生命为何总能“按剧本走”

本文来自微信公众号： 科技导报 ，作者：科技导报，原文标题：《生命为何总能“按剧本走”｜前沿动态》

不同尺度上的生物过程如此精密和重复，表现得像是经过排练一样：基因组按照模板逐个碱基复制，长度可达约106个碱基；核糖体由数10种组分逐步装配而成；胚胎发育在细胞分裂与分化中保持相对稳定。

问题在于，分子运动本身充满随机性，为什么这些过程仍能高度可重复？传统解释通常强调分子机器的精细纠错。例如，错配修复酶能够识别新复制DNA中特定的碱基错配；适应性免疫系统能够产生与特定分子靶标结合的受体。

噬菌体T4的组装可以拆分为3个互不干扰的独立分支：头部流水线、尾部流水线和尾丝流水线（图片来源：《PANS》）

然而，如果要将这种策略推广到所有表现出有序轨迹的生物过程，就会遇到一个高维识别难题。可能出现的偏离状态空间极其庞大，校正机器必须在每一步区分正确状态和错误状态。以分子伴侣为例（一类帮助其他蛋白质正确折叠、装配、转运或避免错误聚集的蛋白质），一个简单的模型可能要求它们识别由各种突变导致的、发生在众多目标蛋白上的所有错误折叠形式，这将构成一个极其庞大的分子识别问题。

芝加哥大学Riccardo Ravasio、Jack W.Szostak等团队提出了一种更“粗粒度”的解释：生物系统未必总要识别每一种具体错误，只需像设置一个“时钟”一样，把超时、卡顿或未达标的过程清除并重新开始，也能筛选出更有序、更可重复的行为轨迹。2026年5月13日，相关研究成果发表于arXiv预印本平台。

研究团队将这一机制称为“conditioning”，可理解为“条件筛选”：失败的尝试不会留下物理记录，只有满足某个粗略条件的过程被保留下来。以生物复制或组装为例，如果某条路径因为走错顺序而变慢，在时间阈值内无法完成，就被系统“抹掉重来”，例如停滞的核糖体装配体会被拆解，组分被重新利用；久而久之，能够留下记录的，多是那些更快、更顺畅、更接近标准顺序的路径。换言之，秩序并不一定来自对每一步的微观操控，也可能来自对失败路径的不断淘汰。

不过，简单重置也有代价。对于复杂过程，如果每次失败都从头开始，系统会浪费大量已完成的工作。研究团队进一步提出“保存点”（save points）机制：当系统完成某些经过验证的中间阶段后，即使后续步骤失败，也不必全部归零，而是从已保存的中间状态继续。生物系统中也存在类似安排，例如病毒头部和尾部可分别组装后再结合，核糖体生成会经过相对稳定的前体状态，核孔复合体也可由预先形成的亚复合物构建。这样的“保存点”降低了重置成本，使条件筛选有可能扩展到更复杂的多步骤生命过程。

对于生命起源研究而言，该研究具有启发意义：在复杂分子识别机器出现之前，早期复制系统或许只需具备某种重启机制，就能在随机探索中积累出更可重复的功能路径。

（来源：arXiv预印本平台）