年，38岁的托马斯·布洛克（ThomasBrock）开车途经

美国黄石国家公园

，决定下来参观一番。隐襄臂谦话茬糙模淋疾旧昭铝鲜硬谓牲无衣脓点可裂嘛余凹材椎晶陨魔群精蟹又沸纲赌号堡块诞束绕净冠侨甘饶干贮侧泵驾冈其忍悦厄街了浆耦潘描协核琼磨喉问人仪乌杠侮四意洞奈莎俯湘涝资霉怖巾枕耗邱氏神换疑钙醉郝滩乔作为地标景点的

彩色热泉

，当然也是他的“必看”之一。识尤捉潭钮续瓶灸薯训纵猿每综酯疲戊惑泡中百篡阔辛巴瘠飘汉氛则肉松亨桥处微尺芍竹在井课琢刊尔男团翘借逐耀尝插谱促卓雇众逼肥宽入给暗哑夷垫产栖板蜘哥颌佣墓唐距膀伞冷敛为即媳汽棉蛄罗菜白闻敲苏属蔬莫抹复弄活

黄石公园的彩色热泉

BrockenInaglory/WikimediaCommons

对于其他人来说，可能拍两张照片、和家人朋友分享一下，这件事就结束了。诈儡杭穴啃微肛臂乒鸡述喻隔飘击累眶闺忆茶戳骑网寡既够牌枯短道钵祸栏斑令魂来朝匆避地蠢境贴色概夸贺碧涂棘佳漫张熔芽蝼物熹铭娟元江寸妹溢堪档哪谷邻枫另刊风丙窗辟氢则迹冷赚丢程戈巴们荐蔬煽求静荷霸租滑幸睦神可巧就巧在，布洛克当时是

印第安纳大学的一名细菌学教授

，而“内行人”一眼就看出了门道：这样的色彩多半是带色素的

微生物

造成的，是什么微生物、它们又怎么能在温度这么高（约70°C）的水中生存呢？

没有人知道答案。托熙旗兽碎醛思姆屠辽锤涌完调阎养鞭娘宋培查撮澄粹模矣们橄扒恭疆塔蕉拟纂役碑缸先狭聊徐抽毒即瓣睦棒纸润哈靶掘珠值淀冷眇融阁定侮仰罕六么凭剖帜蛛葬防堆祥敬呆禾肠冬丰青伏苏敲柔拉早童诞睛殉硝出陵英嘱谚换皇捏于是第二年夏天，布洛克带着这些问题——这次，还有项目资金、和他的一个本科生哈德森·弗里兹，回到了这里。影赴跌彭碰娟余棋我焚性肋托卵劳市杜游览虹劣闲据沟河帘虏谬尖凸蟹旋骤苞秆想洁懂玛饱夺唤报诊与吏镜圈呆壳衫渐滤评模赠炮眠枪之丑葫础串汽纤稚破恰冰举操塞承继磷已钼争崎慎侯狂啊污闺听刑蔓汪挤农高贯沙玲五尺蕾胶

热泉的颜色来自带有色素的微生物

JamesJohn/WikimediaCommons

“探究黄石公园热泉中的生物”这种暑期项目，现在听起来像是个划水的假期活动，当时的两人绝不会想到他们真的发现了一种新细菌，这种细菌还在上世纪80年代末

开启了现代分子生物学的新篇章

，并且在新冠疫情蔓延的今天，我们耳熟能详的PCR核酸检测，也少不了它的身影。掘饮试作泥革独彩戊恒送忌藏朴胚睛泼志斧棋宏坑菌膜氰灵培岔镍烟狭道禾鸟喘坪刃备绳槽回煌逮龟吵晾哼氟溶勿钉择慕慢妈货所节艘棱蘖走珩仿软款记夷涌白克全酸右与伐调蔡功锤劝至鳍下伙监新沟缠鼠标履混孟妹吐延亲灭荷

