生物学的思维方式:第9版

新版亮点 基因编辑 自本书上一版以来，*激动人心的进展是引入了一种名为CRISPR的易于使用的新工具，该工具允许研究人员编辑基因，这一前景既充满希望又有点可怕。与科学中的许多进步一样，这一进步是分阶段进行的，如 13.4节所述。该工具基于在细菌DNA中发现的特殊碱基序列，该序列包含两个元素。**段序列（“I. D. ”序列）是与在病毒中发现的相同的 30个碱基的短序列。第二段序列（“kill”序列）在转录成 RNA 时会折叠回环，形成发卡结构，DNA切割核酸酶与之结合。细菌使用这个系统来对抗感染病毒：**段序列将转录RNA与入侵病毒的DNA结合，从而允许所附的第二段序列将病毒DNA切成碎片。是什么使它成为基因工程师的强大工具？替换病毒的“I. D. ”序列是一件简单的事情，替换的序列为一段具有 30个碱基的不同序列，它用于识别研究人员希望破坏或修改的其他一些基因。就像改变信封上的地址一样，研究人员可以将“kill”序列发送到基因组中的任何地址。 CRISPR可以消除疟疾或寨卡病毒吗?? 2016年，研究人员开始测试 CRISPR 对“基因驱动”的可能性。如 13.4节所述，其想法是利用CRISPR来替换“I. D. ”序列。这是一段精心构建的动物序列，其中包含一个新的“I. D. ”序列和 CRISPR序列的副本。当编辑基因后的动物繁殖时，包含CRISPR序列的染色体将在受精卵中与另一个亲本的正常染色体配对——并将其转换为包含CRISPR的染色体！一系列的连锁反应下，CRISPR序列将在整个种群中传播。如果是在蚊子种群中，这种做法说不定能一击消灭疟疾或寨卡病毒！ 地球工程对抗全球变暖 应对全球变暖也取得了重要进展。随着大气中CO2含量达到200万年以来的高位，并且在减少排放方面进展艰难，设计地球气候可能是对抗全球变暖的*大希望。38.4节中描述的两种所谓的地球工程方法正在被评估。一种是通过给地球的海洋施肥以诱导大规模的光合作用来去除大气中的CO2。地球上的海洋富含海藻，它们的生长主要因缺乏铁而受到限制（铁是叶绿素的关键成分）。在实验室中，向海水中添加一磅铁可以从空气中去除多达100,000磅的碳！非常有争议的小规模试验表明，藻华是由铁施肥产生的，当藻华沉入海底，碳还是会回到大气中。第二种地球工程方法是将硫酸盐气溶胶注入大气中，以反射阳光。上层平流层变成一面镜子，将太阳光线反射回太空。因此，即使CO2水平继续上升，世界气候也不会变暖，因为照射到CO2分子的光较少。虽然这种方法从未经过测试，但似乎很实用。 埃博拉疫情 2014—2015年，西非三个人口稠密的国家暴发埃博拉疫情，感染人数超过 24,000，其中一半人死亡。据 16.10节中描述，埃博拉疫情的影响从未有如此大的规模。 在其他行星上寻找生命 二十多年来，天文学家一直在探测围绕遥远恒星运行的行星。如第16.2节所述，已识别出10,000多个行星。它们中的任何一个可能像地球一样容纳生命吗？ 2016年 7月 23日，天文学家宣布他们发现了一颗候选行星，它围绕一颗距地球 1,400光年的恒星运行。这颗行星是开普勒 452b，它绕着一颗非常像我们的太阳的恒星运行，公转只比地球多20天。开普勒452b上的温度可能类似于温水——与地球上的热带地区没有什么不同。它的质量似乎是地球的五倍左右，这意味着它很有可能像地球一样由岩石构成，而不是像海王星那样的气态星球。 重温双螺旋结构 大多数文章对沃森和克里克如何发现DNA分子是双螺旋结构的历史的记录都存在错误。如在 11.3节中描述的那样，罗莎琳德·富兰克林没有获得DNA的 X射线衍射图以及没有发现DNA分子是螺旋的。在富兰克林作为博士后来到威尔金斯的实验室学习X射线技术的一年前，威尔金斯发现并发表了DNA是螺旋结构的（在诺贝尔奖的说明中明确指出这一发现是威尔金斯获得诺贝尔奖的50%的原因）。 寨卡病毒威胁孕妇 2016年巴西突然暴发了小头畸形（新生儿头部和大脑发育不全），这是由蚊子传播的寨卡病毒引起的。一种常见的热带病毒寨卡病毒（16.10节）已经能够导致一种致命的疾病。 认识丹尼索瓦人 当从西伯利亚发现的古代指骨中提取DNA并对其测序后，研究人员获得了一段人类的序列，但不同于尼安德特人和晚期智人，而是一类新的人种。新人种被称为丹尼索瓦人（以发现指骨的洞穴的名字命名），在过去几年中已证明他们与尼安德特人和晚期智人杂交（21.7节）。多达8%的晚期智人的DNA来自尼安德特人和丹尼索瓦人。你的基因组是由三个不同物种的基因拼凑而成。 父亲的年龄影响基因疾病 在冰岛，许多代人的出生和婚姻都有精确的记录，因此不仅可以确定一个人拥有哪些突变，还可以确定他们是从谁那里继承来的，以及受孕时父母的年龄。 如 11.5节中所述，数据中出现了一个意想不到的发现：绝大多数新突变发生在父亲身上，而受孕时父亲的年龄越大，孩子发生基因突变的可能性就越大。简单地说，年长的父亲更有可能生出患有基因疾病的孩子。