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商務(wù)咨詢/顧問/請(qǐng)@yellowscholar?作者：黃先生斜杠青年

#時(shí)間深度 #遺傳性 #演變 #生物學(xué)

圖片通過：蓋蒂圖片社

生物學(xué)家維多利亞·福在“垃圾”DNA中發(fā)現(xiàn)了一種計(jì)時(shí)裝置，能夠解鎖復(fù)雜生命的進(jìn)化

2017年夏天，兩位生物學(xué)家前往加拿大不列顛哥倫比亞省的登曼島，準(zhǔn)備從零開始建造一座房子。這已經(jīng)不是第一次了。多年前，他們?cè)谕粔K40英畝的土地上建了一間小屋，那是遠(yuǎn)離實(shí)驗(yàn)室的珍貴避風(fēng)港。他們幾乎沒用任何工具完成了整個(gè)項(xiàng)目。他們砍倒了樹木，接了縫。唯一的電動(dòng)裝置是他們放進(jìn)冰箱的大鉆頭，用來在木頭上的木釘孔間冷卻。福以精準(zhǔn)研究顯微細(xì)胞和胚胎聞名，她下了將成為主要框架柱的原木。她的伴侶兼親密合作者加勒特·奧德爾在他為《Foe》編寫的定制早期CAD程序中設(shè)計(jì)了這座建筑，作為圣誕禮物。

但那個(gè)夏天，一切突然中斷。他們剛開始建造新房子時(shí)，奧德爾就開始感到不適。到了十月，他被診斷出患有侵襲性肝癌。“他五月去世了，”福說。“它讓世界的光芒熄滅。”

對(duì)于發(fā)育生物學(xué)家福來說，生命與生物學(xué)緊密相連，彼此激勵(lì)并加深對(duì)方的理解。福的悲痛并沒有讓她遠(yuǎn)離科學(xué)，反而讓她回想起自20世紀(jì)60年代末博士開始以來，她一直背負(fù)著生命的脆弱。

作為德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究生，福正在研究大小不超過一粒米的乳草胚胎中的基因形狀。Foe取胚胎并戳破其細(xì)胞，釋放出來自細(xì)胞核的脫氧核糖核酸（DNA），核內(nèi)是儲(chǔ)存基因的內(nèi)部區(qū)間。她將這些液態(tài)物質(zhì)離心到顯微網(wǎng)格上，再涂上鉑金，形成一層薄而厚重的金屬粉末，使基因在電子顯微鏡下顯現(xiàn)。在這些顯微照片中，她看到了令人震驚的長(zhǎng)基因，幾乎有近20,000個(gè)遺傳密碼“字母”，這些基因由四個(gè)化學(xué)堿基——A、T、C、G組成。

當(dāng)福首次接觸到基因時(shí)，分子生物學(xué)的迅速崛起已經(jīng)開始。這一勢(shì)頭源于“中心教義”的證據(jù)，該法則指出DNA儲(chǔ)存生命的“密碼”;該編碼被轉(zhuǎn)錄為核糖核酸（RNA）;而RNA又將編碼翻譯成氨基酸鏈，形成蛋白質(zhì)。

我是斜杠青年，一個(gè)PE背景的雜食性學(xué)者！?致力于剖析如何解決我們這個(gè)時(shí)代的重大問題！?使用數(shù)據(jù)和研究來解真正有所作為的因素！

將自己的脆弱置于現(xiàn)世之中，她深刻感受到基因物質(zhì)的脆弱

分子生物學(xué)的核心教義最早由弗朗西斯·克里克于20世紀(jì)50年代末提出，并在詹姆斯·沃森的教材《基因分子生物學(xué)》（1965年）中普及; 沃森補(bǔ)充說，DNA傳遞到蛋白質(zhì)的信息只能單向流動(dòng)。DNA價(jià)值僅僅在于它編碼的蛋白質(zhì)的觀點(diǎn)，最終導(dǎo)致我們意識(shí)到我們細(xì)胞中絕大多數(shù)DNA根本不編碼蛋白質(zhì);這種“非編碼”DNA因此被視為暗物質(zhì)，是復(fù)雜有機(jī)生命容忍的麻煩，超過20億年——可能是因?yàn)槟孓D(zhuǎn)錄病毒入侵將這些額外物質(zhì)植入了我們單細(xì)胞祖先的基因組。生物學(xué)家說那是垃圾。

