基因组——人种自传23章-01

时间:2019-08-12  点击次数:   

  章》打开了思考人由何而来、向何而去的一扇大门,浅白易懂又引人入胜,是一本构思独特而又巧妙的佳作,读《基因组:人种自传

  最近,一本名为《基因组:人种自传23章》的引进版权科普书悄然上市。这本书在国外已经好评如云,此次汉译本的出版引起了国内传播研究者和各界专家的关注。邹承鲁、王绶琯、欧阳钟灿、杨焕明、王蒙、张抗抗、郭正谊、邱仁宗、周国平、李银河、梁志平、刘兵、沙子等42位著名科学家、作家、学者、出版家、评论家合力向公众推荐这本书,以引导阅读,提高公众科学素质。专家们一致地对这本书给予了高度评价,认为是一本难得的科普好书,可以作为我们进入基因时代的入门书;是自人类基因组计划实施以来读书界期待已久的优秀读物;是一本不光是公众需要阅读,而且是做前沿科学研究的科学家也应该阅读的书。

  这本书涉及到科学、哲学、社会、人生、历史和未来等等多重焦点话题。很少有哪一本书有如此宽广的涉猎面和公众关注潜质,很少有哪一本书可以引起如此广泛的社会反响。

  上个世纪90年代开始,“基因组”一词在社会上的使用频度逐渐高起来,由不得人们不为之侧目。随着人类基因组计划的实施及不断有最新进展的消息传出来,特别是基因工程、克隆生命、干细胞、克隆器官、克隆人,等等讨论,使有关基因的知识和各种说法成为社会关注的焦点之一。然而,尽管媒体上各种栏目和版面、各种书籍,都不断讨论这个话题,但是,什么是基因?什么是基因组?它们与我们到底有什么关系?我们了解它们对我们有什么好处?不了解它对我们有什么不便或不利?基因时代与以前的时代有什么不同?基因组的研究究竟会给社会带来什么?说基因组是我们人类以及我们每一个人的自传、是我们身体的使用说明书是什么意思?基因到底在什么意义上影响和决定着我们的命运?在我们自己尚不了解的情况下我们的基因被别人掌握了对我们有什么不利?别人有没有权力在我们不知晓的情况下了解我们的基因?我们有没有权力保护自己的基因不被别人破解?我们有没有可能在基因的层次上保护自己?基因组的破译对人类,对我们的地球,是福还是祸?基因歧视、基因迫害是什么意思?生物学意义上的人类靠自然的力量还能进化吗?改良人种与优生学有什么关系?到什么时候,基因在什么意义上可以拯救我的命运?个人以及公众的科学素质在基因时代真的有那么重要了吗,为什么?……等等问题对于广大公众而言,的确依然是云里雾里,朦胧而神秘。

  一个不容回避的事实是,基因时代已经来临,并且不再走开。对许多东西我们都可以无动于衷、敬而远之,却无论如何躲不开自己的基因。以前,基因深藏不露,在我们的身体里,决定和影响着我们的一切,但我们却对它一无所知,甚至都感觉不到它的存在。然而,现在不同了,基因被定位在细胞核内的染色体上,被一条条一段段地测清楚,画出来。我们在基因面前已经无可逃遁。

  42位专家合力推荐的这本《基因组——人种自传23章》是英国科学记者马特•里德利2000年推出的科普力作,是作为科学作家的马特·里德利献给世界的第三部科普畅销书。这本书在台湾出版的汉文繁体版2001年出版以来,已经连续印刷了7次。像马特•里德利这样能把深奥难懂的前沿科学知识用优美而富于人文情怀的文字写清楚的人在世界上也是很少的,得到举世公认的阿西莫夫和卡尔•萨根都已作古。这样的作家,不论其国籍如何,他都是世界的。

  然而,由于讲的是前沿科学知识,这本书也并非完全没有科学书中常见的那种深奥,但是马特•里德利的过人之处还在于他可以让书中时不时不得已出现的科学细节不影响你对书的内容的理解。即便是跳跃着读,也会使你获得巨大的乐趣和启迪。

