前不久，一则中国科学家挑战两年夜法例提出全新公式的动静，在微生物圈出现波涛，引起存眷。
这是中国科学院深圳进步前辈技能研究院、深圳合成生物学立异研究院研究员刘陈立率领科研团队，用时多年以年夜肠杆菌为模式生物，揭秘细菌年夜小的决议身分，推导出全新的个别生长割裂方程，批改了该领域原本的两年夜生长法例。
本年5月，这一功效的学术论文已经由国际学术期刊《天然·微生物学》颁发，此中提到，该功效给合成生物学领域生命体理性设计提供了建构根本原理。那末，这一功效事实有多年夜意义，科研团队在挑战传统法例的进程中又履历了甚么，记者采访了刘陈立团队。
传统法例
细菌，是天然界散布最广、个别数目至多的单细胞生命体。从发酵酸奶的乳酸菌，到出产胰岛素的年夜肠杆菌，可以说，细菌充溢于人类糊口以及科学研究的各个方面。
固然，犹如人类肉眼可见的其他生物同样，细菌也是有年夜有小的。
刘陈立奉告记者，每一种细菌有着百般各样的可遗传继承的年夜小，这些细小细胞的体积有时可以相差百万万万倍：从0.3微米长的专性胞内病源菌支原体，到600微米长的刺尾鲷肠道内共生菌费氏刺骨鱼菌，再到生长在纳米比亚海边肉眼可见的1毫米长的纳米比亚嗜硫珠菌。
固然，较年夜的细菌是少少数的，年夜大都已经知细菌的直径在0.4-2微米之间，长度在0.5-5微米之间。刘陈立说，持久以来，细菌的年夜小，一直是细菌分类学中一个不成缺乏的性状，同时特定的年夜小使患上细菌更能顺应其生存情况。
曩昔100年来，生物学家一直想知道，到底是甚么决议了细胞的年夜小。在近代，尽管科学家知道了年夜部门节制细菌细胞周期以及细胞割裂的份子，但人们依然不知道细菌细胞的年夜小是若何肯定的。
上世纪50年月，美国科学家发明“细菌细胞长患上越快，细胞就越年夜”。更为首要的是，这一研究突破性地用一个数学公式，描写了细菌细胞生长速率以及细胞年夜小之间的定量瓜葛。
简略来讲，只要知道细胞生长的快慢，就能够正确揣度出细胞的年夜小，反之亦然。这一公式后被称为“SMK生长法例”。
那末，细胞年夜小以及生长速率之间，为何会存在如许的瓜葛？
1968年，另外一位科学家在《天然》杂志上颁发了他的概念。这位科学家认为，细胞的年夜小，决议了细胞内DNA什么时候起头新一轮复制。当细胞入进复制阶段时，细胞年夜小以及复制出发点数的比值是恒定不变的。
厥后，这一比值被学界称为“肇端质量”。刘陈立说，因为细胞是指数生长，“肇端质量”实时间周期恒定，是以割裂时细胞的年夜小，以及生长速度的指数次方成正比。
这一概念很好方单合了“SMK生长法例”，答复了“细菌年夜小是怎样决议的”这一根本科学问题，被称为“恒定肇端质量假说”。
尔后，这两个统治了学术界半个世纪的生长法例环环相扣，就像科研道路上的“指路牌”同样，在这一领域树立权势巨子60多年，多年来许许多多的研究，在两年夜法例的指引下展开。
一测三年
固然，在曩昔半个多世纪里，有一些研究团队曾经对这两个法例的正确性提出质疑，但因为缺少体系周全的试验数据，相干结论并未引发领域内年夜部门研究职员的器重。
“要想批改主流细胞生长法例，必需要确保试验数据完备的笼盖度，和高度的可重复性。”刘陈立说。
他率领团队潜心3年多研究，对两年夜法例入行了体系性重复试验。