但當(dāng)福在德州觀察到那條極長(zhǎng)的DNA線索時(shí)，她感覺故事可能還有更多——但到底是什么？她將自己的脆弱置于現(xiàn)實(shí)世界，回憶起遺傳物質(zhì)的脆弱性所震撼，那是兩條螺旋狀的核酸線，每當(dāng)細(xì)胞分裂時(shí)都能被切斷。線越多，斷裂的機(jī)會(huì)越大，斷裂是許多癌癥的原因之一。在多細(xì)胞生物如人類中，我們細(xì)胞內(nèi)的基因遠(yuǎn)比實(shí)際需要的要長(zhǎng)得多。在幾乎每個(gè)人類細(xì)胞中，23對(duì)染色體（緊密、像線軸一樣的遺傳物質(zhì)束）中填充的1萬(wàn)個(gè)DNA環(huán)中，只有約1%被用于制造蛋白質(zhì)。如果我們DNA的廣闊會(huì)暴露在損傷之下，福伊想，那我們?yōu)槭裁磿?huì)進(jìn)化成這樣？她提出，我們細(xì)胞中脆弱的非編碼DNA片段遠(yuǎn)非“垃圾”，反而可能支撐我們的存在。

Foe最為人所知的是她在1980年代在華盛頓大學(xué)Friday Harbor實(shí)驗(yàn)室所做的工作，記錄了果蠅胚胎最早期階段細(xì)胞分裂的時(shí)間和地點(diǎn)——這一生物已成為現(xiàn)代遺傳學(xué)的根基。胚胎生命的最初兩小時(shí)內(nèi)，其細(xì)胞核會(huì)同步分裂。很快，這種統(tǒng)一被打破：分裂的節(jié)奏明顯形成，細(xì)胞群體進(jìn)入各自節(jié)奏，胚胎開始為身體不同部位的發(fā)育奠定基礎(chǔ)。福意識(shí)到，這些分裂群體的時(shí)間和地點(diǎn)極具預(yù)測(cè)性。她通過細(xì)致觀察數(shù)百?gòu)堬@微照片發(fā)現(xiàn)了這一點(diǎn)，在這些照片中她對(duì)每個(gè)細(xì)胞進(jìn)行了染色，使其內(nèi)部支架清晰可見，并通過整頁(yè)彩色圖畫和顯微照片繪制了這些分裂區(qū)域。

維多利亞·福手持一塊電子顯微鏡拼貼圖，核邊緣散布著DNA。照片由比阿特麗斯·斯坦納特拍攝，2023年

為了在沒有教學(xué)、指導(dǎo)學(xué)員和管理常常巨額開支的實(shí)驗(yàn)室等學(xué)術(shù)科學(xué)工作中不受打擾，福說服美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院為她提供個(gè)人資助。從那時(shí)起，她一直堅(jiān)守著作為生物學(xué)家的模式。這種投入為她對(duì)技藝的關(guān)注奠定了空間，這也讓她獲得了古根海姆和麥克阿瑟“天才”獎(jiǎng)學(xué)金等多項(xiàng)榮譽(yù)。對(duì)Foe來說最重要的是，這讓她一直緊貼著自己所珍視的東西：“創(chuàng)造美好的東西對(duì)我來說真的非常重要。”

“這張不錯(cuò)，”她溫柔地說，“擺放得很自然，沒有拉扯或緊張。”

福對(duì)胚胎細(xì)胞節(jié)律的興趣源自她研究生時(shí)期對(duì)基因結(jié)構(gòu)成像的研究，過去十年她重新投入這一實(shí)踐，現(xiàn)以果蠅為模型生物。她通過化學(xué)定型果蠅胚胎——將其凍結(jié)在時(shí)間中——然后打開它們的核，并用鉑金包裹著由此形成的遺傳物質(zhì)糾結(jié)。然后她將制劑裝入電子顯微鏡，開始尋找圖案。她可以觀察一個(gè)胚胎長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月。在有聲書陪伴下，F(xiàn)oe花了數(shù)小時(shí)檢測(cè)基因在發(fā)育過程中被主動(dòng)讀取以產(chǎn)生RNA時(shí)出現(xiàn)的循環(huán)和分支形態(tài)。當(dāng)她發(fā)現(xiàn)有趣的東西時(shí)，她會(huì)開始逐塊構(gòu)思，拼貼出一個(gè)擴(kuò)展的視野。

果蠅（果蠅）基因的電子顯微圖。圖片由維多利亞·福提供

在顯微鏡前，F(xiàn)oe拿出她的顯微照片。這是一個(gè)基因，一條五微米長(zhǎng)的線。她用伸出手指包裹的基因被從核糾結(jié)中稍微松開，露出形狀。“這條很漂亮，”她溫柔地說，“擺放得很放松，沒有拉扯或緊張。”

細(xì)致的分支從基因基部垂直延伸。這些是信使RNA的新生纖維，由底層DNA模板逐堿基構(gòu)建。往上看，樹枝越長(zhǎng)越長(zhǎng)，曲折蜿蜒。Foe指出，包裹在這些分支上的專門化蛋白質(zhì)——稱為切葉體——它們切斷了新轉(zhuǎn)錄RNA中非編碼的部分，并將剩余片段縫合在一起。結(jié)果是一條被清理過的信息，即一份準(zhǔn)備離開細(xì)胞核、進(jìn)入細(xì)胞其他部分的RNA轉(zhuǎn)錄本，用于合成蛋白質(zhì)。Foe說，這些成熟的逐字稿“讀到最后，掉下來，然后就走了。”