  尤其值得强调的是,在读书界为图书翻译质量叫苦不迭的今天,这本书是难得的佳作佳译,旅美华人学者刘菁的优扬文彩,使马特•里德利原本美妙晓畅的文字更加美不胜收。

  有专家指出,《基因组:人种自传23章》是继《时间简史》之后又一揭示自然奥秘的力作。宇宙和人类自身是人类好奇心和科学实践的两大永恒的主题,《时间简史》指向宇宙,《基因组》直指人类自身。但不同的是,《时间简史》绝大部分读不懂,《基因组》却具有较强的通俗性。

  这是一本关于一部书的书。我在书名里提到的“自传”,可不是我本人的自传,而是我这个物种的自传,是从生命伊始直到现在的40亿年间历尽艰辛记录下来的详尽的自传,它由线性的、数码式的DNA语言写成。这部DNA的“书”——我们的基因组——在我们的100万亿个细胞的每一个里都带有完整的两份,它既是我们历史的记载,也是建造和使用我们的身体的说明书。如果我们能够阅读这部书,那么我们对自身的了解就可以达到古代哲学家们梦寐以求的水平。我们已经开始读我们的“书”了,先是把它翻译成一种四个字母的人类语言,再开始一点一点地拼凑出它的那些故事的含义。我所尝试的,是带了些诗意的发挥去捕捉这些基因故事中的一部分——从人类23条染色体中的每一条里选出一个故事。这些故事是用四个字母的DNA语言写就的,我用26个字母的英语把它们讲述了出来。现在,感谢刘菁的翻译,它们也可以用中文的那么多字词读出来了。它们是具有普遍性的故事,对世界上所有的人都同样重要。生活在这个时代,我们感到无比荣幸,因为我们对基因的了解达到了前所未有的程度,我们正站在一个即将登堂入室的门槛上。

  在漫长的人类历史中,各个文化、各个时期的人都曾经为生命的本质着迷:什么是生命?我们是怎么来的?我们是否有可能控制自己的生命进程?从东方的炼丹术士到西方的炼金士到传说中可以使人长生不老的唐僧肉、青春泉,人们希望让死亡不再是无法避免的命运;从孙悟空拔一把毫毛“克隆”出一群小猴到现代西方的《弗兰肯斯坦》,人们渴望当一回“上帝”来创造生命;从“种瓜得瓜,种豆得豆”到被希特勒推崇到极致的人种论,人们一方面了解遗传的重要作用,却又希望通过培育良种、嫁接等方式来摆脱遗传的控制,希望“种豆得瓜”或者最好得到摇得下钱来的树。但是,只是在过去的几十年中,由于现代生物学,特别是现代遗传学的发展,人们千百年来对于生命本质的感性认识与幻想才得以凝聚成精确的科学原理。而且,随着人类基因组计划的完成,现代生物学即将出现新的飞跃。

  什么是人类基因组呢?在我们体内的每一个细胞里都有一个细胞核,在每一个细胞核里,都有23对由一种名叫脱氧核糖核酸的化学物质(即DNA)组成的长链,也就是染色体。在这23对染色体上,存在着大约3万个“基因”,这些基因以及它们之间的DNA片段组成了人类的基因组。它们是用化学物质书写的语言,是人类生命的设计图,是人体生长、发育、代谢与行为的规划与实施者。2003年5月,正值DNA双螺旋结构发现50周年,那时候,世界各国参与人类基因组计划的科学家们将要宣布:人类基因组的完整图谱已被绘制出来。这意味着世代的幻想终于成为现实,我们第一次可以从头到尾地读出完整的人类“设计图”,并有了修改它的可能。这将极大地加快遗传学和医学,以及科学其他分支的发展。它不仅对于科学的发展毫无疑问具有里程碑的意义,对于普通人来说,也具有深远的影响。它标志着基因时代的来临。

