科学中国科学家提出决定细菌大小的全新公式( 二 )
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” 。
“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？
刘陈立告诉记者 ， 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 。
【科学中国科学家提出决定细菌大小的全新公式】中青报·中青网记者 邱晨辉
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