在整个20世纪中,“原子”、“字节”以及“基因”这三项极具颠覆性的科学概念得到迅猛发展,并且成功引领人类社会进入三个不同的历史阶段。
这三项概念在结构上都有惊人的相似之处,其框架均由最基本的组织单元构成:例如原子是物质的最小单元,字节是数字信息的最小单元,而基因则是遗传与生物信息的最小单元。
《基因传:众生之源》这本书就讲述了基因的前世今生。
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-1-基因的前世
“为什么龙生龙,凤生凤,老鼠的儿子天生会打洞?”
“为什么孩子和父母长得一摸一样?”
早在2500年前的古希腊,这个问题也引起了大哲学家们的思考。
毕达哥拉斯的“预成论”
公元前530年,著名科学家和神学家毕达哥拉斯,也就是毕达哥拉斯定理(勾股定理)的发现者,提出了“精源论”学说。它认为精液在体内四处流动吸收身体各部分的信息,然后进入女性体内。父亲通过精液提供了后代的信息,母亲只是提供了营养。这种理论盛行一时,在古希腊戏剧《复仇女神》中,俄瑞斯忒思谋杀了母亲,法庭却认为母亲只是提供了营养和哺育,是生命的孵化器而已。因此母子并没有血缘关系,俄瑞斯忒思并非罪不可恕。
亚里士多德的“无形的手”
200年后,另一位哲学家大牛亚里士多德写了《动物志》这本书,他指出孩子也有母亲或祖母的特征,父亲母亲都参与了信息的传递。正是加入了母亲经血的材料,才能成长为孩子。信息+材料的推测已经非常接近现代遗传学的本质。
基督教的“缩微人”
之后的两千多年,随着基督教的兴起,人类出生和起源笼罩上了一层神秘面纱。大家相信,上帝在第六日用尘土造了亚当,用亚当的肋骨造了夏娃。而“缩微人”就存在于精子中,其外形就像一个体型微小但五脏俱全的胎儿,蜷缩在精子这个小包裹内。怀孕不过是父亲精子中的小人儿转移到母亲子宫的结果。我们每个人都是亚当的后代,新生命的形成正是亚当偷吃禁果犯罪时,因此我们一出生,就带着数千年的原罪。直到17世纪显微镜出现后,还有学者声称在人类精液中发现了大量漂浮的缩微人。
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18世纪,以毕达哥拉斯理论为原型的“缩微人”预成论,和以亚里士多德信息论为原型的“无形的手”理论,成为了生物学家、哲学家、基督教学者之间激烈辩论的焦点。
基因的前世就是在人类这两千多年间的猜想和争吵中,开始逐渐显露出朦胧的身影。
-2-基因的诞生
达尔文探险
1831年底,达尔文从剑桥大学毕业,这位初出茅庐的新手坐上了“小猎犬号”去南美洲采集标本,这趟历时五年的艰苦远航竟然意外撩起了“基因”的神秘面纱。旅途中海岛上千差万别的物种看起来存在着千丝万缕的联系,就像一棵大树一样逐渐演化,并不像“神创论”所说全部由神创造。1859年达尔文出版了《物种起源》并瞬间售罄,生物学第一次与神学思想彻底分道扬镳。
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孟德尔种豆
1856年,连续考取教师资格不中的孟德尔走上遗传学舞台。这位连植物学考试都没通过的修道院代课教师,对豌豆产生了兴趣。高茎豌豆与矮茎豌豆杂合会生成什么豌豆?高茎、矮茎还是不高不矮?就是这个简单的疑问开启了生物学的新篇章。孟德尔周而复始地播种、授粉、开花、采摘、剥壳、计数,他分析了2.8万株植物、4万朵鲜花以及近40万颗种子,第一次用数字和统计方法去研究生物学。1866年孟德尔发表了论文,阐述了等位基因、隐形性状分离的划时代观点,被誉为“遗传学之父”。基因的形象随之呼之欲出。
眼看着基因就要横空出世,孟德尔的论文却诡异沉寂了33年,直到1900年才被人重视重现。1905,“遗传学”名词正式出现。
摩尔根养苍蝇
摩尔根的兴趣是养苍蝇。1910年,他在装满腐烂水果的牛奶瓶里饲养了上千只蛆虫。实验室里挂满了熟透的香蕉,充满了发酵的味道,每当摩尔根挪动时,就会有成群的果蝇从桌子下面钻出来。通过研究果蝇的不同遗传性状, 摩尔根发现基因彼此之间存在物理连接,推测染色体就像一条“细绳”,基因就是穿在上面的串珠。摩尔根不仅将基因连接在一起,他还将两门学科(细胞生物学与遗传学)结合起来。基因不再是一个“纯理论单位”,它是居住在某个特定部位的有形物质,并且以某种特殊的形式存在于细胞中。
格里菲斯培养细菌
1918年西班牙流感横扫欧洲导致了2 000万人死亡。科学家开始研究相关致病的细菌。格里菲斯把有毒死菌的碎片混进了无毒活菌,曾经无毒的细菌不知何故就“转化”成了有毒的细菌。格里菲斯就此发现传递生命信息的是某种化学物质,并不一定是活体。