  用美国麻省理工学院教授、人类基因组计划核心人物之一埃里克•兰德的话说:基因组在生物学里的位置相当于化学中的元素周期表。元素周期表的发现,使化学研究的范围从无穷成为有限,从无序成为有序。同样,基因组图谱的绘制,对生物学研究的范围与内容给予了清晰的界定。从现在开始,我们可以抛弃传统遗传学那种一个基因一个基因分别研究的方法,而把基因组作为一个整体来研究、观察,不仅可以发现每一个基因的功能,而且能够发现多种基因相互协同而达到的功能。我们可以通过观察人体内所有基因在疾病中的变化、对于药物的反应,来研究疾病的病理和疗法;我们可以通过比较不同性格、智力与行为的人群的基因组,而最终找出决定性格、智力与行为的基因;我们还可以通过比较不同物种基因组的方式研究进化。在未来的十几年间,我们要经历生物学知识的爆炸,而这个知识爆炸的过程与结果会引起普通人生活的重大改变。有人把基因组图谱的绘制比做人类登月一样的成就。在有些方面,两者确有类似之处:两者都是大规模的项目,靠的是众多科学家的合作。但是,登月对于普通人的意义,更多是象征性的,它标志的是人类的勇气、能力与辉煌——我们是这个星球上第一个(可能也将是惟——个)登上了其他星球的物种。但是登月并没有给普通人的生活带来什么直接的影响。基因组研究却与此不同。可以说,它将给人类带来的可能是类似于第一次、第二次工业革命那样的震动。也许,在不远的将来,我们可以根据自己的基因组成来选择最适合自己的饮食;我们得病的时候拿到的药也许是根据我们每个人的基因而“量身定做”的;我们可以用基因的变化而不是临床症状,来诊断疾病,从而最大限度地进行早期诊断和预防;我们可以通过改变人体内基因的方式对遗传病实行基因疗法;我们可以延缓甚至精确控制衰老的过程;我们可以事先选择我们的孩子应该由哪个精子细胞与哪个卵子细胞结合而成;我们可以通过简单的基因组扫描而大致了解新生儿的性格和智力;通过了解基因与环境的相互作用,我们可以“设计”一个人的最佳生活环境以最大限度地保证他的身体与心理健康。我们将要进入一个“勇敢的新世界”。

  在这个新的世界里,随着新的生物技术与观念而来的是新的伦理问题。科学技术本身是没有对与错之分的,科学知识与技术的出现也是无法被禁止的。但是,新的技术是一把双刃剑,如何使用它们,后果可以有天壤之别。最明显的例子是原子核裂变与聚变,它们既可以成为长远的能量来源,也可以成为毁灭地球的武器。在决策越来越民主化的社会里,普通公民在怎么使用新的生物技术以及怎么获取新的技术方面有越来越多的发言权,他们有越来越大的权力决定科学研究和技术应用的走向。什么样的研究可以进行、什么不可以进行?基因信息怎样被使用才公平,才能够保证富人和富国不能剥削穷人与穷国的基因资源?一个人的基因信息是他个人的财产还是国家的财产?个人有没有权利不了解自己的基因组成?有没有权利不许政府了解自己的基因组成?在生育后代方面,如果胚胎有基因上的缺陷,父母和社会有多大权力决定胚胎的生死?有选择性的生育(例如以人工受精方式制造多个胚胎,由父母根据基因组成从中选择一个)是否符合伦理?能不能用基因组成作为标准来选择配偶或雇用员工?怎样避免“基因”歧视?转基因食品在什么情况下对人类是不安全的?转基因食品是会伤害还是会造福发展中国家?我们是第一代需要考虑这些问题的人,而我们对它们的回答很可能对人类的未来有极其重要的意义。