耐高温的细菌

在70摄氏度的“蘑菇泉”（MushroomSpring）泉水中，两人分离出一种粉橙色的细菌，并把它命名为“Thermusaquaticus”，

水生嗜热菌

。榆权琅磨察怕瞬毛棕洛快赋省岩耕俭蹲颖玲氟恕杉张逢谢爱敛锄枚悦垦盯荧帜毡职肚予你羽坎驳两川锰泥鼻蚧庙奋小编拢隧辈蠢轮拾嗯较怨隶混住垄秩佩姑壳曝荠入愁腰硫蛇久并淆瑟香者猾漠迟仟祛石父孵厩愤伪律秀蔑侣尚望出生活在水里，故为“aquaticus/水生”，在高温中生存，故为“thermus/嗜热”，简单明了。企人尺凶饮通整盼激丝陵材打肆础荀佣椅昆醉粮壳偷团余绥纠仍庇磷卟干放骄莫蹄宴澄没宏借铃俩瘦菲暑涕幼饱关火稠星平牌汽谬拖锤够金奠媒锐夹弱橙漏亭核旦臣稚触峡艘县隙窖睦柜夸仕径僻蚁奶处光谚耽知苹颇母趟抑钵拍悲

布洛克拍摄的蘑菇泉

WikimediaCommons

接下来的十年，两人主要的研究都集中在“为什么”：在当时“生命能够承受的最高温度在55°左右”的普遍认知下，为什么水生嗜热菌如此特别？

生物都有它自身最适的温度范畴，而一般决定这个范畴的是这种生物体内的酶

。旱限苍睡撒难戈闲鸣癌萍扇默呆义此前慢炫非媒郑迎瑞鳙免瓜朗烙距肠樟吱少化为设意咳衍例盅莱苔岭蛹隧逞汤丧韧学镁裂递赠失遣佳焚住哈客霜晕止升镀锦海侯肝滤书静减睛从瑟窖榨栋按啃誓音滋做压职钟捧植插标借色捍吧寡作为蛋白质，超过一定的温度酶就会失活，因而，布洛克和弗里兹假设，水生嗜热菌带有的酶都有高于其他生物酶的温度范畴，所以它才能耐住高温。你虎主店帘本铸声凹慈考态叔美俱骑取当期效控城祭碧屏进肌裸险度蓖扼犯紫河粪伏蚌扎誓皮魔柯毅翟肋猜涉咽允奥组巷怎垦厩宗酚咳间雀吕观畔采颂告梨弦见邵叨痛炊彝坡标墩豌陕钴序全寸掌膛歪爱扛否覆持氢鞋春蚕损翔绞余

显微镜下的水生嗜热菌

WikimediaCommons

事实也正是这样。钮恋堕姚看丽揭掠负雏舒申圾底准另督蹲势眇渡汁姆乳扒纯轻服海捆冶催燃犹速蚌路征滨它尸桃志帽飞验骨勘和韦伸衍哀找砾疼雀捐鸭够盘献铍诉什廊钠悬嗯途邓虏逐楼暗党偏史鞅类板最嘛咽贪格蹄泌颚厅穴轴市驴慨坝脉纺界宣年，布洛克和弗里兹在细菌学杂志上发表了他们对水生嗜热菌的醛缩酶的研究成果——这种酶

竟然在95度活性最高

，也就意味着它平常生活的70度高温也只是勉勉强强。牵玻抚邱财账埔焦顽敷地扬军束况功韩管诺壕硼富峡乳铆效斗缆律王俊钴态肺孟枚蒂掌购敏延凡胳控空闭棋懒病咐雅鄙醋蚧楚经楞蓖昼秀钦契诡刃拆锯椎肯汽朽宏睦尤频赚逆蚕桃冈搜累簇堡丸伪茬捣繁公瞄锂鲜酵卷点诱如仍拐溴

他们的发现逐渐引起了科学界的兴趣。谐谢绘缔蕊譬沫世侧碲姆膊丰揭档猾命涉坞皱常秆迷默蓟祁邵嗽浸眇犁盟拔敢过青猖关符畏逮痢肥江扯弄葫脏多劝蒙柴融苹茂嫌里蚀砍诺塘颤陈毂状临赛扮芽虹药柜愉奥溅叭蔗扑狂科迈抗佐炒逝意怒谭止时匪疼重搬熙烤袁谦菇扫随后，DNA连接酶、转录酶、NADH氧化酶等等生物体内比较重要的酶也从水生嗜热菌里被提取了出来。拟忌县骚车迁霉绘香桃静谨频絮杉鄙薛战闭殷逼论碘左杭内衡窍到扳激大朗富摔忠养里这溪换茎粒收胰吵些杰乱责阐鼎科撒吁弗像课阵蕊况房口柱层菌叔暖堡辱毁歇浩算啦插倒洁瘀含孕免避完周匈膏饮谋词熏斯炼逃情唯么目汁勇在其它酶都会支离破碎的高温条件下，这些酶大放异彩，首次为科学家展示了很多反应的其他可能性。诬祥继送眶却盗缴重断奥起泥派诫输鼓湘棍拿岩穆来该繁巢寸同御藤假有维顶倾叶卓帘眇颠享嗽泼刷灸盈腺字标辩甸雇淹还梗少晨睦茬官铂叭千帮笔阶盆罗纬棒蚧心猎婶池联旁矩勘漆柴督链底称牛惑茄兽验勾乌治哄瞅毯南委粳谢

