并結(jié)合，它們形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)保持著穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。
“生命探測是 NASA 行星科學(xué)任務(wù)的一個日益重要的目標，這項新工作將幫助我們開發(fā)有效的儀器和實驗，擴大我們尋找的范圍。”NASA 行星科學(xué)部代理主任洛里·格萊斯 (Lori Glaze) 說。
(來源：anomalien.com)
NASA 的目標之一是在火星、歐羅巴和土衛(wèi)二等其他星球上尋找生命，這些外星天體曾經(jīng)有流水和厚厚的大氣層，或者存在厚厚的冰層和巨大的海洋。如果這些世界的生命不使用我們熟悉的 DNA 作為遺傳物質(zhì)呢?我們怎么能認出來他們呢?
Benner 說:“通過仔細分析 hachimoji DNA 中形狀、大小和結(jié)構(gòu)功能，這項工作擴展了我們對可能在外星生命中存儲信息的分子類型的理解。”
由此話題延伸到非碳基生命，則我們又會進入到一個更宏大的命題。科研人員或幻想家對于地外生命的物質(zhì)組成提出過眾多的設(shè)想，其中最被提及的就是“硅基生命”。所謂硅基生命，即以含有硅以及硅的化合物為主的物質(zhì)構(gòu)成的生命。最早由波茨坦大學(xué)的天體物理學(xué)家儒略申納 (Julius Sheiner) 于 1891 年在他的一篇文章中提出。當然，除了硅基生命，硼基生命、金屬生命體等熱門概念也常常出現(xiàn)在科幻作品之中。
但回歸到當下，在其他星球上發(fā)現(xiàn)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的一種方法，是先嘗試在地球上創(chuàng)造一些異質(zhì)的東西。從化學(xué)上講，hachimoji DNA 的外觀和行為都與標準 DNA 相似。然而，讀懂和處理 DNA 的酶是很難被欺騙的，因此，為了將 hachimoji DNA 轉(zhuǎn)錄到 RNA 中 (一種對其信息傳遞能力的測試)，研究小組嘗試了許多噬菌體 RNA 聚合酶變體，直到他們發(fā)現(xiàn)其中一種能夠完成這項任務(wù)。
利用這種 RNA 聚合酶，研究小組成功地利用 hachimoji DNA 轉(zhuǎn)錄出 RNA 分子。研究人員還發(fā)現(xiàn)，無論合成堿基的排列順序如何，雙螺旋結(jié)構(gòu)都保持穩(wěn)定。這一點很重要，因為生命要進化，DNA 序列必須能夠在不破壞整個結(jié)構(gòu)的情況下變化。
而這項研究成果表明，科學(xué)家們有望創(chuàng)造出比天然標準的四種堿基更好的 DNA 序列或 RNA，從而實現(xiàn)超越現(xiàn)有基因信息存儲的功能。
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