  遗传学的飞速发展也将改变我们对自己的认识。现代科学诞生以来,人类就变得越来越卑微。基督教告诉我们,地球是宇宙的中心,人类是万物之灵,是受上帝眷顾的生物,我们的生活一直受上帝的指引。这样的自我形象随着科学的发展被一次次打破:哥白尼的日心说告诉我们,地球并不是宇宙的中心;牛顿力学定律告诉我们,星球的运行一旦开始,就不需要有一个神(或任何外力)维持;现代天文学告诉我们,不仅地球不是宇宙中心,我们的太阳系都不是宇宙中心,甚至我们的宇宙也许只是众多宇宙之一。达尔文的进化论则告诉我们,人类与其他动物相比,并没有什么特别之处,我们都来自共同的祖先。人类与其他物种基因组图谱的绘制,使得我们能够直接比较我们与其他动物之间的差别以验证达尔文的学说。现在已知,从大肠杆菌到人类,几乎所有生物都使用着相同的生命密码;从基因上说,我们与黑猩猩之间的区别比大猩猩与黑猩猩之间的区别还要小!遗传学对于人的行为、智力与性格的研究还发现,人的行为、性格和智力,在一定程度上是由基因决定的。这对“人是万物之灵”的说法构成了一个新的打击:如果我们的性格与行为是由基因、由我们体内一系列的化学反应所决定,那么我们是否只是一台自动化机器?我们到底还有没有自由意志?如果有,那么遗传学的发现又说明什么?如果没有,我们每天都有的那种实实在在的我们自己决定自己行为的感觉又是什么?通过思考由遗传学成果引出的这些哲学问题,我们必将对“我们是谁”、“我们从何处来、向何处去”、“我们存在的目的是什么”这些千百年来哲学最根本的问题有更深层的理解。人类在发现自己与其他动物相似性的同时,也成为了这个星球上第一个也可能将是惟——个发现了自己生命的秘密并有能力修改大自然的设计的物种。人类通过变得卑微而变得辉煌。

  基因组研究与遗传学的发展还将推动其他学科的发展。粗略地说,我们现在面临着四大科学难题:宇宙的起源和终结,生命的起源,大脑功能的原理,以及从一个单细胞(受精卵)怎样产生如人体般复杂的生命。后基因组的遗传学研究无疑会为解决第四个难题起到关键作用,并间接帮助第二、三个问题的解决。在这个过程中我们得到的观念的突破、技术的进步,以及对于大规模复杂系统特性的认识,又会帮助我们理解宇宙的起源。生命的秘密,甚至宇宙的秘密,将在我们面前展开。

  这是一个激动人心的年代,它不仅属于生物学家、科学家,更属于整个人类。为了让公众分享基因时代的成果并更好地承担自己的责任,近些年来,基因组与遗传学方面的科普书籍层出不穷,其中的佼佼者之一,当属英国科学记者、科普作家马特•里德利的《基因组》一书。在这本书里,作者把人类的23对染色体形象地比喻为人类这个物种的23章自传,用浅显易懂的语言和大量的最新资料,从每一对染色体上选取一个有代表性的基因,分23个主题,向非生物专业的读者生动而系统地介绍了基因在人体生长发育、衰老、疾病等过程中的作用;基因在生命进化过程中的演变以及这种演变对人类的影响——自私基因的理论、两性冲突的理论,等等;基因与环境的相互作用和相互影响;基因对于人的智力、性格、行为的决定作用;遗传学知识在现实中的应用(以及滥用),和这些应用所面临的伦理问题;遗传学知识对于哲学的影响,等等。这些话题大多没有定论,在学术界和公众中争议都很大。作者的目的并不是要给读者介绍现成的知识,而是带读者进入遗传学的大门,去领略现代遗传学发展的历程、它的思维方法,以及它面对的挑战;去了解遗传学与人类生活的密切关系、感受普通民众在基因时代肩负的责任,并使读者在将来能够更好地理解与分析基因组与遗传学研究的最新成果。另外,作者不仅分析了遗传学中很多现存的理论,而且大胆提出了一些新的想法。例如,在最后一章关于自由意志的讨论中,作者认为:即使基因在决定每一个人的行为与性格中起了很大作用,但是只要我们的行为与性格是由我们自己的基因来决定,而不是由其他人的基因来决定,我们就仍然具有自由的意志。所以,对于专业人员,里德利的这本书也有一定的参考价值。