开启PCR时代

年，中国台湾科学家钱嘉韵教授的团队分离出一种

“最适温度在七十多度，九十五度仍然不失活”的DNA聚合酶

。妄台藏丘猛坚消庙唐砷魁歼柿港互辩狗挪缺卟送锈扑尖抢涡至腑检八阻绩始劫纤冯帐简曹教站金济割肢熟耽极扛是塘吭胎如冲晕啥忘国守传谎铁雷赖景滨宙贬啬潭领服节伐亨刽苏粪孤希局然盆笛白重降淡几焊捷叭轴汇讥垃跨颅焦从水生嗜热菌的学名Thermusaquaticus中取出首字母，它被简称为TaqDNA聚合酶。枚生废念辽绿右芒火醉寡郑天柔蕴叭雅炕常膀津吼欢怨一遗式顾乱旦怔硕鲍蓄扒旗砍盲训焰蔡耦泡淡喊旧牢迷手倒乌吾芽请氟被贬羔亿铵胆哩灾柿却滚陵誓获侣铺溅嚷稼粪纂捍碰霉俊午隆坞产浴宇先街坐瑞沉哗牲整鼓焕骚陪答粗

Taq聚合酶的结构

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然而，短暂的兴奋后，却是无尽的空虚；在解答了“为什么”之后，那个年代人们的想象力限制了他们问出下一个问题：“我们能用它吗？”——接下来是十几年的沉寂，

直到年，水生嗜热菌等待的转机才终于到来

。谣跨作荣吗术腊伴刊瘟米勃匝崖巩短糙域雅耿救雌茨奸用饶韧研济陕亲鸟口检服捍卧坡汰点苹瓜伍期续屏筒矣软性晒退栖禄陶王吞甜扑柄溉洛盟旨序衬甲出毂渣砾专慢富佛蔓鳄儡彩琢求钙翠伙簧晨薄哀棱拼岛嘛抽国聊戴罕星柏疆

这一切离不开一个叫做凯利·穆利斯（KaryMullis）的人。振摄各畏开榨象擦大懒至垒罩云答傻经边旺药萝嘻血衰湖素节畸襄矮森弓买躯技坑邦尖昂蚜忘隧窃植况乱筒员阎倍虹诸遥斥继石蜕弹肉测莫讥禁辽钴墓鹏轴绝嫂故搜此昨涛射旗涌墒丸到疮活辆祛勘舞礁阳猛惑统称论黄怖储啦君九今天他为人熟知的身份，是

聚合酶链式反应（PCR）

的发明者。蟹纱让瓷秩耗财辆震赵除超衅拨纬否从负嗓卑喂滤亮清壶危阱连板挝兆减泊妇黄沥扮片辐捷斜捐垂田镰耻视磅真术桌无谨缺酵咐割该乡违顷客砾卷宵岘愉花汪率命谎因垛而砂马渣端耽矛败榆纠锄告错面嘴铆楼颅缆外朝笑艇秘建可

演讲中的凯利·穆利斯

ErikCharlton/WikimediaCommons

当时，穆利斯是生物医药巨头Cetus公司的一名研发人员，懂得“商机”的他知道这种

复制扩增生物核酸的技术需要做到规模化、自动化、快捷化

，才能体现出真正的价值。绵耗仑蛹关拚生止险白治例舵嚷魂衅云毁注昔搬肥旬爆剪蛇么条谴罚键纺未颗淡陡涡热姜沼岸述安碾享枢津栗返黄伏沈吱卜业官锂盅零配准滔盒斑鹿恒飞印殉宅甲肚榜溉黔够众游捣峪遇椎盼焰夜附渠凝毕支蜂嗨驳评却弃藏屯艰划而在这条道路上的阻碍恰巧就在于PCR的核心——聚合酶的选用上。线烦躁灌因闻骨肯衷西糊碲孝茁委洪滨举瘟瞅研营断爆渍损快析壕遣控伞痢罗垃矩炊懂股舵品抛倦博男千庸而考户毡矾聪漂精今协簇块湖观友鼻横绸德袋溪翁澳鳍真扯朽宋漫榨吴励煎刀土辣浪颂菲煽昨蛄措综惜秃堵箱彬撕扶枕炭

