北京
原文發表于 《科技導報》2026年第10期科技新聞-前沿動態
生命為何總能“按劇本走”
不同尺度上的生物過程如此精密和重復，表現得像是經過排練一樣：基因組按照模板逐個堿基復制，長度可達約106個堿基；核糖體由數10種組分逐步裝配而成；胚胎發育在細胞分裂與分化中保持相對穩定。
問題在于，分子運動本身充滿隨機性，為什么這些過程仍能高度可重復？傳統解釋通常強調分子機器的精細糾錯。例如，錯配修復酶能夠識別新復制DNA中特定的堿基錯配；適應性免疫系統能夠產生與特定分子靶標結合的受體。
噬菌體T4的組裝可以拆分為3個互不干擾的獨立分支：頭部流水線、尾部流水線和尾絲流水線（圖片來源：《PANS》）
然而，如果要將這種策略推廣到所有表現出有序軌跡的生物過程，就會遇到一個高維識別難題。可能出現的偏離狀態空間極其龐大，校正機器必須在每一步區分正確狀態和錯誤狀態。以分子伴侶為例（一類幫助其他蛋白質正確折疊、裝配、轉運或避免錯誤聚集的蛋白質），一個簡單的模型可能要求它們識別由各種突變導致的、發生在眾多目標蛋白上的所有錯誤折疊形式，這將構成一個極其龐大的分子識別問題。
芝加哥大學Riccardo Ravasio、Jack W. Szostak等團隊提出了一種更“粗粒度”的解釋：生物系統未必總要識別每一種具體錯誤，只需像設置一個“時鐘”一樣，把超時、卡頓或未達標的過程清除并重新開始，也能篩選出更有序、更可重復的行為軌跡。2026年5月13日，相關研究成果發表于arXiv預印本平臺。
研究團隊將這一機制稱為“conditioning”，可理解為“條件篩選”：失敗的嘗試不會留下物理記錄，只有滿足某個粗略條件的過程被保留下來。以生物復制或組裝為例，如果某條路徑因為走錯順序而變慢，在時間閾值內無法完成，就被系統“抹掉重來”，例如停滯的核糖體裝配體會被拆解，組分被重新利用；久而久之，能夠留下記錄的，多是那些更快、更順暢、更接近標準順序的路徑。換言之，秩序并不一定來自對每一步的微觀操控，也可能來自對失敗路徑的不斷淘汰。
不過，簡單重置也有代價。對于復雜過程，如果每次失敗都從頭開始，系統會浪費大量已完成的工作。研究團隊進一步提出“保存點”（save points）機制：當系統完成某些經過驗證的中間階段后，即使后續步驟失敗，也不必全部歸零，而是從已保存的中間狀態繼續。生物系統中也存在類似安排，例如病毒頭部和尾部可分別組裝后再結合，核糖體生成會經過相對穩定的前體狀態，核孔復合體也可由預先形成的亞復合物構建。這樣的“保存點”降低了重置成本，使條件篩選有可能擴展到更復雜的多步驟生命過程。
對于生命起源研究而言，該研究具有啟發意義：在復雜分子識別機器出現之前，早期復制系統或許只需具備某種重啟機制，就能在隨機探索中積累出更可重復的功能路徑。
（來 源： arXiv預印本平臺 ）
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