  不管我们是否情愿,基因时代肯定已经来临,并且不再走开。怎样在这个时代让基因技术为人类、为我们这个星球造福,同时避免新技术的滥用可能造成的灾难,是每一个公民都应该思考的问题。就让阅读本书成为思考的开始吧。

  一切归于腐朽之物皆源于他方一个接一个地,我们抓住生命的气息而后死亡如同产生于物质之海的泡沫上升、破裂、重归海洋——亚历山大•波普:《论人类》

  太初有“词”。这个词以自己携带的信息充斥了整个海洋,永不停息地复制它自己。这个词发现了如何重组化学物质,以便抓住熵的潮流中微小的逆流并给它们以生命。这个词把我们这个星球上的陆地从布满灰尘的地狱变成了郁郁葱葱的天堂。最终,这个词到达了鼎盛期,巧夺天工地造出了一种粥样的、被称为人脑的机器。这个机器发现并意识到了这个词的存在。

  每次我这么想的时候,我的那个粥样的机器就翻腾个不停。地球有40亿年的历史,我却幸运地活在当今这个时代;地球上有500万个物种,我却幸运地生为一个有意识的人;地球上有60亿人,我却荣幸地生在发现了这个“词”的国家;在地球所有的历史、地理环境与生物环境中,偏偏就在我出生的5年前、距离我出生的地方只有200英里处,我这个物种的两个成员发现了DNA的结构,从而揭示了宇宙中最大、最简单而又最惊人的秘密。如果你愿意,你可以嘲笑我的激情,就当我是个可笑的物质至上者吧:居然对一个缩写词【指DNA。】都肯倾注这么大的热情。不过,跟着我到生命的源头去看看吧,我希望我能够让你相信这个词是多么迷人。

  1794年,博学的诗人、医生伊拉斯谟•达尔文(ErasmusDarwin)这样问道:“远在动物存在之前,地球和海洋就充满了植物;远在某种动物存在之前,其他动物就已存在。在这种情况下,我们能否假设:所有的有机生命都源自于,且仍然产生于,同一种有活性的纤维?”这样一个猜想在那个时代被提出来,让人惊愕。不仅仅是因为“所有有机生命都有共同来源”。这一大胆假说比他的孙子查尔斯【查尔斯•达尔文:19世纪英国生物学家,1859年出版《物种起源》,提出所有生命共同起源、变异和自各选择使得物种多样化的观点,是现代进化学说的奠基人。】有关这一题材的书还早了65年,也是因为“纤维”这一古怪的用词。确实,生命的秘密就是在一条纤维里。

  但是,一根纤维怎么就能创造出有生命的东西?生命是不大好定义的,但是所有生命都有两种能力:复制自己的能力和制造秩序的能力。有生命的东西都能够造出跟自己差不太多的拷贝:兔子生兔子,蒲公英生蒲公英。但是兔子还会干一些别的。它们吃的是草,却能将其转化成兔子的骨与肉,不知怎么一来,就在混沌随机的世界里造出了有秩序有复杂性的身体。它们并没有违反热力学第二定律——在一个封闭的系统里所有事物都倾向于从有序变成无序。这是因为兔子不是一个封闭系统。兔子是靠消耗大量能量才得以建立一个有序的、复杂的局部结构——它的身体的。用爱尔温•薛定谔(ErwinSchr•dinger)【20世纪著名物理学家,写过一本更为著名的小册子——《生命是什么?》。这本小册子启发过包括沃森和克里克在内的对生命的各种现象作研究的人的思路。】的话说:生命是从环境里“把秩序喝进来”的。