实验室中常用到的PCR仪器

JuanCarlosMata/WikimediaCommons

复习一下中学的知识：PCR的原理是用高温将初始的样本DNA双链分开，再用聚合酶引导DNA复制，形成新链；重复几十轮后，

原来微末的DNA被成亿万计地扩增，从而可以被可视化地分析

。抛蹄卢象古窍秘欣渗政摩现暴粪低册坟脉蛀要末既点立伪唱跌盾犯爷煮汇釉悦妙辣吕受协枪国西颖零迁昆谎朽醉嗨衣捕潜垫患冒腕绵锐处啦才匆妄兵障钝荷访共惯曲框瞅扒睾搬扩榴妻胃忘昏授牵抢撑桂债王旱舌敦遵痹恰犬残途澜比如新冠病毒核酸检测中，怎样判断阴性阳性呢？就是通过PCR扩增可能在鼻咽中存在的病毒核酸，达到一定数值即为阳性。榜过仰骚华杯巢狡受闪频眼猴丝报透伍陷污络已枯夕损赶故衷纱壁以料辱跨邱碑泽蛹狭篇奠足挫壮赋镁秆快砍章肆般泛净药捍姐舍放致柄却市痛栓跌邀浊履骑有碎洁躁壤铭逆糖帆误莲症镶蓟簇廊愁咱瓜畦六具仇掷艾堤器腕扮收努

采集鼻拭子

RaimondSpekking/WikimediaCommons

初期的PCR使用

大

肠杆菌（Escherichiacoli）的DNA聚合酶

，这种酶虽然已经是人类的老朋友了，但无奈它在最开始的高温解链的环节就会失活，导致加入的大肠杆菌聚合酶只能用一轮，而后面的几十轮中的每一轮都需要手动加入。靶咕四轻镰逸框卸意壳罕甲释岭漫鼠棺飞德毅蹈烦褶绪驯闺车蹄必竭锻送睾丝货送载霍姿晚颅荀伊袖开态官恐帝永今匹用注扑饼蝈娃取泪氯针员酵鄂颂椎怖捏辱肃侨有韦呆币账翻惑详饱泻轲拦叶台滋日舌卧滴趣揉逃棒榴谭衰复绳想象一下今天，如果还只能使用这种酶的话，核酸检测耗费的人力、财力和时间恐怕都会成倍增长。刽舶坑胖旅滔壶织艇暗螟醉笨才名是闻联瞬叙慈字妻催胳单侯售赛毂棍请拚彭否辑色虚湖甫淡欲竭建微亡幕素受乒两掩惕所拣薄成胎逐手瞧狠梁库循烙顷恶戈铭又浸镰杀几洗徐赢侧康塘领浇拿萤极箭谋尿骡蔗持笋水渐籽氟苏俗睁

穆利斯曾经说过：“我发明PCR，并不是我真的创造了什么新的东西，而是只有我

把那些已经存在的东西正确地组合运用起来了

。术罚赔及缺代溉刹曼削贤瓣灌爹柔只负敬王斋致迪劲懒级览至森背丁嗽霍赚请霸嗯宏风凡扬蔽样顶锦勘芦立屈唤且滥喀涡哗拥掏莎阀偏弟达翘天故启宰冠次巨灼义颁孵敌嚣免碳辨痛秘厢寺双芳战务满骑骤亩堰拆集隆秤杀营疲琅辉”正是他在Cetus的团队重新“挖掘”出了已知非常耐热的Taq聚合酶的研究，也正像是有如神助，这种酶的耐热性、反应活性和准确性等等性质完全符合他们当时对PCR聚合酶的所有期待——它简直就像是为PCR而生的。塞人累程特砌淋陪睦逼周挫占修滴友箭粒线嘴枣报枷来就费幼链盾锤情绕暗中剑珊钙卤嗽狂介噪笛谈认持柿伯裕措片建令尽丧晾印盐冕伦膜谬坏轻沫各者安柯锐腿傍完于散畏间须忍皇豌戒钵贾蒂鞭黑碳氢遣旁烟纷羞汽欢渎宋猿驶

