在刘易斯卡罗尔的经典作品中，通过镜子，Humpty Dumpty说，“当 我 用一个词时，它意味着我选择它的意思 - 既不多也不少。”反过来，爱丽丝(仙境成名)说，“问题是，你是否 可以 使词语意味着许多不同的东西。“地球上的所有生物都使用遗传密码，这是在DNA中指定蛋白质建筑计划的语言。人们一直认为只有一个这样的“规范”代码，所以每个词对每个有机体都意味着相同的东西。虽然之前偶然发现了一些偏离这种规范代码的生物的例子，但这些被广泛认为是非常罕见的进化怪异，在地球上的大多数地方并不代表一小部分物种。现在，这个范例受到了美国能源部联合基因组研究所(DOE JGI)的一组研究人员在2014年5月23日期刊中发表的规范遗传密码的大量例外情况的挑战。

“一直以来，我们都认为有机体使用的代码或词汇是普遍的，适用于生命树的所有分支，几乎没有例外，”DOE JGI主任Eddy Rubin和科学论文的资深作者说。“我们现在已经证实，事实并非如此。生命的很大一部分使用不同的词汇，其中同一个词在不同的生物体中意味着不同的东西。“

这项研究是在美国能源部JGI继续努力探索被称为“微生物暗物质”的生物前沿的基础上进行的。这些微生物很难在实验室中成长和研究，但几乎所有环境都来自人类的肠道到海底的热通风口。地球上大约99%的微生物物种都属于这一类，在实验室中无视文化，但却极大地影响了植物生长和健康，土地和海洋的碳和其他养分循环，甚至气候过程中最重要的环境过程。

“宏基因组和单细胞基因组学的工具，我们用它来确定微生物的遗传蓝图而不需要在实验室中培育它们，为我们提供了一个进入未开发的，未培养的微生物世界的窗口，”鲁宾说。“我们使用的比喻是，直到最近我们才开始在灯柱下寻找新的生命，研究我们可以在实验室中生长的有机体，同时我们知道大多数微生物的生命对实验室中的生长非常有抵抗力。在这个项目中，利用宏基因组学和单细胞基因组学来探索未培养的微生物，我们真的有机会了解遗传密码如何在野外运作。它正在帮助我们对大自然如何运作以及微生物如何管理我们的星球有一个公正的看法。“

自从DNA结构的发现和分子生物学的中心教条的出现已经有60年了，其中DNA作为RNA的模板，这些核苷酸形成称为密码子的三联体。有64个密码子，除了这些三联体中的三个之外，其他三个都编码实际氨基酸 - 蛋白质的构建模块。其余三个是“终止密码子”，它们使分子机器停止运转，终止RNA转化为蛋白质。每个都有一个名字：琥珀，蛋白石和赭石。当有机体的机器读取DNA中的指令时，构建由氨基酸组成的蛋白质，并到达Amber，Opal或Ocher，这个三联体将发出信号表明它们已到达蛋白质末端。

“这有点像'停止标志'，”鲁宾说。“但我们在研究中看到的是，在某些生物体中，停止标志并未被解释为停止，而是表示继续添加氨基酸并扩大蛋白质。”

当该研究的主要研究者，DOE JGI的Natalia Ivanova发现异常时，特别观察到该团队对寻找规范遗传密码中的故障感兴趣：细菌具有长度仅为200个碱基对的极短基因。通常，来自微生物的基因长约800-900个碱基对。

“当试图使用规范密码子表解释这些细菌的序列时，通常将Opal解释为停止标志，导致细菌具有令人难以置信的短基因。当纳塔利亚使用不同的词汇，其中Opal，而不是被解释为停止，被认为编码氨基酸甘氨酸，细菌中的基因突然看起来是正常长度，“鲁宾说。他们对这一发现的解释是，“蛋白石 - 重新编码”的生物不是停止，而是将氨基酸掺入多肽中，该氨基酸不断生长并最终产生正常大小的蛋白质。

根据这一发现，他们希望看到这种情况在自然界中发生的频率，并在未培养的微生物的大量序列数据中寻找相似的事件。计算上，他们筛选了大量“干草堆”的序列数据，5.6万亿个遗传密码(相当于近2,000个人类基因组)。这些来自远在海洋，淡水和陆地环境中的遥远和深奥地点的1,700多个样本 - 来自人类口腔和肠道更接近家庭和更平淡无奇的地方。

“我们惊讶地发现野生中前所未有的细菌数量具有这些密码子的重新分配，从”停止“到氨基酸编码”感觉“，在某些环境中高达10%的时间，”鲁宾说。

研究人员发现的另一个观察结果是，除了细菌之外，这些重新分配也发生在噬菌体中，这些病毒攻击细菌细胞。噬菌体感染细菌，将细胞注入细胞并利用细胞的翻译机制创造更多的细胞，直到细菌细胞爆炸，释放出更多的子代噬菌体颗粒，扩散到邻近的细菌并发挥作用。

“为了实现这一切，已确立的教条是噬菌体需要使用宿主细胞使用的确切遗传密码，否则，无论它注入的DNA是什么，都不会被正确翻译，”鲁宾说。“但我们观察到噬菌体的密码子词汇与我们在其细菌宿主中发现的任何一个都不相符。我们对这个结果感到头疼，因为我们想知道主持人的情况如何。该教条告诉我们噬菌体需要与宿主共享相同的代码，但我们在细菌中看不到琥珀。那么这些噬菌体在做什么呢?“

鲁宾说，这条妙语是错误的教条。

“噬菌体显然并不真正关心宿主的密码子使用。他们有办法解决这个问题，事实上他们利用差异攻击宿主。“噬菌体使用某些分子技巧，只是密码子表中的那些微小变化，以抑制宿主细胞的保护机制进行'恶意接管'细胞 “我们把这种策略称为'密码战'，”鲁宾说。“在描述环境特征以及它们的常驻微生物如何促进生物化学和生物地球化学过程时，我们需要牢记这一点。现在我们对密码子表的规范性质的假设被动摇了，我们将能够设计新的分析方法，将这种意想不到的复杂现象考虑在内，这样我们就可以更好地理解这些环境如何发挥作用。“

Rubin指出，其他值得思考的问题是，是否可以为通过合成生物学开发的那些新兴生物有效地建立适当的控制。这些生物中的一些已经被设计为具有故意改变的遗传密码，被设计为“防火墙”以防止实验室工程微生物与其野外表亲之间的遗传信息交换。

爱丽丝梦游仙境当然捕获了大自然复杂性的烦恼：“如果我有一个属于我自己的世界，那么一切都是无稽之谈。”