原標(biāo)題：時空穿越 TA們的DNA“飛”入太空

隨著長征十一號運(yùn)載火箭的一聲轟鳴,，在地球上幾近消失的華南虎DNA（脫氧核糖核酸）被存儲在特制容器中向太空飛去。與華南虎DNA干粉同行的，還有金絲猴,、天行長臂猿,、蕙蘭、水稻,、大豆,、三七、蒲公英等動植物的基因樣本,。

據(jù)報道,，此前不久的2018年10月底，科幻作家劉慈欣等人的DNA樣本,，通過長二丙火箭被運(yùn)送至太空,，期望實(shí)現(xiàn)在太空永久保存。DNA保存受哪些因素影響,？為什么要進(jìn)入太空才能永久保存,？基因在太空保存萬年之后又有什么用？

水解酶,、酸堿度,、輻射，DNA有三大怕

低溫,、真空是太空在物種保存方面的有利條件,。“這都要從DNA的特性說起,?！蔽靼步煌ù髮W(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院特聘研究員、博士生導(dǎo)師張德文解釋,，從生物化學(xué)的角度看,，DNA是一個“珠鏈”狀的生物大分子化合物，每顆串在上面的“珠子”是核苷酸,，串起的“線”是磷酸,。DNA之所以存儲了生命的信息，在于核苷酸不同,，即組成其的四個堿基A,、T、C,、G排列順序不同,，這些堿基密碼就像文字一樣記錄可遺傳的信息。

“要想把信息經(jīng)過千萬年的時間也能傳下去,，記錄的密碼就不能打散,，變成單個字、打亂順序都不行,?！睆埖挛恼f，在地球上存在一種東西能讓DNA的“珠鏈”斷裂,，而且?guī)缀鯚o處不在,。

它就是DNA水解酶。DNA分子一碰到它,，磷酸二酯鍵就被切斷了,，就像鏈子斷裂，珠子會掉一地,，能表達(dá)信息的順序也將不復(fù)存在,。DNA水解酶都是來自生物體，伴隨著微生物而在地球上分布廣泛,，因此常溫下DNA只能放置幾天,。

除了獨(dú)特的酶這一生物“天敵”之外，DNA還有化學(xué)和物理上的弱點(diǎn),。

DNA對酸和堿都非常敏感,。游離的金屬離子會讓DNA發(fā)生催化反應(yīng)，最終變性,，因此DNA的保存溶液都需要pH恒定或搖擺幅度不大,。實(shí)驗(yàn)室短期內(nèi)使用的DNA，需要放置在緩沖溶液中保存,，“緩沖”指的就是這種溶液對決定酸堿度的離子能夠“包容”,，離子多了就吸附，少了自己也可提供離子基團(tuán),，保持住整個環(huán)境中的酸堿度,，像一塊“海綿”，為DNA“減震”,。

物理方面,，太空輻射、紫外線中的高能粒子,，能使DNA斷裂氧化,。這就是為什么紫外線或核輻射會造成基因變異。高溫高壓環(huán)境也會對DNA的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,。

“所以DNA理想的保存環(huán)境是：避開生物,，低溫；避開光,，黑暗,；避開水，干燥,?！睆埖挛目偨Y(jié),。

保存方式與保存時長密切相關(guān)

西伯利亞凍土層的猛犸象不僅DNA保存完好，部分組織也是完整的,。而常溫DNA在溶液中保存的話,，可能不到幾天就會裂解?？梢?，保存方式與保存時間長度密切相關(guān)。

將DNA在緩沖溶液中保存,，4℃可以保質(zhì)幾天,。-20℃可以保存幾周，這些在普通冰箱就可以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)條件比之前大幅提高,，很多實(shí)驗(yàn)室都會有-80℃的冰箱，可保存幾個月,。幾年的話,，需要離開水環(huán)境，即不給水解酶發(fā)揮作用的環(huán)境,，例如DNA干粉在液氮中保存,。

然而超低溫冰箱和液氮的存儲都將耗費(fèi)大量能源，有研究一直在摸索常溫下的DNA有效保存,。有資料顯示,，乙醇等可以有效減少DNA鏈的斷裂，DNA可在室溫下保存兩年后仍具有90%的原始螺旋結(jié)構(gòu),。通過固相吸附等技術(shù)也可實(shí)現(xiàn)在常溫下的多年保存,，例如經(jīng)化學(xué)處理的纖維素基質(zhì)可使DNA免受核酸酶、氧化劑以及細(xì)菌等的危害,，經(jīng)由該基質(zhì)保存22年的血液樣品也能夠在法醫(yī)遺傳學(xué)上完成STR（一種名叫“短串聯(lián)重復(fù)序列測定”的親子鑒定方法）實(shí)驗(yàn),。