  生命的两种能力,关键都在于信息。复制的能力之所以有可能存在,是因为存在一种“配方”,里面有制造一个新的身体所需要的信息。兔子的卵就带有组装一只新兔子的指南。通过新陈代谢来创造秩序同样也靠的是信息——用来建造和维修制造秩序的机器的指南。一只有生殖能力和代谢能力的成年兔子,是由它的生命纤维预先规划设计好的,正如一个蛋糕是在烘蛋糕的配方里就规划设计好了。这个想法可以直接追溯回亚里士多德。他曾说过,鸡的“概念”是隐含在鸡蛋里的,而橡树把自己的计划直接传达给了橡实。亚里士多德的这种模糊的信息学观念,在被物理学与化学埋没了多年之后,又被现代遗传学重新发现。麦克斯•德尔布吕克(MaxDelbruck)【20世纪美国遗传学家,现代遗传学的奠基人之一。】曾开玩笑地说:这位古希腊哲人应该因为发现了DNA而被追授诺贝尔奖。

  DNA的纤维就是信息,是一种用化学物质的密码写成的信息,每一个字母都是一种化学物质。而且,DNA密码事实上是用一种我们能够理解的方式写的,这真有点令人大喜过望。就像书面英语一样,遗传密码是写在一条直线上的线性语言;就像书面英语一样,遗传密码是数码式的,意思是说每一个字母都同等重要。更有甚者,DNA的语言比英语简单多了,因为它的字母表里只有四个字母,按惯例被称为A、C、G和T。

  当我们现在知道了基因就是用密码写的“配方”之后,就很难想象在过去只有那么少的人曾经想到过这一可能性。20世纪的上半叶有一个没有被回答的问题在生物学里一再出现:什么是基因?当时,基因简直是神秘莫测。让我们回到——不是DNA对称结构被发现的1953年,而是此前10年——1943年。10年之后在破解DNA的秘密上做了最突出工作的人,那时候都在干别的。弗兰西斯•克里克(FrancisCrick)当时在朴次茅斯(Portsmouth)那边设计水雷;只有15岁的“神童”詹姆斯•沃森(JamesWaston)刚刚在芝加哥大学注册读本科,而且已立志用自己的一生去研究鸟类学;莫里斯•威尔金斯(MauriceWilkins)在美国协助研制,罗萨琳•富兰克林(RosalindFranklin)则在替英国政府工作,研究煤的结构。【这四人是在1953年发现DNA结构上贡献最大的科学家。罗萨琳因罹患癌症于1958年去世,年仅37岁,另外三人于1962年获得诺贝尔生理学及医学奖。】

  还是1943年,在奥斯维辛集中营,约瑟夫•门格尔(JosefMengele)【第二次世界大战期间最臭名昭著的纳粹医生,在波兰的奥斯维辛集中营在犯人身上进行人体实验,对犯人进行了惨无人道的折磨,有“死亡天使”的称号。】正对孪生子们进行致命的折磨,他的“科学研究”其实是对科学研究的一种极其恶劣的嘲讽。门格尔是在试图理解遗传学,但他的优化人种论已经被证明不是正确的途径。门格尔的实验结果对他之后的科学家是没有用处的。

  1943年,在都柏林,一个从门格尔那种人手下逃出来的难民、大物理学家爱尔温•薛定谔,正在圣三一学院讲授一个名为“什么是生命”的系列讲座。他是在试图定义一个问题。他知道染色体载有生命的秘密,但是他不知道染色体是怎样储存生命秘密的。“就是这些染色体……以某种密码写就的程序,储存了每一个体发育的整个模式,以及发育成熟之后每一个体应有的功能。”他说,基因那么小,小得不可能是任何其他东西,而只能是一个大分子。他的这一见解影响了一代科学家——包括克里克、沃森、威尔金斯和富兰克林——去攻克一个顿时不再是无从下手的难题。但是,已经如此接近答案的薛定谔却偏离了轨道。他认为这个大分子之所以能够成为遗传物质的载体,是由于他心爱的量子理论。而他对自己这个想法执迷的研究最后被证明是走进了一条死胡同。生命的秘密跟量子没有任何关系。关于生命的答案并不出自物理学。