作為研究生，福通過手工描摹這些圖像，將它們展開有意義的部分，為我們當(dāng)前理解基因功能奠定了基礎(chǔ)。她發(fā)現(xiàn)DNA到RNA的復(fù)制有明確的起點(diǎn)和終點(diǎn)，這些環(huán)節(jié)束縛了她所稱的“轉(zhuǎn)錄單元”——即被轉(zhuǎn)錄或重新穿線的全部DNA段以激活該單位。福在1976年發(fā)表于《細(xì)胞》雜志的圖中注意到，大多數(shù)轉(zhuǎn)錄單元具有相同的起伏結(jié)構(gòu)：起始位點(diǎn)附近有小分支，隨后是長(zhǎng)分支，末端是遠(yuǎn)短于其DNA全長(zhǎng)的RNA。

事實(shí)證明，乳草蟲也不例外。幾十年來，生物學(xué)家在一個(gè)又一個(gè)物種中發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄單元——更常被稱為基因。許多基因中布滿了內(nèi)含子：DNA片段被復(fù)制成RNA，但在蛋白質(zhì)形成前被切除。在人類中，這種基因的奢侈被推向了極端。最大的人類轉(zhuǎn)錄單元涵蓋超過200萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)，轉(zhuǎn)錄至少需要17小時(shí)。

在這些發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的同時(shí)，生物學(xué)家認(rèn)為該系統(tǒng)極其低效。她回憶說，對(duì)許多Foe的同事來說，“這些非編碼成分被解讀到RNA中似乎極其代謝浪費(fèi)”。與其他非蛋白質(zhì)編碼的延伸一起，長(zhǎng)期以來產(chǎn)生我們基因的內(nèi)含子被稱為“垃圾DNA”，因?yàn)樗鼈兯坪鯇?duì)生物體的生物學(xué)沒有任何有意義的貢獻(xiàn)。

“但當(dāng)你能理解這是一個(gè)時(shí)機(jī)機(jī)制時(shí)，這就更合理了”。她最新發(fā)表于2022年的論文，總結(jié)了她畢生的研究，綜合了基因激活和細(xì)胞分裂如何整合，形成翅膀以飛行，或細(xì)枝根部吸收土壤養(yǎng)分。福認(rèn)為，多細(xì)胞物種的復(fù)雜程度部分取決于其基因長(zhǎng)度（包括內(nèi)含子）所帶來的編排。這些額外的轉(zhuǎn)錄階段嵌入細(xì)胞分裂的節(jié)奏中，增加了一層時(shí)間——為復(fù)雜的身體結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)神經(jīng)系統(tǒng)創(chuàng)造了空間。

遺傳看似簡(jiǎn)單明了——直到你問基因究竟如何參與生物的形成。格雷戈?duì)枴らT德爾——19世紀(jì)的奧地利修士，他幫助開創(chuàng)了科學(xué)史學(xué)家伊芙琳·福克斯·凱勒所稱的“基因世紀(jì)”——捕捉到了自然最合作的一面。當(dāng)他雜交不同高度的豌豆植株時(shí)，結(jié)果是一個(gè)清晰且易于教學(xué)的比例：下一代中，大約四分之三的后代高大，剩下的四分之一矮小。孟德爾認(rèn)為，植物高度必須來自一個(gè)離散因素——某種因素從一代傳到下一代，并按照簡(jiǎn)單的組合規(guī)則重新排列。

那種精準(zhǔn)的計(jì)算帶來了生物學(xué)上的清晰夢(mèng)想。孟德爾方案的簡(jiǎn)單性使他——以及隨后20世紀(jì)的生物學(xué)家——能夠開始命名可遺傳因素，這些因素在一定程度上決定了生物體可能形成的形態(tài)范圍。但研究人員越深入，孟德爾那清晰、直線的因果關(guān)系就越開始出現(xiàn)裂痕。在復(fù)雜的生命中，相同的基因可能導(dǎo)致截然不同的結(jié)果——這不是因?yàn)镈NA發(fā)生了變化，而是因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)DNA的使用方式發(fā)生了變化。

1961年，分子生物學(xué)家雅克·莫諾宣稱：“大腸桿菌中被發(fā)現(xiàn)的一切，大象也必然如此。”雖然這對(duì)遺傳學(xué)中DNA到RNA到蛋白質(zhì)的基本邏輯成立，但在發(fā)育的語(yǔ)境中則失去了意義。在真核生物中——包括多細(xì)胞植物、動(dòng)物和真菌——性狀很少像大腸桿菌那樣，從單一基因中產(chǎn)生，像開關(guān)一樣。

