基因的概念

基因既是遺傳物質(zhì)的基本單位，也是一切生物信息的基礎(chǔ)。本書講述了基因這個(gè)科學(xué)史上最具挑戰(zhàn)與危險(xiǎn)的概念的起源、發(fā)展與未來。我使用危險(xiǎn)這個(gè)形容詞來表述并非危言聳聽。在整個(gè)20世紀(jì)中，原子字節(jié)以及基因這三項(xiàng)極具顛覆性的科學(xué)概念得到迅猛發(fā)展，并且成功引領(lǐng)人類社會(huì)進(jìn)入到三個(gè)不同的歷史階段。盡管這些概念在19世紀(jì)時(shí)就為人們所預(yù)見，但是直到20世紀(jì)它們才發(fā)出耀眼的光芒。這些概念在問世之初只是為了解決某個(gè)具體問題，可是它們后來卻滲透到生活的方方面面，最終對(duì)文化、社會(huì)、政治以及語言產(chǎn)生了巨大影響。截至目前，這三項(xiàng)概念在結(jié)構(gòu)上竟有驚人的相似之處，其框架均由最基本的組織單元構(gòu)成：例如原子是物質(zhì)的最小單元，字節(jié)（或比特）是數(shù)字信息的最小單元，而基因則是遺傳與生物信息的最小單元。
為什么這些最小可分單元聚沙成塔的屬性充滿了獨(dú)特的魅力？其實(shí)答案非常簡單由于物質(zhì)、信息與生物均具有固定的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，因此只要理解最小單元組成就可以把握整體情況。詩人華萊士史蒂文斯（Wallace Stevens）曾經(jīng)寫道：化零為整，化整為零。他指的是語言表達(dá)中的整體與局部的關(guān)系：盡管句子本身的含義要比每個(gè)單詞更為豐富多彩，但是你只有在理解每個(gè)單詞的基礎(chǔ)上才能讀懂整句話的意思。而基因作為遺傳物質(zhì)的基本單元也會(huì)遵循這個(gè)道理。任何一個(gè)有機(jī)體的結(jié)構(gòu)都要比組成它的基因復(fù)雜，但是你只有先了解這些基因才能領(lǐng)悟其玄妙之處。19世紀(jì)90年代，當(dāng)荷蘭生物學(xué)家雨果德弗里斯（Hugo de Vries）偶然接觸到基因概念時(shí)，他敏銳地意識(shí)到人們對(duì)于自然界的認(rèn)知將發(fā)生翻天覆地的變化。數(shù)量相對(duì)較少的某些因子經(jīng)過不計(jì)其數(shù)的排列組合后形成了整個(gè)有機(jī)世界……就像研究物理與化學(xué)需要回歸到分子與原子層面一樣，我們需要通過生物科學(xué)手段來了解基因在大千世界中發(fā)揮的作用。
原子、字節(jié)以及基因概念問世后，人們對(duì)于它們各自相關(guān)的領(lǐng)域從科學(xué)性與技術(shù)性上都有了新的認(rèn)識(shí)。如果不從原子層面探尋物質(zhì)的類型，那么人們將無從解釋物質(zhì)的這些現(xiàn)象。例如為什么金子會(huì)發(fā)光？為什么氫氣遇到氧氣會(huì)燃燒？如果不了解數(shù)字信息的組成結(jié)構(gòu)，那么人們亦無法理解計(jì)算機(jī)運(yùn)算的復(fù)雜性。例如算法的本質(zhì)是什么？數(shù)據(jù)保存與破壞的機(jī)理是什么？某位19世紀(jì)的科學(xué)家曾經(jīng)這樣寫道：直到人們發(fā)現(xiàn)物質(zhì)構(gòu)成的基本元素后，煉金術(shù)才能被稱為化學(xué)�；�于同樣的原因，我在本書中的觀點(diǎn)也非常明確，人們只有在充分理解基因概念的基礎(chǔ)上，才可能領(lǐng)悟有機(jī)體與細(xì)胞的生物學(xué)特性或演化規(guī)律，并且對(duì)人類病理、行為、性格、疾病、種族、身份或者命運(yùn)做出判別。
但是新概念的應(yīng)用也會(huì)帶來潛在的風(fēng)險(xiǎn)。例如掌握原子科學(xué)是控制核反應(yīng)的先決條件（人類卻通過操控核反應(yīng)制造出了原子彈）。隨著我們對(duì)基因概念的了解不斷加深，人類在嘗試操縱有機(jī)體的技術(shù)和能力方面都有了長足進(jìn)展。我們發(fā)現(xiàn)遺傳密碼的本來面貌竟然如此簡單：人類的遺傳信息僅通過一種分子并按照單一編碼規(guī)律即可世代相傳。著名遺傳學(xué)家托馬斯摩爾根（Thomas Morgan）曾經(jīng)這樣寫道：遺傳學(xué)的基本原理是如此簡明扼要，我們相信可以實(shí)現(xiàn)改變自然的夢(mèng)想。而人們以往對(duì)于遺傳規(guī)律的神秘感不過是一種錯(cuò)覺罷了。
目前人們對(duì)于基因的理解已經(jīng)日臻完善，并且由此擺脫了實(shí)驗(yàn)室階段的束縛，我們開始有目的地在人類細(xì)胞中進(jìn)行研究與干預(yù)工作。染色體是細(xì)胞中攜帶遺傳物質(zhì)的載體，其外形好似細(xì)長的纖維，上面攜帶有成千上萬個(gè)以鏈狀結(jié)構(gòu)相連的基因。人類共有46條染色體，其中23條來自父親，另外23條來自母親�；�因組指的是某個(gè)有機(jī)體攜帶的全套遺傳信息（可以把基因組當(dāng)作一部收錄所有基因的百科全書，其中涵蓋了注釋、說明與參考文獻(xiàn)）。人類基因組大約包括21000至23000個(gè)基因，它們?cè)谌梭w生長發(fā)育、細(xì)胞修復(fù)以及功能維持方面起著決定作用。鑒于基因技術(shù)在過去20年間得到迅猛發(fā)展，因而我們能夠從時(shí)間與空間上破解部分基因發(fā)揮上述復(fù)雜功能的機(jī)制。
不僅如此，我們偶爾也會(huì)通過定向改造基因來影響它們的功能，最終使身體狀態(tài)、生理機(jī)能甚至人類本身發(fā)生改變。這種從理論到實(shí)踐的飛躍使遺傳學(xué)在科學(xué)界中產(chǎn)生了巨大的反響。起初我們?cè)谘芯炕�因時(shí)只是想了解它們?cè)谟绊懭祟愄卣�、性別或者性格時(shí)起到的作用�？墒钱�(dāng)我們開始設(shè)法通過改造基因來影響人類特征、性別或者行為的時(shí)候，其意義已經(jīng)截然不同了。前者的意義可能只局限于心理學(xué)與神經(jīng)學(xué)進(jìn)展，而充滿挑戰(zhàn)與風(fēng)險(xiǎn)的后者才應(yīng)該萬眾矚目。

