光明网细菌大小是怎么决定的？( 二 )
带着极大的耐心和严谨的态度 ， 团队最终发现 ， 原有的两大法则并不准确 ， 被奉为经典的“指路牌”可能将大家的研究引向了偏离的方向 。 “虽然生长速度越快 ， 细胞越大 ， 但二者之间的关系并不符合SMK生长法则的预期”该文章的通讯作者刘陈立研究员说 ， “按照法则描述 ， 无论细胞生长快慢 ， 一旦达到‘起始质量’ ， 就应该开始新一轮的DNA复制 ， 然而 ， 我们却在实验中观察到 ， 细菌细胞没有遵循假说 ， 不同培养条件下 ， ‘起始质量’有高有低 。 ”
如果两大法则并不准确 ， 那么细菌大小是怎么决定的呢？我们能否修正“指路牌”呢？
玩转数据 推导全新定量关系
为了回答“细菌大小是怎么决定的”这一科学问题 ， 刘陈立这样描述实验数据分析的过程：“要和数据呆在一起 ， 揣摩它 。 ”研究团队通过寻找大量科研实验数据背后的量化关系 ， 最终推演出一个全新且适用于不同生长速率条件的“个体生长分裂方程”（图2）：
本文插图
图2个体生长分裂方程
新的方程统一了不同生长速率条件下的细菌细胞周期调控机制 ， 这一定量公式的提出也使得细菌个体大小、生长速率等自然现象具有了一定的可预测性 ， 例如：当得知细菌生长速率和DNA复制周期 ， 便可准确预测出细菌的大小 。 该分裂方程为研究人员提供新的研究范式和思维方法 ， 解答细菌细胞大小和DNA复制周期以及生长速度之间的关系 ， 并具有广泛的应用价值 。
“个体生长方程”对理解细菌细胞周期的控制机制有什么意义呢？在“个体生长方程”的约束下 ， 研究团队对细菌细胞分裂的控制机制进行了探讨 。 并以此为基础提出了一个全新的分子机制假说 ， 认为存在一种“分裂许可物” ， 它与“细胞生长”和“染色体复制分离”相关 。 当它积累达到一定阈值时 ， 细胞就会分裂 。 研究团队在此基础上建立了相应的数学模型 ， 进一步的实验确实验证了理论预测 。
从数学公式到建构生命体理性设计基础
在物理世界 ， “伯努利方程”指导了飞机的设计 ， “阿基米德浮力定律”推动了潜艇的面世 ， “牛顿第二定律”是人类得以翱翔太空的理论基石 ， 合成生物学的终极目标就是生物世界实现理性设计、改造现有生命形式或者创造全新的生命形式以满足人类不同的需求 。
以“合成生物学”为研究导向 ， 刘陈立团队继去年揭示细菌群体迁徙公式后 ， 该研究是在定量生物学领域的再度突破 ， “研究再次证实了定量的思维方法在生命科学研究中的重要性 ， 我们找到的每一个运行规律 ， 都是试图找到可用于指导设计、改造、重建生命形式的‘图纸’ 。 ”刘陈立表示 。
【光明网细菌大小是怎么决定的？】此次对细菌个体细胞相关定量规律和法则的基础科学问题研究 ， 对人类揭示并理解生命体内在原理提供了重要的参考依据 ， 此研究也有助于未来合成生物学领域的理性设计和建构 ， 以满足细菌治疗疾病、抗生素替代、绿色生物制造等多个应用层面的需要 。
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