作為單一細(xì)胞的生物，大腸桿菌（原核生物）只有一份基因組在全身傳播信號(hào)。相比之下，成年大象擁有超過一千兆的細(xì)胞，幾乎所有細(xì)胞都包含基因組中每一個(gè)基因。不僅僅是基因或特定的DNA序列被串聯(lián)在一起（生命之樹中共享的數(shù)量驚人），更重要的是它們?cè)诩?xì)胞中何時(shí)、何地以及以何種程度被激活，才是關(guān)鍵。從單一受精細(xì)胞——單細(xì)胞胚胎開始，細(xì)胞分裂逐漸擴(kuò)展并塑造多細(xì)胞體。隨著發(fā)育從一個(gè)瞬間推進(jìn)到下一個(gè)階段，細(xì)胞呈現(xiàn)出由基因和細(xì)胞過程相互作用引發(fā)的新行為和身份：骨細(xì)胞開始分泌礦物質(zhì)以抵抗引力，神經(jīng)元在突觸連接處建立連接，心臟細(xì)胞同步電脈沖以分散氧氣。因此，需要一種超精確的機(jī)制，在不斷變化的多細(xì)胞環(huán)境中，將每個(gè)基因都按時(shí)在正確的位置和時(shí)間激活。

在20世紀(jì)50年代，這個(gè)生物體被視為一臺(tái)需要解碼的一維機(jī)器

福伊提出，基因的長(zhǎng)度及其在細(xì)胞中的物理存在，就像一個(gè)分子時(shí)鐘——一個(gè)內(nèi)置的計(jì)時(shí)器，精確調(diào)節(jié)在細(xì)胞分裂過程中何時(shí)、是否以及制造多少RNA——最終是蛋白質(zhì)。分裂的時(shí)刻至關(guān)重要。在發(fā)育過程中，細(xì)胞分裂不僅僅是生長(zhǎng);隨著細(xì)胞分裂，它們也經(jīng)常改變身份，開關(guān)不同的基因，使一個(gè)細(xì)胞變成肌肉，另一個(gè)神經(jīng)，另一個(gè)骨頭。這些身份轉(zhuǎn)變依賴于蛋白質(zhì)生成前RNA產(chǎn)生的爆發(fā)。

強(qiáng)毛刺海膽細(xì)胞分裂系列，2008年。圖片來源：維多利亞·福

基因長(zhǎng)度之所以能作為計(jì)時(shí)器起作用，是因?yàn)榧?xì)胞分裂的各個(gè)細(xì)節(jié)都包含在其中。每次細(xì)胞分裂時(shí)，都必須包裝DNA以確保安全分布。為此，它將細(xì)胞核內(nèi)的DNA濃縮成染色體，這些染色體可以被移動(dòng)并均勻分配給子細(xì)胞。當(dāng)遺傳物質(zhì)被包裝準(zhǔn)備分裂時(shí)，RNA聚合酶——這些酶沿著基因移動(dòng)、讀取密碼并構(gòu)建RNA拷貝——會(huì)被從DNA上敲落。RNA的構(gòu)建因此陷入停滯。這一復(fù)雜過程的時(shí)機(jī)，稱為細(xì)胞周期，本身是可變且嚴(yán)格控制的。

例如，在果蠅中，啟動(dòng)的激素會(huì)以斷續(xù)的脈沖方式涌入幼蟲體內(nèi)。參與從地面爬行到飛行生命的巨大轉(zhuǎn)變的多個(gè)基因正等待著它們的信號(hào)。但即使信號(hào)發(fā)出，開始轉(zhuǎn)錄過程，組裝所需的RNA核苷酸也需要時(shí)間。如果一個(gè)短基因需要五分鐘被復(fù)制，其RNA會(huì)在兩小時(shí)的細(xì)胞周期內(nèi)迅速且大量地出現(xiàn)。然而，需要切除的更長(zhǎng)基因單元充滿DNA的過程，則要到最后才會(huì)完成。如果基因過長(zhǎng)，其轉(zhuǎn)錄會(huì)在中途停止;其RNA信息僅在周期較長(zhǎng)的細(xì)胞中完成蛋白質(zhì)翻譯。一旦細(xì)胞分裂成兩部分，時(shí)間會(huì)重置。

這一發(fā)現(xiàn)揭示了一個(gè)世紀(jì)生物學(xué)思想的局限——不僅是孟德爾遺傳學(xué)的簡(jiǎn)單性，還有冷戰(zhàn)時(shí)期將基因重新塑造為電路的沖動(dòng)。正如科學(xué)史學(xué)家莉莉·凱所記錄的，自20世紀(jì)50年代起，計(jì)算隱喻成為分子生物學(xué)的核心;最初，這種生物體主要是病毒和單細(xì)胞細(xì)菌，被視為一臺(tái)需要解碼的單維機(jī)器。

Foe認(rèn)為，我們不僅僅是被開關(guān)控制的機(jī)器，而是動(dòng)態(tài)物質(zhì)