除了在溫度、溶劑,、基質(zhì)上想辦法,，科學(xué)家還嘗試在DNA的形態(tài)上發(fā)展出存儲好方法。與DNA溶液相比,，固態(tài)的穩(wěn)定性更加優(yōu)良,，乙醇沉淀、空氣干燥,、凍干干燥均為DNA干燥方式,。干燥處理不僅能降低DNA樣品中分子流動性，而且還極大地消除了DNA水解反應(yīng)。烘干,、冷凍凍干機(jī)等干燥方式均可以有效減小DNA樣品中水分子,，但是在干燥過程中所產(chǎn)生的剪切力也會對長鏈DNA分子造成一定破壞。

低溫凍存仍是目前DNA保存應(yīng)用最廣泛的方法,。但是“有凍就有融”,，融化取用過程中會對DNA的結(jié)構(gòu)和信息有哪些影響呢？

國外有學(xué)者以小牛胸腺DNA進(jìn)行研究,，發(fā)現(xiàn)反復(fù)凍融后其雙螺旋結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了改變，相關(guān)低溫水解的機(jī)理顯示,，DNA樣品的冰凍速率以及凍存溫度會影響DNA降解,。低溫水解會促使DNA樣品內(nèi)產(chǎn)生冰內(nèi)裂縫。有研究表明,，糖類物質(zhì)能夠有效減少DNA嵌入在玻璃體時的開裂,。

自然界總是給科學(xué)家欣喜。英國牛津大學(xué)曾對西伯利亞和新西蘭采集的土壤標(biāo)本進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn),，DNA可以在土壤中保存40萬年,。他們對土壤樣本中發(fā)現(xiàn)的古代猛犸和恐鳥的DNA進(jìn)行分析后證實(shí)，DNA自然保存的時間遠(yuǎn)比人們想象的要長,，到目前為止,，科學(xué)家對早期生物的研究主要還是依賴保留在巖石和土壤中的化石，這一發(fā)現(xiàn)啟發(fā)史前研究者,，在化石之外還可以試試DNA,。

在太空期待與外星人“偶遇”

“進(jìn)入太空永久保存，在時間概念上是超越人類發(fā)展歷史的,，以上萬年為單位,，因此才會稱為‘永久’?！睆埖挛奶嵝?，這個時間長度甚至比以文字形態(tài)，或電子信號形態(tài)存儲的時間都要久,。

穿越千萬年需要哪些保障呢,？資料顯示，基因樣本由中國國家基因庫完成采樣和穩(wěn)定化處理,。這里提到的穩(wěn)定化處理,，包括溶劑處理、干燥處理等,。

資料顯示,，裝載DNA的容器是擁有知識產(chǎn)權(quán)的特別研制的太空基因容器，容器具有隔絕空間輻射等功能，可以實(shí)現(xiàn)生物基因的永久在軌保存,。搭載該太空基因容器的科學(xué)實(shí)驗(yàn)微小衛(wèi)星將記錄并回傳基因樣本在發(fā)射過程和軌道保存期間的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù),，以驗(yàn)證地球物種基因樣本太空保存的可行性和有效性。樣本目前并不考慮取回,。

張德文認(rèn)為,，DNA的應(yīng)用將寄望于合成生物學(xué)的發(fā)展。目前,，完全的人工合成生物還沒實(shí)現(xiàn),，但從2002年有報道顯示，病毒基因組可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)合成,。2010年最簡單的單細(xì)胞生物體支原體的全基因組DNA合成完畢,。2018年8月2日，《自然》在線發(fā)表我國科學(xué)家覃重軍研究團(tuán)隊(duì)與合作者首次人工創(chuàng)建了單條染色體的真核細(xì)胞的成果,，將單細(xì)胞真核生物——釀酒酵母天然的16條染色體人工創(chuàng)建為具有完整功能的單條染色體,，酵母三分之一基因與人類同源。

目前的人工合成的遺傳物質(zhì),，需替換到原有細(xì)胞中,，全新的人造全基因組再發(fā)揮作用，開啟組裝新生命,。DNA發(fā)揮作用的細(xì)胞環(huán)境還沒有實(shí)現(xiàn)人工生產(chǎn),。

“以后可能有用，前提是合成生物學(xué)中人工合成生命相關(guān)技術(shù)發(fā)展成熟,。按照現(xiàn)在科技的發(fā)展速度也不好說,，從合成生物學(xué)學(xué)科建立到現(xiàn)在還不到20年，已經(jīng)進(jìn)展到單細(xì)胞真核生物染色體組的合成了,，未來可能不斷加速,。”張德文說,。

關(guān)于太空永久保存DNA的再次啟用,，有著更多的科幻色彩。如果人類滅絕了,，或許會被外星人發(fā)現(xiàn),，重新再造人類這個物種。未來需要想象,。