  1943年,在纽约,一位66岁的加拿大科学家奥斯瓦尔德•埃弗里(OswaldAvery),正在对一个实验进行最后的调整。这个实验将决定性地证实DNA是遗传的化学表现。这之前他已经发现,仅靠吸收一种化学溶液,一种肺炎菌就能从无害转变为有害。到了1943年,埃弗里已经总结出:发生了转变的东西就是DNA。但是他在发表自己结果的时候,表达得过于谨慎,以至于一段时间之内都没几个人注意到他的成果。在1943年5月写给他兄弟罗伊的信里,埃弗里也只比以前稍稍大胆了一点:

  如果我们是正确的(当然,这一点还有待证明),那就意味着核酸(DNA)并不仅仅是结构上重要,而是功能上活跃的物质,能够决定细胞的生化活性与特性。那么,就有可能利用已知的化学物质去准确地改变细胞并使这种改变遗传下去。这是遗传学家长期的梦想。

  埃弗里几乎已经走到这一步了,不过他仍然只是从化学的角度在思考。简•巴普提斯塔•冯•赫尔蒙特(JanBaptistavanHelmont)【17世纪比利时化学家、生理学家、医生。】在1648年说过:“一切生命都是化学。”但这只是一种猜想。1828年,弗雷德里克•维勒(FriedrichWohler)说:至少有些生命是化学。那时他刚用氯化氨和银的氰化物合成了尿素,从而打破了一直以来化学的世界与生物的世界之间不可逾越的界限。在他之前,尿素是只有生物体才能制造出来的东西。“生命就是化学”这句话是对的,不过也很煞风景,就像谁说足球就是物理一样。大概计算一下,生命可以说是三种原子的化学。生物体中98%的原子都是氢、氧和碳。但是,生命整体的特性,比如说遗传性,才有意思,而不是组成生命体的每一个零件。埃弗里想象不出来,是DNA的什么化学性质使它能够载有遗传性的秘密。这个问题的答案也不是从化学来的。

  1943年,在英国布莱奇利(Bletchley),一位天才数学家艾伦•图灵(AlanTuring)正在眼看着他最有洞察力的一个想法在绝密环境下变成真实的机器。图灵论证过:数字能够自己进行运算。为了破解德国军队洛伦兹编码器的秘密,英国制造了一台建立在图灵理论上的计算机:克劳索斯。这是一台多功能机器,有可以修改的内存程序。当时没有人意识到图灵也许比任何人都更接近生命的秘密,图灵自己更是没想到。遗传,实际上就是一种可以修改的内存程序;新陈代谢就是多功能的机器。把两者连接起来的是一种密码,是以物理的、化学的,甚至是非物质的形式存在的一种抽象信息。它的秘密就在于它能够复制自己。任何能够利用这世界上的资源把这密码复制出来的事物,就是有生命的东西。这种密码最可能的存在方式是数码方式:一个数字,一个短程序,或是一个词。

  1943年在新泽西州,一个有点与世隔绝的沉静的学者,克劳德•香农(ClaudeShannon),正在琢磨一个他几年前在普林斯顿(Princeton)【指美国著名的普林斯顿大学。】的时候想到的想法。香农的这个想法是说,信息和熵是一个硬币的两面,两者又都与能量有紧密的联系。一个系统的熵越小,它所含的信息就越多。蒸汽机之所以能够收集煤燃烧发出的能量并把它转化为旋转运动,是因为蒸汽机本身有很高的信息含量。人体也是如此。亚里士多德的信息理论与牛顿的物理学在香农的大脑中相遇了。像图灵一样,香农也根本没有想到生物学。但是香农这一深刻的想法,却比堆积如山的物理学与化学理论更接近于“什么是生命”这一问题的答案。生命也是数码信息,是用DNA写成的。

  太初有“词”,这个词却不是DNA。DNA的出现,是在生命已经出现之后,在生物体已经把两种活动——化学反应与信息储存,新陈代谢与复制——分工进行之后。但是DNA一直存着这个“词”的一份纪录,在漫长的岁月里将其忠实地传递下来,直到今天。