到了20世紀(jì)70年代，發(fā)育生物學(xué)家將這一框架擴(kuò)展到多細(xì)胞生物，詳細(xì)闡述了莫諾及其同事們的線性圖解，他們實(shí)驗(yàn)性解析基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（GRNs），即能夠在細(xì)胞群間相互開關(guān)的基因隊(duì)列。這些抽象的信息流圖，掩蓋了基因被賦予意義的細(xì)胞環(huán)境的物理性。

在過去半個(gè)世紀(jì)里，信息基因在生命科學(xué)領(lǐng)域占據(jù)了巨大影響力。DNA作為“代碼”——仿佛生命能從一條文本中解讀——被證明是一個(gè)極具吸引力的理念，足以重塑機(jī)構(gòu)和研究議程。20世紀(jì)中葉，生物學(xué)系沿此方向分裂，分子生物學(xué)家在詹姆斯·沃森等人領(lǐng)導(dǎo)下，致力于將基因視為信息的邏輯，而其他生物學(xué)家則專注于生物體、發(fā)育和進(jìn)化。

圍繞“主宰”基因的解釋尤其令人信服。圍繞分離、測(cè)序、合成和編輯DNA的技術(shù)改變了實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，使得移除或擴(kuò)增基因變得簡(jiǎn)單，并記錄由此擾動(dòng)產(chǎn)生的離散變化變得簡(jiǎn)單。事實(shí)上，這一策略極為高效;遺傳數(shù)據(jù)發(fā)布的量和速度持續(xù)以驚人的速度增長(zhǎng)。即使認(rèn)識(shí)到基因在復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)作，也未能打破更深層次的假設(shè)——生物意義主要存在于DNA序列中編碼的信息。

福的研究反駁了這一假設(shè)。基因不僅是信息，更是嵌入時(shí)間中的物質(zhì)實(shí)體，容易被中斷、約束和衰減。生物系統(tǒng)，尤其是多細(xì)胞生物的系統(tǒng)，不能僅僅被理解為電路或代碼。相反，發(fā)展通過我們分子構(gòu)建模塊的物理現(xiàn)實(shí)展開，碰撞、停止，然后重新開始。Foe認(rèn)為，我們不僅僅是被開關(guān)控制的機(jī)器，而是動(dòng)態(tài)物質(zhì)——對(duì)周圍環(huán)境敏感，易受損害，且易于變形。

在科學(xué)家追求效率的時(shí)代，福的論文冗長(zhǎng)且內(nèi)容豐富。以當(dāng)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)來看，這些作品視覺效果異常突出，畫面清晰細(xì)致，常以整頁(yè)格式展開。她的存在在每一個(gè)措辭中都格外突出，尤其是在她的方法部分，詳細(xì)展現(xiàn)了她在顯微鏡下駕馭最小生命的精湛技藝。

福的成長(zhǎng)軌跡獨(dú)樹一幟，尤其是作為一位自20世紀(jì)60年代開始科學(xué)訓(xùn)練、終身致力于婦女權(quán)利和反戰(zhàn)活動(dòng)的女性。但她青少年時(shí)期在國(guó)外接受的英國(guó)教育，在她開始在德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校讀本科時(shí)，激發(fā)了她對(duì)生物學(xué)的興趣。在冷戰(zhàn)期間美國(guó)對(duì)科學(xué)投資的授權(quán)支持下，她獲得了一項(xiàng)享有盛譽(yù)的研究生獎(jiǎng)學(xué)金。她于1968年開始攻讀動(dòng)物學(xué)博士，但很快就遇到了尋找導(dǎo)師的困難。福回憶說，在全國(guó)各地的大學(xué)，“人們普遍認(rèn)為培訓(xùn)女性不值得，因?yàn)樗齻儠?huì)結(jié)婚，也會(huì)懷孕，順序是這樣的。”她很清楚，獲得避孕措施對(duì)于提升科學(xué)公平至關(guān)重要。她與實(shí)驗(yàn)室同事朱迪·史密斯（系里為數(shù)不多的女性之一）以及另一名學(xué)生芭芭拉·海因斯一起，在校園附近創(chuàng)辦了一家避孕信息中心，并參與了促成羅訴韋德案的州立法工作。

“一旦你進(jìn)入其中，就會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)又一個(gè)美味的謎題。”