通过1900-1935年期间的三十五年间不断研究,基因的身份——DNA开始显现。
-3-基因的今生
从1935年开始,基因的“成长”开始加速。
神奇的DNA双螺旋结构
1943年,多布然斯基公布了基因与物种表现关系的公式,即:基因型+环境+触发器+概率=表型,解决了达尔文提出的物种起源问题;1952年,富兰克林取得了DNA的电子照片,在此基础上,1953年,沃森和克里克发现DNA双螺旋结构以及碱基配对原则;1959年,帕迪、雅各布、莫诺联名发表发表《Pa-Ja-Mo》论文,发现基因的调控开关;1961,科学家们破解了碱基三联体密码机制,克里克提出DNA的“中心法则”,即:DNA—(转录)—RNA—(翻译)—蛋白质—(决定)—生物的功能和特性。
DNA双螺旋结构是一个标志,它与毕达哥拉斯三角形、拉斯科洞穴壁画、吉萨金字塔以及从外太空俯瞰人类居住的蓝色弹珠图像有异曲同工之妙,并且将永久铭刻在人类历史与记忆中。DNA双螺旋模型看上去就像是某个疯子发明的开瓶器,当然也可以将其比作一段精雕细刻的旋转楼梯,然而只有它才可以衔接人类的过去和未来。
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人类遗传密码的破译
假如说20世纪早期遗传学领域的关键词是“遗传信息”,那么之后这个关键词就变成了“遗传密码”。人类对基因的研究开始转为遗传密码的破译。
全世界科学家们决定携手开启人类基因的图谱研究。1989年1月人类基因组计划正式启动。2000年6月26日,美国总统克林顿携手科学家宣布完成了人类基因图谱。科学家们发现人体有23对染色体,共32亿个碱基对、2万多个基因。
虽然我们已经获得了完整的人类遗传图谱,可是如何进行破译、读取和理解仍是任重道远。
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-4-基因的未来
传统的人类遗传学研究主要关注病理学改变,其核心无外乎那些“影响人类健康的疾病”。但是随着研究工具与方法的日新月异,现在遗传学已经可以在生物学的世界里自由翱翔,其研究重点从病理改变跨越至生理功能。
基因治疗
通过基因研究,人们已经发现很多疾病的根本原因是基因发生了突变,已经发现的疾病包括:镰刀型贫血、血友病、侏儒症、唐氏综合症、血色素沉着、亨廷顿、囊性纤维化等等。还包括多种基因突变引起的癌症、高血压、精神分裂等复杂病症。目前对于只有高外显率的单基因病(例如泰伊—萨克斯二氏病、囊性纤维化或镰刀形红细胞贫血症),或是整条染色体都发生改变的疾病(例如唐氏综合征),已经适合在临床上开展基因诊断和治疗。
未来随着人类对基因导致疾病的进一步研究,通过改变突变基因彻底治愈疾病将不再是梦想。
基因诊断
随着基因研究的深入,我们已经开始实施对胎儿进行广泛的产前基因检测。通过羊水穿刺获取胎儿的基因,与明显的遗传疾病基因进行对比,对高风险疾病胎儿进行干预,采取终止妊娠等方法减少疾病婴儿的出生。目前通过产前基因诊断,唐氏等遗传疾病比例已经大幅降低。
未来随着疾病基因的增加,基因诊断和产前检测范围会更加广泛,从出生比例上大幅降低基因类疾病人群数字。
生殖细胞的基因诊断、治疗、克隆
目前基因诊断和治疗的对象,主要针对不可遗传的非生殖细胞。并且还面临着三项限制原则:高外显率基因、极度痛苦与非胁迫下的合理干预。主要的原因是人类对基因的了解还十分有限,目前的人类基因图谱更像是配方而不是蓝图,关于基因真正的本质人类还是无法了解透彻。
对于生殖细胞的基因诊断和治疗,目前人类面临三项挑战:建立可靠的人类胚胎干细胞库;将定向改变导入现存胚胎干细胞;将创建的基因改变整合到人类胚胎。但由于技术的限制以及伦理道德的约束,目前对生殖细胞基因研究各国都有严格的限制。
未来如果改造的基因可以遗传,那么人类就创造了人类自己,“X战警”、“蜘蛛人”等都会成为现实。
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-5-基因的伦理
基因从诞生就伴随着争议。
优生学说在20世纪初大行其道,核心思想就是“坏基因没有资格生育繁殖”。美国最先倡导优生学,1927年最高法院宣判“巴克诉贝尔案”成为了标志,被确定符合智障标准的艾玛被迫绝育(但几十年后却发现其后代并非智障)。当时美国印第安纳州还通过《绝育法》,全国到处举办“健康婴儿大赛”。但问题是,智障的标准是什么?是否智障的后代就一定是智障?智障是否就一定没有生育的权利?除了基因,还有其他因素决定人的智力水平吗?
