要刊 第2期

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用基因技术为物种分类

《经济学家》 2003年1月4日～10日

千百年来，人们都是用同一种方式为生物分类――根据它的外表来命名。如果它长得像一只鸭子，走路的姿态和叫声像一只鸭子，那么它就是一只鸭子。但用这个方法来处理几十亿种生物,只会把事情搞糟。分类学家已经为此付出代价，那个看起来像鸭子的东西也许实际上是只鹅。

如今，基因技术已越来越多地被运用于分类学，尤其是对那些难以确定的物种如病毒、细菌等等，可以通过比较其DNA段落来进行区分。这个方法是否具有普遍的效用呢？加拿大格沃夫大学的保罗・休伯特博士和他的同事认为，这种办法是可行的。他们认为,DNA序列就像那些在超市收款台前用于标注不同商品的条形码和通用产品码一样，也可以在生物分类上发挥同样的作用。在一篇论文中，他们进一步讨论了基因的条形码应该有多长，在哪里能够找到。

在大街小巷随处可见的产品通用码通常是由11个阿拉伯数字组成的数列。这11个从0到9中间挑选出来的数字提供了1000亿个独一无二的组合。基因技术不是十进制的，而是四进制的编码系统。每一个生物体的染色体组都由最基本的四个化学物质组成：腺嘌呤、胞核嘧啶、鸟嘌呤和胸腺嘧啶。通常根据它们的首字母A、C、G、T来命名。一个DNA序列可能包含有上百万个字母。从理论上说，要组成10亿个独一无二的代码，必须要从百万字母中抽取15个字母组成一个代码。

但实际上，DNA的特点意味着15个字母并不够。与通用产品代码不同，DNA的字母并不是任意指定的，而是具有生物学上的意义。因此研究者认为一个代码必须要由45个字母组成。幸运的是，确定几百个字母的排列与确定几十个字母成本相差不多。因此，研究者们信心十足，认为要获取为上千万物种分类所需信息，现有技术已经足够。

但生物的通用产品码的最佳位置在哪里呢？令人吃惊的是，它并不存在于细胞核中，而是在细胞内组织――线粒体中。这种线粒体DNA 的某些特征使它适合作为基因条形码。与细胞核DNA 不同，它不会因遗传而改变，细胞核的DNA中其母系和父系影响是混合的，并且与其下一代混在一起。线粒体DNA也没有非代码区域（有时被称为“垃圾DNA”），非代码区域会在比较DNA序列时引发混乱。

在线粒体DNA中，研究者认为有许多可能适合作生物通用产品码的基因。但一个特殊的基因引起了他们的注意，它叫细胞色素c氧化酶 I，在细胞能量制造上起着关键的作用。它很容易隔离，其基因序列的变化应该可作为区别不同物种的独一无二的代码。更好的是，比较不同生物体的独特代码有助于了解不同种类之间的联系以及新的物种是何时和如何演变的。

几年前，从一个样本中获取有用的DNA序列还是一项巨大的工程。而今天，截取和复制序列是如此迅速，以至于只需要几个小时就可以从甲壳虫的一条腿上获取一段线粒体DNA序列了。休伯特博士认为，如果能够设计出一套与通用产品码相当的系统，并且得到大家的一致认可，那么，用20年时间编写出一本完整的已知生物体的详细目录以及它们的代码是可行的。

这将在分类学上掀起一场革命。到目前为止，250年前由林奈创立的分类学只对地球上大约1000万到1500万物种的10％进行了分类。基因条形码目录不仅是通往分类学终点线的捷径，也将极大地简化和加速对微生物的确认过程。到最后，任何人只需要一个下午的培训，就能通过一个小碎片确认一种生物。如同人造的条形码已对商业产生冲击一样，获取阅读大自然的条形码的能力，将对科学产生巨大的影响。