■张田勘

    1953年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克发现DNA双螺旋结构，开启了分子生物学时代，“生命之谜”被打开，人们可以清楚地了解遗传信息的构成和传递途径。生物的所有遗传信息都储存在DNA中，并且通过RNA的转录，把遗传信息丝毫不差地传递到下一代。

    然而现在，DNA复制遭遇了挑战。过去一直认为，DNA打开后的两条单链　(前导链和后随链)　匀速合成DNA，并且通过某种机制让两者的复制速度不至相差太远，从而保证复制的准确性。但是现在，美国加州大学戴维斯分校分子遗传学教授史蒂芬·科瓦尔兹科斯基的研究团队却发现，DNA的复制过程并非完全有规律，而是充满着随机性。

    沃森和克里克两人的研究以及后来的多项研究都证明，DNA的复制是半保留式复制，即DNA在复制过程中，碱基间的氢键首先断裂，双螺旋解旋分开，每条链分别作为模板合成新链，每个子代DNA的一条链来自亲代，另一条则是新合成的。

    半保留式复制的最大特点是，DNA的复制是有规律和固定模式的，例如，DNA中的四种碱基A (腺嘌呤)、T (胸腺嘧啶)、C (胞嘧啶)　和G (鸟嘌呤)总是有规律配对，即按碱基互补配对原则形成碱基对，其中A与T、C与G之间通过氢键相连配对，而且A与T之间是双键、C与G之间是三键。

    科瓦尔兹科斯基等人新的研究发现，当DNA解旋形成单链时，就好像形成两条只有一根铁轨的待铺设轨道，前导链的单轨方向是由西向东，则依据前导链为模板合成的另一条铁轨也是由西向东，并且按部就班进行铺设；以后随链为模板的复制则相反，由东向西铺设轨道，但都是按照A-T、C-G来识别和匹配枕木。而且，后随链只能一段一段地铺设，每铺好一段，则进行固定，并形成螺旋结构。

    研究人员借助精密的成像技术和荧光染料，对大肠杆菌的DNA复制进行观察，发现DNA双链打开后，在前导链上，DNA的复制基本上是有规律地匀速进行，但后随链上的DNA合成就像是漫无目标又没有动力的老爷车，会毫无预兆地熄火停车，然后又随机启动和前行，与前导链的合成速度最大可相差10倍。

    后随链上这种不稳定的合成速度，意味着存在更高的突变因子。因为打开后的单链好比不设防的阵地，如果不快速配对合成并固定成双链DNA，敞开的A、T、G、C四个碱基随时都有可能受到破坏，或与随意出现的碱基配对，从而造成DNA复制的错误，包括缺失、错位、跳跃和重复等。

    不过，科瓦尔兹科斯基等人也发现，复制过程也有一种类似于交通上的“失能开关”装置来减少复制错误。当一种意外情况发生时，可以自动启动开关，防止发生严重后果。例如，当DNA双螺旋解旋过多，这个开关就会开启，让解旋减慢，使得慢吞吞的DNA复制加速追赶上来，以免碱基裸露在外而受到破坏。