正是在美國(guó)動(dòng)蕩的這段時(shí)期，包括福伊大學(xué)在內(nèi)的大學(xué)生物系開始出現(xiàn)關(guān)于DNA是否是生命主導(dǎo)力的沖突。系內(nèi)紛爭(zhēng)導(dǎo)致她的博士導(dǎo)師轉(zhuǎn)往華盛頓大學(xué)。福最終跟著他去了西雅圖，為了完成學(xué)業(yè)，她開著一輛從前男友那里借來的搖搖欲墜的大眾甲殼蟲從奧斯汀開到西雅圖。在舊金山工作一段時(shí)間后，她最初在加州大學(xué)從事果蠅開發(fā)工作，1980年代回到了太平洋西北地區(qū)。她定居在圣胡安島的星期五港實(shí)驗(yàn)室，這是一個(gè)自然保護(hù)區(qū)和海洋研究站，從此一直居住在那里，將無數(shù)海洋胚胎的研究納入她的動(dòng)物學(xué)研究。

維多利亞·福在她的電子顯微鏡前。照片由比阿特麗斯·斯坦納特拍攝，2023年

在多個(gè)方面，福的工作和職業(yè)生涯更像一位藝術(shù)家而非科學(xué)家。她在研究網(wǎng)頁(yè)上寫道：“我最喜歡的研究工具是我的眼睛。”她的作品描寫性強(qiáng)，依賴視覺藝術(shù)家相同的觀察和空間感知能力。雖然許多生物學(xué)家認(rèn)為描述性形態(tài)學(xué)研究是較低的認(rèn)知方式——遠(yuǎn)低于分子實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性——但正如生物學(xué)史學(xué)家索拉雅·德·查達(dá)列維安所論證的，它們實(shí)際上是現(xiàn)代生命科學(xué)的基礎(chǔ)。同樣像藝術(shù)家一樣，F(xiàn)oe也擁抱她的主觀性。現(xiàn)代科學(xué)很大程度上是關(guān)于從眾：科學(xué)家們努力營(yíng)造被剝離權(quán)威的外觀和聲音，尤其是在他們的出版物中，因?yàn)檫@是他們保持可信度的方式。在《女性生物學(xué)的政治》（1990年）中，哈佛生物學(xué)系首位獲得終身教職的女性露絲·哈伯德寫道：“科學(xué)寫作隱含地否認(rèn)時(shí)間、地點(diǎn)、社會(huì)背景、作者身份和個(gè)人責(zé)任的相關(guān)性。”Foe大多無視這些規(guī)范，毫無歉意地將自己——她的風(fēng)格、寫作中的“我”以及對(duì)視覺美學(xué)的重視——投入到她的作品中。

感覺這源于過去一個(gè)世紀(jì)藝術(shù)與科學(xué)之間產(chǎn)生的裂痕;此外，至少在福伊職業(yè)生涯的成長(zhǎng)階段，她的藝術(shù)傾向若隱若現(xiàn)，會(huì)削弱她作為嚴(yán)肅科學(xué)家的形象。作為一名女性科學(xué)家，或者說女性藝術(shù)家，本身就很難。一位女性藝術(shù)家兼科學(xué)家？越界太多了。不過,Foe并不太在意別人如何給她的作品分類。她的主要?jiǎng)恿碜詢?nèi)心。“她之所以進(jìn)入科學(xué)領(lǐng)域，是因?yàn)橛袡C(jī)會(huì)去上學(xué)。一旦你進(jìn)入其中，就會(huì)有更多美味的謎題......理解世界如何運(yùn)作，生活是什么，真是令人陶醉。誰(shuí)不想研究這個(gè)呢？”

我第一次在網(wǎng)上搜索Foe時(shí)，發(fā)現(xiàn)了她和Odell擁抱的照片。他們蹲伏在地上，周圍是陽(yáng)光直曬的樹木。他們的手臂互相挽進(jìn)袖子，質(zhì)地相似的頭發(fā)交織在一起，F(xiàn)oe的臉頰貼在Odell的額頭上。這張照片伴隨“Friends of Foe”網(wǎng)頁(yè)，該網(wǎng)站為Foe籌集資金，幫助她完成在照顧生病奧德爾時(shí)中斷的研究。它深刻地捕捉了復(fù)雜性的代價(jià)，以及與世界糾纏的復(fù)雜性。這張快照中蘊(yùn)含著生活帶來的可能性——美麗、愛、陪伴——也存在它可能崩解的可能性。

加勒特·奧德爾和維多利亞·福。圖片由華盛頓大學(xué)“敵之友基金”提供

福和奧德爾于20世紀(jì)80年代末在星期五港首次相識(shí)，那時(shí)奧德爾剛被華盛頓大學(xué)動(dòng)物學(xué)系招募。奧德爾作為數(shù)學(xué)家開始了他的職業(yè)生涯，就讀于紐約倫斯勒理工學(xué)院，他對(duì)分子如何創(chuàng)造生物體的興趣使他投身生物學(xué)領(lǐng)域。他早期關(guān)于涌現(xiàn)行為數(shù)學(xué)模型的研究——涵蓋昆蟲捕食者與獵物的相互作用到黏菌中的細(xì)胞質(zhì)流——預(yù)示了20世紀(jì)初系統(tǒng)生物學(xué)和生物過程計(jì)算模擬的興起。奧德爾同樣是一位天賦異稟的建筑師;遇見福后，他開始為她制作顯微鏡，以便她能拍攝和追蹤果蠅胚胎中細(xì)胞分裂的振蕩。兩人在弗萊迪港細(xì)胞動(dòng)力學(xué)中心合作，這是一項(xiàng)跨學(xué)科項(xiàng)目，奧德爾后來?yè)?dān)任了該項(xiàng)目的主任，兩人繼續(xù)緊密合作。他們還構(gòu)建了一個(gè)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的數(shù)學(xué)模型，展示了細(xì)胞骨架纖維（稱為微管）如何組裝，從而為細(xì)胞分裂提供支架。