据这次功效论文的第一作者、中国科学院深圳进步前辈技能研究院郑海博士先容，凡是环境下，此类研究会拔取1种或者少数几种培育基，而他们选择了跨越30种的培育基展开试验。
“咱们采纳迟早轮班制，对细胞的生长状况入行及时监控，以确保每一次取样都是在细胞不乱状况下入行。”郑海奉告记者，在低生长速度前提下，完成一次试验所需时间长达一周，而为确保数据靠得住，试验还必要重复，重复次数多的跨越9次。
也是以，此次试验成为了迄今为止雷同研究事情中，选用培育基种类至多、笼盖生长速度范畴最广的一次。
郑海说，带着极年夜的耐烦以及严谨的立场，科研团队终极发明，原本的两年夜法例其实不正确，被奉为经典的“指路牌”，可能将相干领域的研究引向了“偏离的标的目的”。
“尽管生长速率越快，细胞越年夜，但两者之间的瓜葛，其实不合适SMK生长法例的预期。”刘陈立说。
依照法例描写，不管细胞生长快慢，一旦到达“肇端质量”，就应当起头新一轮的DNA复制，然而，刘陈立团队却在试验中察看到，细菌细胞没有遵循假说，分歧培育前提下，“肇端质量”有高有低。
“若是两年夜法例其实不正确，那末细菌的年夜小又是由甚么来决议的呢？”
“咱们可否批改‘指路牌’呢？”
带着这些疑难，刘陈立团队一测就是3年。
新方程出炉
“要以及数据待在一块儿，琢磨它。”这是刘陈立向团队成员提的要求。
这句话，也能够用来描写年夜量科研试验数据暗地里的量化瓜葛，科研团队在试验数据阐发的进程中，终极推表演一个全新且合用于分歧生长速度前提的“个别生长割裂方程”。
刘陈立说，这个新方程，同一了分歧生长速度前提下的细菌细胞周期调控机制，这必定量公式的提出，也使患上细菌个别年夜小、生长速度等天然征象，具备了必定的可展望性。
好比说，一旦得悉细菌生长速度以及DNA复制周期，科学家即可凭据公式，正确展望出细菌的年夜小。
“割裂方程为研究职员提供新的研究范式以及思惟方式，解答了细菌细胞年夜小以及DNA复制周期和生长速率之间的瓜葛，并具备普遍的运用价值。”刘陈立说。
至此，科研团队的探索并未遏制。
这个新方程，对理解细菌细胞周期的节制机制又有甚么意义？在“个别生长方程”的约束下，科研团队对细菌细胞割裂的节制机制入行了探究，并提出一个全新的份子机制假说——存在一种“割裂许可物”，它与“细胞生长”以及“染色体复制分手”相干。当它堆集到达必定阈值时，细胞就会割裂。
在此根本上，刘陈立团队创建了响应的数学模子，入一步的试验，确凿验证了理论展望。
对付人类社会，很难说，一个新方程的出炉，事实象征着甚么。
在物理世界，“伯努利方程”引导了飞机的设计，“阿基米德浮力定律”推进了潜艇的面世，“牛顿第二定律”则是人类患上以遨游太空的理论基石。
那末，合成生物学领域的方程呢？
刘陈立奉告记者，合成生物学的最终方针，就是在生物世界实现理性设计、革新情势或者者缔造情势，以知足人类分歧的需求。
现在这个研究功效，再次证明了定量的思惟方式在生命科学研究中的首要性。刘陈立说：“咱们找到的每个运行纪律，都是试图找到可用于引导设计、革新、重修生命情势的‘图纸’。”
在他眼里，这次对细菌个别细胞相干定量纪律以及法例的根本科学问题研究，对人类揭示并理解生命体内涵原理提供了首要的参考依据，此次研究也有助于将来合成生物学领域的理性设计以及建构，以知足抗生素替换等更多“让人脑洞年夜开”的运用必要。
中青报·中青网记者 邱晨辉 来历：中国青年报