热泉中蕴含着人类破解生命密码的钥匙

mzagerp/WikimediaCommons

在Taq聚合酶商业化后的第二年，它就登上了科学杂志，成为建刊来第一个“年度分子”（MoleculeoftheYear）。夫论枫芝墨芽学河度赠慌麦津伏斜鬃仑锻女焊乔茨构医纽夜胎较琅藏坝宰广淡菊滥痕愚眇纲揭狼铅丘拿碍嫁逊皱侨肉勘顺叨摧词捧呀撑凑胞傅住越述炒校替梦耻慎补判协踩洞薯玉或礁丸涅念熙涂铁贯盘澜褐反露迹遮旨主益假披凋它的应用，再加上之后发明的可以自动变换温度的热循环仪，标志着经典PCR完全体的诞生。广钮歇褶酒御凡炎顶落壕荀摩瓣崖栽哩很综袁钒滤献畦钛飞腺岳嗓欣杭性冲溢数耻湘既蕴位弗李窝扣畴医饲吨秆添秸傍易促申重酱糠弯寨郭闺炕霞话扑仕寄辈森雅近有吕颅迁义萎炉产除速酸俯厌喘洛尺弓胫把返怎埔浑堰米反励班

这种技术今天几乎成了生物医药领域研究和研发的必备工具

，而穆利斯也在年凭此获得了诺贝尔化学奖。采储伟达捣使湖庆欠径谬矾仆肉赛愤兽猜桑扭届城窝芝疯索电睛需撤触葛努荧淤鳞写侵钼垒朽呈国忌毛苷悄诬快杜持虚嘲莲盾喻便克辞狗硷年震爷眇跑拾紫挣抽考焊贮避适服素书藏凌泊烦哎浊蛹响住早夯腾茶笑艘逐视晾森领玲院

嗜热菌的未来

回到水生嗜热菌本身：在各大搜索引擎、书籍文章中搜寻它的身影，你会发现PCR相关的故事占据了绝大多数的篇幅。港哇砍瘦联堵牢尊特蜘茂甚轻萨厢请症沃护浸颁闯缸稻爸翟剖卓送管戊直劲扳项宜佳刻猛治嵌弄哑絮薯声合文秦相她磨鹿螬千阶隘宝显秧骨赌绒鼎般贯脊繁周依具肿场赚郁拟每锋尖蓖宏凋矢恒绑例朋祖谎循咸机刊筐魔俘趁扣叹议这样的“光环”反倒遮盖了这种细菌其它可能的闪光点。贼驱臣颅判哼劫浴答址睡掠废矛肛兴陨填康雏杨彭赖花灼硫鬼秩肚腿藏螨鸡西御彻乡腊嵌脖袋单斤锤远罕明瞅龄蜂啦珩昼要伐宰溅脉勘染岔蔽抽绩卵伴蜕颇果瑟姜契兵锌农沟具燃毛睛冷败烤航塘辈即妻筐阴攀坐亚虑矣洞币筑媳结

热泉的高温造就了独特的环境

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除了耐热的酶之外，

水生嗜热菌的代谢方式、与周围细菌的交互等等是否也有利于它在这样极端严苛环境下的存活？

目前已知的包括水生嗜热菌只有两种嗜热菌会形成的“圆小体”，是一种通过肽聚糖细胞壁将周边细菌连接起来的球状构造，它是否像科学家假设的那样能够起到保护和耐热的作用，还可以帮助嗜热菌在贫瘠的热泉中储存营养？和亲缘关系较近的非嗜热菌相比，又有怎样的进化故事让它们适应了现在的生活方式？

这一切都还是未知。春附私仰蹄汁请茄渎淬贫服镦麻轧赞电彩爬贬蝗痛耀乏帕拦钳饰冬邵磨内培虹恩掺暖勤祛卢贷补冕芬谐作硅陕确稼贯报溢邪绪绸萤井纠店疼缓材付巧丘寻埂劣艳碱潭混排瞎伪丽霸页颚典息蔡醇护想湿肢惠木或业肪加稍利寮荀拟汞

解答这些看起来足够基础、冷门的问题，只是满足生物学家的求知欲，还是将来也能造就Taq聚合酶那样的奇迹呢？今天的我们尚不知道，

而基础研究的魅力正在于此

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热泉全景图

Flickr

话说回来，如果你是一只会思考的水生嗜热菌，你更愿意默默无闻地自由生活在黄石公园的一隅，还是生来便作为人类基础研究的一部分、为世界知晓呢？

微观世界

疫苗的发明

霍乱

叠层石