每當(dāng)人類細(xì)胞循環(huán)時(shí)，其基因組可能會(huì)經(jīng)歷10到50次雙鏈斷裂——DNA螺旋被徹底斷裂。當(dāng)同一染色體發(fā)生兩次斷裂時(shí)，大段DNA可能被重新排列，甚至無法干凈地形成子細(xì)胞。鑒于這一危險(xiǎn)，我們的細(xì)胞——以及其他多細(xì)胞物種的細(xì)胞——已經(jīng)進(jìn)化出了精妙的DNA修復(fù)機(jī)制。然而修復(fù)并不等同于修復(fù)：這些分子工具包可能會(huì)犯錯(cuò)，縫合錯(cuò)誤的末端，或?qū)⑵沃匦虏迦牖蚪M中的錯(cuò)誤位置。與點(diǎn)突變不同，點(diǎn)突變會(huì)以局部小幅度改變DNA，雙鏈斷裂可以在更大范圍內(nèi)重寫基因組。包含在基因中的近一半人類基因組——有些甚至接近整個(gè)細(xì)菌基因組的大小——面臨斷裂和失修的風(fēng)險(xiǎn)。

一生中，我們身體精心安排的節(jié)律有無數(shù)次崩潰的機(jī)會(huì)。這些脆弱性通過在錯(cuò)誤的時(shí)間和地點(diǎn)刺激細(xì)胞增殖，推動(dòng)衰老和癌癥的發(fā)生。“她丈夫因癌癥去世讓我深刻體會(huì)到，許多人因基因組損傷而死亡。他們不會(huì)先死于機(jī)械故障”。但她想知道，“為什么我們不把癌癥遺傳給后代，或者很少會(huì)？”鑒于復(fù)雜性暴露了我們的基因，福意識(shí)到一定有辦法保存我們身體那些令人費(fèi)解的復(fù)雜性。在一代人和下一代之間，一定有一個(gè)檢查點(diǎn)：一種拒絕破損指令、保持基因繼承足夠完整以重新建造的方法。

生物需要一種識(shí)別彼此的方式，以確保它們與正確的物種交配

有性繁殖就是解決這個(gè)問題的一個(gè)答案。在所有有性繁殖物種中，一種特殊的細(xì)胞分裂稱為減數(shù)分裂，產(chǎn)生細(xì)胞和遺傳物質(zhì)，這些物質(zhì)將傳遞給下一代。減數(shù)分裂過程中，細(xì)胞內(nèi)的每對(duì)染色體必須先找到彼此并精確鎖合。在動(dòng)物中可能需要數(shù)天時(shí)間、植物中數(shù)周的搖晃和晃動(dòng)的復(fù)雜連接舞蹈中，匹配的染色體相互緊密結(jié)合，直到它們的DNA線被一種稱為突發(fā)復(fù)合體的生物“膠水”對(duì)齊并結(jié)合在一起。

如果任何一條染色體缺失基因，或者因斷裂或修復(fù)不良導(dǎo)致DNA塊位置錯(cuò)誤，它所在的細(xì)胞注定會(huì)死亡。只有序列排列一致的染色體才能再次分離并分裂成子細(xì)胞，這些子細(xì)胞會(huì)變成孢子（真菌）、種子或花粉（植物）、卵子和精子（動(dòng)物）。

這種分子上的擁抱——稱為厚殼檢查點(diǎn)——在過去25億年里對(duì)生命的進(jìn)化產(chǎn)生了巨大影響。Foe提出，關(guān)鍵是它保持了基因時(shí)序機(jī)制，維持了細(xì)胞節(jié)律跨代保持完整。厚殼檢查點(diǎn)也解釋了為什么即使近緣物種能夠生理交配，也會(huì)產(chǎn)生不育的后代;區(qū)分物種的DNA重排，即使是微小的，也會(huì)在減數(shù)分裂時(shí)觸發(fā)檢查點(diǎn)，阻止生殖細(xì)胞的生成。因此，物種識(shí)別對(duì)生存至關(guān)重要。在密集的生態(tài)系統(tǒng)中，比如熱帶雨林的樹冠層，鳥類和昆蟲成群飛翔，生物需要一種相互識(shí)別的方式，以確保與正確的物種交配并產(chǎn)生有生育能力的后代。福認(rèn)為，天堂鳥復(fù)雜的羽毛或園丁鳥的求偶舞蹈，并非適應(yīng)度的信號(hào)，而是作為導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)化而來。