------------------------

平民也能夠意識(shí)到的變革力量

當(dāng)我集中精力于本書創(chuàng)作時(shí)，人類正在學(xué)習(xí)如何改變有機(jī)體中由基因組決定的遺傳特征。我想表達(dá)的意思是：僅僅在過去的4年間（2012―2016），我們已經(jīng)發(fā)明出按照既定目標(biāo)永久改變?nèi)祟惢�因組的技術(shù)（盡管這些基因工程技術(shù)的安全性與可靠性還有待慎重評(píng)估）。
與此同時(shí)，通過分析個(gè)體基因組來預(yù)測人們未來命運(yùn)的能力也得到大幅度提升（雖然通過這些技術(shù)預(yù)測出的結(jié)果的真實(shí)性尚需驗(yàn)證）。盡管人類已經(jīng)讀取了基因組的秘密，但是就在三四年前，我們還糾結(jié)于如何批量復(fù)制基因組的問題。
即便是平民百姓也能夠意識(shí)到這種變革的力量，而我們正緊跟基因時(shí)代的腳步義無反顧地向前飛奔。一旦人類認(rèn)識(shí)到個(gè)體基因組編碼的命運(yùn)本質(zhì)（哪怕我們的預(yù)測水平還具有不確定性），并且掌握了定向改變這些可能的技術(shù)（哪怕這些技術(shù)還處在低效與煩瑣階段），那么我們的未來將發(fā)生天翻地覆的變化。英國著名小說家喬治奧威爾（George Orwell）曾經(jīng)寫到，在評(píng)論家眼中，每個(gè)人都將顯得一無是處。但愿現(xiàn)在的疑慮只是杞人憂天：當(dāng)我們具備理解與操縱人類基因組的能力時(shí)，傳統(tǒng)意義上的人類概念也許將發(fā)生改變。
原子理論是現(xiàn)代物理學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)，我們朝思暮想試圖去駕馭這種控制物質(zhì)與能量的本領(lǐng)�；�因理論則是現(xiàn)代生物學(xué)的重要基礎(chǔ)，我們努力找尋這種主宰靈魂與肉體的方法。在基因理論形成的過程中，充滿了人們對(duì)于青春永恒的執(zhí)著追求，其中也不乏命運(yùn)多舛的夢(mèng)想神話，同時(shí)還有創(chuàng)造完美人類的壯志豪情。而這部作品主要記述了人們?cè)诨�因發(fā)展史上攻堅(jiān)克難的故事。

