物种起源与进化的媒介

作者简介

张辰宇 南京大学教授，博士生导师，生命科学学院院长，长江学者，国家杰出青年基金、谈家桢生命科学创新奖获得者。主要研究生物医药的基础和应用。研究方向主要是微小核糖核酸（microRNA）、线粒体功能和人体及细胞能量代谢，特别是开创了细胞外RNA研究和应用的新领域。

内容简介

前言 几十亿年来，为了适应地球生存环境的变化，以利于自身的生存和遗传，动物、植物和微生物相互作用、共同进化，形成了现在丰富多彩、不同形式的物种及人类社会。其相互作用、共同进化的调控因素和媒介一直是生命科学研究的主要对象和热点之一。遗传学和分子生物学近百年的发展，清晰地揭示了“脱氧核糖核酸（DNA）→核糖核酸（RNA）→蛋白质”的遗传规律。而1993 年，罗莎琳德·李和维克多·安布罗斯发现了microRNA（简称“miRNA”），在表观遗传学的层面又揭示了细胞内基因和表型调控的新机制。 囿于经典的概念认为“细胞外RNA 极不稳定，很快被降解”， 在2008 年之前，国际学术界局限于研究细胞内miRNA。2008 年， 我和我的研究团队在国际上首先发现了miRNA 在细胞外的超稳定性，提出并证实了血液循环系统中的miRNA 是疾病标志物。之后又提出并证明了“跨界调控的食物miRNA”理论：食物中的外源性植物miRNA 在人和动物的消化系统中不被降解，吸收后被运送到摄食者的血液和器官里，跨界调控人和动物体内靶基因表达，进而影响人和动物的生理和病理过程。在此发现的基础上， 我们进一步提出了“细胞外非编码小RNA 是物种起源与进化的媒介”的假说。我们的这些研究对肿瘤等疾病的早期诊断、个体化治疗，疾病的发病机制、药物的运输方式，食物、中药里新活性成分的认识和鉴定，以及物种间共进化的调节途径和方式等诸多领域产生了重大影响，开创了细胞外RNA 研究和应用的新领域。 本书实际上是关于细胞外RNA 这一新领域整体的研究“论文”。众所周知，随着科学的发展与进步，自然科学的研究越来越精细化，而且需要大量的实验去验证。在现有科学领域的杂志上发表的论文都是某个点上的发现与证明，重要的科学发现引领整个领域的发展成果则由之后这个领域的权威来总结，其已经不是研究论文。但国内自然科学方面的专著大多是进行总结和描述，有些“研究专著”只是没有实验支撑的假说。我们幸运地发现了“细胞外非编码小RNA”的现象。本书在这一发现的基础上， 利用最新研究成果，包括一些尚未发表的实验结果，解释物种起源与进化的一些现象， 回答相关的生物学问题，以期在一定程度上回答“生命从哪里来，又将到哪里去？” 这个生命科学的最基本问题。 在现阶段，生命科学每一个真正意义上的基础性研究突破，都会转化成应用成果， 产生新的产业，在相关领域产生巨大的经济效益。本书不仅可以作为科研人员的工具书和参考书，而且根据本书中的研究成果还可能催发出新的产业，产生经济效益。 某些文科的专著，可以作为一般民众的普适性读物，而现代自然科学的专著，由于专业的理论和研究方法，通常只有本专业的研究人员研读。而与生命科学相近的学科， 如人类学、考古学、社会生物学等学科的专著（包括《枪炮、病菌和钢铁：人类社会的命运》《自私的基因》等）也能成为一般民众的科普读物。我希望本书作为一部将专业的理论研究通俗化的读物，涉及“生命从哪里来，又到哪里去？”这个和每个人息息相关的问题，又与健康、经济、社会等相关领域密不可分，能够成为具有高中及以上文化程度的读者可以理解和接受的科普读物，同时也希望相关专业的研究者能从中得到有益的启示，有兴趣拓展和深入对该领域的研究。 1. 关于细胞外RNA最权威的著作，开创了生命科学研究的新领域 地球上存在生命的历史大约有35亿年，但是人们真正研究生命的形态及组成的历史只有短短几百年，对于生命存在的形态以及组成生命的各种成分的理化特性和功能，人们远未了解清楚。遗传学和分子生物学近百年的发展，清晰地揭示了“脱氧核糖核酸（DNA）→核糖核酸（RNA）→蛋白质”的遗传规律。在传统观念里，RNA非常不稳定，曾被认为只能存在于细胞内。张辰宇及其团队在国际上首先发现了miRNA（一种非编码小RNA）在细胞外可以稳定存在。之后，他们又率先发现了miRNA可以跨物种稳定存在，并在不同物种间跨界调控基因表达，充当了连接动物、植物和微生物界的纽带。在此基础上，他们进一步提出了“细胞外非编码小RNA是物种起源与进化的媒介”的假说。 细胞外RNA的发现及应用，是核酸研究史上，继发现核酸储存遗传信息、RNA具有类似蛋白质的功能后的又一个里程碑。围绕细胞外RNA的研究正在悄悄地引发一场生物学领域的变革。越来越多的科学家致力于了解细胞为何又如何释放RNA，以及细胞外RNA在治疗疾病等诸多领域的潜力。 2. 多学科适用，与社会发展和人们的生活、健康等方面息息相关 本书介绍了以miRNA为代表的细胞外非编码小RNA在疾病生物标志物、基因治疗、药物递送、中药新活性成分的认识和鉴定、物种间共进化的调节途径和方式等诸多领域的突破性进展，让我们见证了小RNA的大能量。例如，“监听”miRNA引起的细胞间通信，有望让人们更早地诊断癌症等疾病；人们所吃的食物可能通过miRNA与人体进行“交流”；miRNA可以在不同生物之间转移，充当了连接动物、植物和微生物的纽带；miRNA在中药治疗疾病的过程中扮演了十分重要的角色；基于细胞外miRNA的新型诊疗技术，在新冠肺炎的早期诊断、预防和治疗等方向取得了突破性进展。 3. 将专业的理论研究通俗化，彰显了科学文化的传承 本书并非传统意义的学术专著。书中以大量原创性、前沿性的研究成果为支撑，解释了物种起源与进化的一些现象。书中还将研究的过程和方法娓娓道来，并为后续研究提供了思路，体现了当代中国科学家的探索和创新精神，彰显了科学文化的传承，有助于相关专业的研究者从中得到有益的启示，从而能继续深入研究细胞外RNA“意义非凡的功能”。同时，本书力求将专业的理论和研究方法用普适性的语言进行表达，从而能更好地传播科学文化知识。