就像生活中的所有事情一樣，Pachytene檢查點(diǎn)并非百分之百有效。事物會(huì)悄然穿透，使生物適應(yīng)變化的環(huán)境，福伊推斷，新物種得以出現(xiàn)。偶爾，斷裂和修復(fù)失誤會(huì)重新定位一段含有完整基因的DNA片段，這些基因?qū)Ξ?dāng)下來說尤為重要。偶然的是，這種基因調(diào)整逃脫了減數(shù)分裂期間染色體排列和檢查的古老編排，傳遞給了下一代。這種重組的DNA調(diào)節(jié)了細(xì)胞節(jié)律，既威脅生育能力，又為生物體的能力設(shè)定了新的界限。“假設(shè)你是一只沙丘向日葵，”Foe說著，指向?qū)嶒?yàn)室外的世界。這種花因遺傳而修復(fù)不良的DNA使其根系變長(zhǎng)，身體對(duì)溫度變化的抵抗力也更強(qiáng)。夏天炎熱，大多數(shù)向日葵都走在沙丘陰涼的一側(cè)，那里的地面一直較涼爽。但前排的花朵卻茁壯成長(zhǎng)。“假設(shè)有幾個(gè)像這樣的炎熱夏天。雖然繁殖能力不如前者，但它可能逐漸能夠建立自己的根基。”經(jīng)過保護(hù)機(jī)制后，這種花逐漸形成了一個(gè)更適應(yīng)環(huán)境的原始物種。檢查點(diǎn)隨后重新啟動(dòng)，保持它及其后代在生殖上與親本物種分開，開辟一條新的進(jìn)化路徑。

福認(rèn)為這項(xiàng)最新工作是對(duì)分子生物學(xué)與整體生物體思維之間長(zhǎng)期鴻溝的解藥，帶領(lǐng)我們從核心的親密機(jī)制走向進(jìn)化在生命形態(tài)時(shí)空中的廣泛范圍。她認(rèn)為，只有廣闊的視角，才能理解復(fù)雜的生命運(yùn)作方式。我們基因的延長(zhǎng)，時(shí)間性直接融入他們的纖維，使他們?nèi)菀资艿綕撛跒?zāi)難性的傷害。應(yīng)對(duì)這種脆弱性帶來了極其顯著的副作用：“我們身處這個(gè)極其非凡的星球和眾多生物的中心，而這里有一個(gè)機(jī)制正是推動(dòng)多樣性的。它驅(qū)動(dòng)著美麗。如果不是因?yàn)檫@個(gè)，我們不會(huì)在這里，“福說。至于生物學(xué)家，“你們已經(jīng)太久沒互相交流了。”

在她的下一章中，F(xiàn)oe想要簡(jiǎn)單地生活--對(duì)Foe來說，園藝是進(jìn)入奇跡的另一種方式：'你可以擁有一顆種子，它擁有制作這株巨大驚奇植物所需的所有信息'。她想用剩下的時(shí)間種植和修剪，作為“慶祝作為這個(gè)星球上的生物意味著什么”的方式。

當(dāng)不打理花園時(shí)，福的首要任務(wù)是傳播基因脆弱性的知識(shí)，以及她關(guān)于數(shù)百萬(wàn)年進(jìn)化為保護(hù)生命復(fù)雜性所帶來解決方案的假說。該項(xiàng)目目前的形式是發(fā)表在《綜合有機(jī)體生物學(xué)》期刊上的一篇擴(kuò)展論文，但面對(duì)現(xiàn)代讀者注意力持續(xù)時(shí)間的限制。福的散文風(fēng)格類似于歷史綜合專著，如查爾斯·達(dá)爾文的《物種起源》（1859年）或達(dá)西·溫特沃斯·湯普森的《生長(zhǎng)與形態(tài)》（1917年），后者在數(shù)百頁(yè)中深入細(xì)節(jié)。但在我們這個(gè)快節(jié)奏的數(shù)字時(shí)代，科學(xué)家們已經(jīng)很少愿意關(guān)注冗長(zhǎng)的解釋，即使描述的復(fù)雜性要求他們這么做。Foe試圖將這個(gè)變革性的故事拆解成易于消化的片段，但我能感覺到她這樣做時(shí)感到痛苦。她的另一個(gè)挑戰(zhàn)是，她選擇的獨(dú)立道路意味著年輕一代生物學(xué)家大多不了解她。她的關(guān)注點(diǎn)在于工作本身，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外的生活，而非科學(xué)研討會(huì)或會(huì)議循環(huán)。

Foe的故事仍在繼續(xù)，敬請(qǐng)關(guān)注！

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