------------------------
人類征服基因的時(shí)代已經(jīng)到來

本書內(nèi)容的編排按照時(shí)間順序與故事情節(jié)展開，因此我們也可以把它當(dāng)作一部反映基因發(fā)展史的傳記。該故事起源于孟德爾（Mendel）種植豌豆的花園。1864年，他在摩拉維亞一座不起眼的修道院里發(fā)現(xiàn)了遺傳因子，可惜這項(xiàng)具有劃時(shí)代意義的成果旋即被人們遺忘（基因一詞直到幾十年后才問世）。孟德爾定律與達(dá)爾文進(jìn)化論有部分內(nèi)容不謀而合�；�因概念的橫空出世使得英美兩國的改革派喜出望外，他們希望通過操縱遺傳規(guī)律來加速人類進(jìn)化與解放。20世紀(jì)40年代，納粹德國為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)已經(jīng)達(dá)到瘋狂的極限，他們利用某些殘忍的人體實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證優(yōu)生學(xué)理論，其中包括監(jiān)禁、絕育、安樂死以及滅絕人性的屠殺。
第二次世界大戰(zhàn)（以下簡稱二戰(zhàn)）結(jié)束后科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展促成了生物學(xué)領(lǐng)域的革命。研究證實(shí)DNA（脫氧核糖核酸）就是遺傳信息的載體。如果我們使用專業(yè)術(shù)語來表述基因的作用，那么基因就是通過編碼化學(xué)信息來合成蛋白質(zhì)，從而控制生物的性狀并且行使生物學(xué)功能。詹姆斯沃森（James Watson）、弗朗西斯克里克（Francis Crick）、莫里斯威爾金斯（Maurice Wilkins）與羅莎琳德富蘭克林（Rosalind Franklin）都是杰出的科學(xué)家，他們共同努力的結(jié)果揭示了DNA三維結(jié)構(gòu)的奧秘，并且提出了具有標(biāo)志性意義的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)學(xué)說。隨后科學(xué)家們乘勝追擊，迅速破解了遺傳密碼的規(guī)律。
20世紀(jì)70年代，有兩項(xiàng)對(duì)遺傳學(xué)起到重要影響的技術(shù)問世，這就是我們耳熟能詳?shù)幕�因測序與基因克隆，它們分別代表著基因的讀取與復(fù)制（基因克隆包括所有用于從生物體中提取基因，然后經(jīng)過一系列體外操作后獲得雜交基因，并且這些雜交基因可以在活細(xì)胞內(nèi)大量復(fù)制的技術(shù)）。20世紀(jì)80年代，人類遺傳學(xué)家開始使用這些技術(shù)比對(duì)并鑒別疾病相關(guān)基因，例如亨廷頓病與囊性纖維化。開展此類基因鑒定工作意味著遺傳病管理進(jìn)入了新紀(jì)元，而這些技術(shù)能夠讓父母對(duì)胎兒進(jìn)行篩查，如果胎兒攜帶危害健康的突變基因，那么父母可以選擇終止妊娠（對(duì)于許多為胎兒檢測唐氏綜合征、囊性纖維化或者泰伊薩克斯二氏病基因的父母，以及那些接受BRCA1或BRCA2基因檢測的女性而言，他們實(shí)際上已經(jīng)成為基因診斷、管理與優(yōu)化領(lǐng)域的受益者）。本書講述的故事并非遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想，人類征服基因的時(shí)代已經(jīng)到來。
我們?cè)谠S多人類腫瘤中發(fā)現(xiàn)了多種類型的基因突變，這也為深入了解此類疾病的遺傳學(xué)改變奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)人類基因組計(jì)劃的實(shí)施則將該領(lǐng)域推至自然科學(xué)的巔峰，并且在堪稱典范的國際合作中順利完成了全部人類基因的比對(duì)與測序工作。2001年，人類基因組草圖正式公布。根據(jù)基因組計(jì)劃的發(fā)展方向，我們將從基因?qū)用鎭砝斫馊祟愡z傳過程中變異與正常的行為。
與此同時(shí)，基因還涉及某些敏感內(nèi)容，例如民族關(guān)系、種族歧視以及智力差異，當(dāng)然這也可能成為政治與文化領(lǐng)域中引起廣泛爭議的焦點(diǎn)話題。除此之外，基因也顛覆了我們對(duì)于性別、身份以及選擇的理解，從而直接影響到每個(gè)人的切身利益。
本書用敘事的手法講述了基因概念的歷史演繹，而我也借此來追憶家族變遷的世事滄桑。