时空穿越 TA们的DNA“飞”入太空

中新网广州12月24日电
记者24日从广州动物园管理处获悉,长征十一号运载火箭发射任务近日在酒泉卫星发射中心顺利完成,金丝猴、华南虎、天行长臂猿、蕙兰、水稻、大豆、三七、蒲公英等多个珍稀、重要动植物物种的基因样本被成功送往太空保存。其中,华南虎基因样本采自广州动物园的成年雄性华南虎“康康”。

“进入太空永久保存,在时间概念上是超越人类发展历史的,以上万年为单位,因此才会称为‘永久’。”张德文提醒,这个时间长度甚至比以文字形态,或电子信号形态存储的时间都要久。

广州动物园于2017年实施华南虎种质资源的研究,取得多方面的研究成果。这次华南虎DNA太空保存研究,是华南虎种质资源永久保存的又一次重要探索。

将DNA在缓冲溶液中保存,4℃可以保质几天。-20℃可以保存几周,这些在普通冰箱就可以实现。现在的实验条件比之前大幅提高,很多实验室都会有-80℃的冰箱,可保存几个月。几年的话,需要离开水环境,即不给水解酶发挥作用的环境,例如DNA干粉在液氮中保存。

图片 1搭载华南虎DNA干粉的长征十一号运载火箭。
通讯员 摄

物理方面,太空辐射、紫外线中的高能粒子,能使DNA断裂氧化。这就是为什么紫外线或核辐射会造成基因变异。高温高压环境也会对DNA的稳定性产生影响。

图片 2华南虎DNA干粉及其太空保存容器。
通讯员 摄

保存方式与保存时长密切相关

据广州动物园有关专家介绍,华南虎曾广泛分布在华东、华中、华南地区,是所有其他虎亚种的祖先,也是中国独有的虎亚种,现在野外已功能性灭绝,现存的活体资源仅见于中国的动物园。利用太空低温及真空的优势做地球物种基因的备份保存,是物种种质资源保护与备份的有益探索,有利规避种质资源丢失破坏的风险,且远离人类干扰,也许是地球物种原始基因数据最后的防线,具有重要社会意义。

低温、真空是太空在物种保存方面的有利条件。“这都要从DNA的特性说起。”西安交通大学基础医学院特聘研究员、博士生导师张德文解释,从生物化学的角度看,DNA是一个“珠链”状的生物大分子化合物,每颗串在上面的“珠子”是核苷酸,串起的“线”是磷酸。DNA之所以存储了生命的信息,在于核苷酸不同,即组成其的四个碱基A、T、C、G排列顺序不同,这些碱基密码就像文字一样记录可遗传的信息。

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资料显示,装载DNA的容器是拥有知识产权的特别研制的太空基因容器,容器具有隔绝空间辐射等功能,可以实现生物基因的永久在轨保存。搭载该太空基因容器的科学实验微小卫星将记录并回传基因样本在发射过程和轨道保存期间的环境监测数据,以验证地球物种基因样本太空保存的可行性和有效性。样本目前并不考虑取回。

据介绍,该次太空保存华南虎DNA干粉的容器由深圳某航天科技机构和中国运载火箭技术研究院联合开发,具有隔绝空间辐射、防止瞬间高温等功能,可以实现生物基因的太空永久在轨保存。先期的研究确认,人与动物的基因样本,在此轨道状态下,温度环境稳定、辐射隔绝良好,成功维持保存状态。

时空穿越 TA们的DNA“飞”入太空

存放华南虎DNA干粉的容器。 通讯员 摄

“所以DNA理想的保存环境是:避开生物,低温;避开光,黑暗;避开水,干燥。”张德文总结。

自然界总是给科学家欣喜。英国牛津大学曾对西伯利亚和新西兰采集的土壤标本进行研究时发现,DNA可以在土壤中保存40万年。他们对土壤样本中发现的古代猛犸和恐鸟的DNA进行分析后证实,DNA自然保存的时间远比人们想象的要长,到目前为止,科学家对早期生物的研究主要还是依赖保留在岩石和土壤中的化石,这一发现启发史前研究者,在化石之外还可以试试DNA。

西伯利亚冻土层的猛犸象不仅DNA保存完好,部分组织也是完整的。而常温DNA在溶液中保存的话,可能不到几天就会裂解。可见,保存方式与保存时间长度密切相关。

目前的人工合成的遗传物质,需替换到原有细胞中,全新的人造全基因组再发挥作用,开启组装新生命。DNA发挥作用的细胞环境还没有实现人工生产。

低温冻存仍是目前DNA保存应用最广泛的方法。但是“有冻就有融”,融化取用过程中会对DNA的结构和信息有哪些影响呢?

随着长征十一号运载火箭的一声轰鸣,在地球上几近消失的华南虎DNA被存储在特制容器中向太空飞去。与华南虎DNA干粉同行的,还有金丝猴、天行长臂猿、蕙兰、水稻、大豆、三七、蒲公英等动植物的基因样本。

据报道,此前不久的2018年10月底,科幻作家刘慈欣等人的DNA样本,通过长二丙火箭被运送至太空,期望实现在太空永久保存。DNA保存受哪些因素影响?为什么要进入太空才能永久保存?基因在太空保存万年之后又有什么用?

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