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指路牌挑战权威 中国科学家提出决定细菌大小的全新公式( 二 )


他带领团队潜心3年多研究 ， 对两大法则进行了系统性重复实验 。
据此次成果论文的第一作者、中国科学院深圳先进技术研究院郑海博士介绍 ， 通常情况下 ， 此类研究会选取1种或少数几种培养基 ， 而他们选择了超过30种的培养基开展实验 。
我们采用早晚轮班制 ， 对细胞的生长状态进行实时监控 ， 以确保每次取样都是在细胞稳定状态下进行 。 郑海告诉采访人员 ， 在低生长速率条件下 ， 完成一次实验所需时间长达一周 ， 而为确保数据可靠 ， 实验还需要重复 ， 重复次数多的超过9次 。
也因此 ， 这次实验成了迄今为止类似研究工作中 ， 选用培养基种类最多、覆盖生长速率范围最广的一次 。
郑海说 ， 带着极大的耐心和严谨的态度 ， 科研团队最终发现 ， 原有的两大法则并不准确 ， 被奉为经典的指路牌 ， 可能将相关领域的研究引向了偏离的方向 。
【指路牌挑战权威 中国科学家提出决定细菌大小的全新公式】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 。 刘陈立说 。
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 ， 刘陈立团队却在实验中观察到 ， 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 ， 那么细菌的大小又是由什么来决定的呢？
我们能否修正‘指路牌’呢？
带着这些疑问 ， 刘陈立团队一测就是3年 。
新方程出炉
要和数据待在一起 ， 揣摩它 。 这是刘陈立向团队成员提的要求 。
这句话 ， 也可以用来描述大量科研实验数据背后的量化关系 ， 科研团队在实验数据分析的过程中 ， 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 。
刘陈立说 ， 这个新方程 ， 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 。
比如说 ， 一旦得知细菌生长速率和DNA复制周期 ， 科学家便可根据公式 ， 准确预测出细菌的大小 。
分裂方程为研究人员提供新的研究范式和思维方法 ， 解答了细菌细胞大小和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 。 刘陈立说 。
至此 ， 科研团队的探索并未停止 。
这个新方程 ， 对理解细菌细胞周期的控制机制又有什么意义？在个体生长方程的约束下 ， 科研团队对细菌细胞分裂的控制机制进行了探讨 ， 并提出一个全新的分子机制假说——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 。
在此基础上 ， 刘陈立团队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 。
对于人类社会 ， 很难说 ， 一个新方程的出炉 ， 究竟意味着什么 。
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 ， 牛顿第二定律则是人类得以翱翔太空的理论基石 。
那么 ， 合成生物学领域的方程呢？
刘陈立告诉采访人员 ， 合成生物学的终极目标 ， 就是在生物世界实现理性设计、改造形式或者创造形式 ， 以满足人类不同的需求 。
如今这个研究成果 ， 再次证实了定量的思维方法在生命科学研究中的重要性 。 刘陈立说：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’ 。
在他看来 ， 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 ， 这次研究也有助于未来合成生物学领域的理性设计和建构 ， 以满足抗生素替代等更多让人脑洞大开的应用需要 。


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