1933,德国纳粹上台,他们更加推崇基因决定论。德国通过了《绝育法》和《纽伦堡法案》,决意消灭犹太等其他劣质民族,保护德意志血统的种族卫生。接下来的十几年,纳粹推行安乐死、T4计划,大肆清洗异族。至1941年,T4行动已经屠杀了将近25万的成人与儿童。此外,在1933年到1943年间,大约有40万人根据绝育法接受了强制绝育手术。
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现代基因组时代最大障碍是人类伦理。
目前临床医生可能运用基因编辑来帮助患有由单基因缺陷引发的疾病的人们,这种新技术毫无疑问合乎伦理的运用方式。但是如果将修复用于卵子和精子上,以挽救此后可能得此类疾病的人,是否也符合伦理呢?这种疗法可能会十分有效,但这也可能意味着由这些精子或卵子中所诞生出来的孩子,他们将把身上经过基因修饰的基因组再传递给自己的孩子,这改变了人类的种系、也跨过了伦理的边界。
又比如说,如果产前检测告诉你,除非做出一点小小的编辑,不然你的孩子的IQ很有可能低于80,你会怎样做?如果一家私立试管婴儿诊所为其客户的胚胎提供了一点点帮助,便能使孩子的IQ从高变得更高,会发生什么事?这可能会加剧已经成为大问题的不平等现象——尤其是在只有富人能够接触到这种技术的情况下。另外标准基因的后代否意味着以危险的方式降低人类的多样性?
基因是上帝,还是人类是上帝?
《基因传》提到:究其根本,人类不过是携带基因的载体与表达功能的通路。基因是自然界万物生长的源泉,而我们就像是风驰电掣的赛马,在转瞬间前赴后继薪火相传。它们的组成与世间的善恶无关,同时也不会受到人情冷暖的影响。我们只是这些遗传物质最终的表现形式。也就是说基因才是这个世界的主宰,人类只是基因的工具而已,难道人类就只能是基因的木偶?
基因使得我们人类这种智能生物“学会解读自身指令”,这种哲学困惑十分令人惊诧。倘若基因与生物体可以相互决定对方的本质与命运,那么这种逻辑循环就可以形成闭环。基督教中的上帝也是恩威并施的化身,他既是桀骜不驯的运动员又是最终命运的裁判员。如果我们掌握了基因,我们就成了人类自己的上帝!
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《基因传:众生之源》,作者悉达多·穆克吉,哥伦比亚大学医学中心癌症医师、哥伦比亚大学医学院副教授。遗传病给他和家人带来不堪回首的痛苦。他用叙事的手法讲述了基因的历史演绎,也借此书来追忆家族的变迁。《基因传》出版后,迅速高居亚马逊榜单,成为《纽约时报》畅销书,《华盛顿邮报》《西雅图时报》年度好书。他的另一本书《众病之王:癌症传》详尽记述了癌症的起源与发展,以及人类对抗癌症、预防癌症的历史,出版后获得普利策文学奖。《癌症传》讲的是生命的病态,《基因传》讲的是生命的常态,因此《基因传》可以被视为《癌症传》的前传。
相对于人类几十万年的历史,这基因诞生的一百多年,只是沧海一粟,我们对基因的了解也只是冰山一角。
基因就像其他技术一样,是无道德属性的,它既非善也非恶,技术的善恶完全取决于我们人类自己。
希腊故事中,好奇的潘多拉打开了魔盒,一团烟冲了出来,将众神的一切礼物全给了人类,包含幸福、瘟疫、忧伤、友情、灾祸、爱情等等。
基因就是人类打开的潘多拉魔盒,这里面也将会有“幸福、瘟疫、忧伤、友情、灾祸、爱情”。
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