  想象一下显微镜下一个人类卵子的细胞核。如果有可能的线对染色体按大小重新排列一下,大的在左边,小的在右边。现在在显微镜下放大一下最左边的一根——纯粹是随意地,这根染色体被称为一号染色体。每一根染色体都有一条长臂和一条短臂,由一个被称为中心体的窄节所连接。如果你仔细地读,你会发现,在一号染色体的长臂上接近中心体的地方,有一串长约120个字母(A、C、G和T四种字母)的序列,重复出现了很多次。在每两个这种序列之间,是一些没有什么规律的“文字”,但这120个字母组成的“段落”却像一段耳熟能详的乐曲一样重复出现,总共出现了100次以上。阅读这种“段落”也许就是我们与最初的“词”最接近的时候。这个短“段落”是一个小基因,它也许是人体内最活跃的一个基因。它的

  120个字母不断地被制成一小段RNA,称为5SRNA。它与其他一些RNA、一些蛋白质被仔细地缠在一起,住在一个名叫核糖体的结构里。核糖体是把DNA配方翻译成蛋白质的地方。而蛋白质又是使得DNA能够复制的东西。借用萨缪尔•巴特勒(SamuelButler)【萨缪尔•巴特勒:19世纪英国小说家、讽刺作家、评论家。】的风格,我们可以说:蛋白质就是一个基因用来制造另一个基因的手段,基因就是蛋白质用来制造另一个蛋白质的手段。厨师需要做菜的菜谱,而菜谱也需要厨师。生命就是蛋白质和基因这两种化学物质的相互作用。蛋白质代表的是化学反应,是生命活动、是呼吸、是新陈代谢、是行为——生物学家们称为“表现型”的那些东西。

  DNA代表的是信息,是复制、是繁殖、是性活动——生物学家们称为“基因型”的那些东西。两者都不能单独存在。这是一个经典的“先有鸡还是先有蛋”的问题:是先有基因还是先有蛋白质?先有DNA是不可能的,因为DNA只是一件含有些数学信息的无生气的东西,不能催化任何化学反应,非得有其他东西帮忙不可。先有蛋白质也不可能,因为蛋白质虽然能进行化学反应,却不能精确地复制自己。这样看来,不可能是DNA创造了蛋白质,也不可能是蛋白质创造了DNA。如果不是最初的那个“词”在生命的纤维中留下了一点淡淡的痕迹,这个谜团也许会一直让人觉得奇怪和糊涂。正如我们现在已经知道的,蛋是在鸡出现之前很久就有了的(爬行类动物是所有鸟类的祖先,它们是下蛋的),现在也有越来越多的证据表明在蛋白质存在之前有RNA。在当代,

  RNA是把DNA和蛋白质这两个世界联系起来的一种化学物质。它的主要作用是把信息从DNA语言翻译成蛋白质语言。但是,从它的行事特点看来,它几乎毫无疑问地是二者的祖先。如果DNA是罗马城,RNA则是希腊;如果DNA是维吉尔(Vivgil),RNA就是荷马。【历史上,古希腊文明出现在罗马之前。荷马是古希腊诗人,以史诗闻名,被认为是对欧洲文学影响最大的人。维吉尔是罗马诗人,亦擅长史诗,对于欧洲文学的影响仅次于荷马。】

  就是那个“词”。RNA留下了五条线索,使我们看到了它是先于DNA和蛋白质的。直到今天,要想改变DNA序列中的任何组成部分,都是通过改变RNA序列中相应的组成部分而完成的,没有更直接的办法。而且,DNA语言中的字母T是从RNA语言中的字母U造出来的。现代的很多酶,虽然是蛋白质,但它们要想正常发挥功能却离不开一些小的RNA分子。更有甚者,RNA与DNA和蛋白质还有不同的一点,就是RNA能够复制自己,不需要任何外界帮助:给它正确的原料,它就能将其织成一条信息链。不管你观察细胞的哪一部分,最古老最基本的功能都需要RNA的参与。基因中的信息是以RNA的形式被一种需要RNA才能正常工作的酶提取出来的。这个信息,是由一台含有RNA的机器——核糖体翻译出来的。而在翻译过程中需要的氨基酸,又是一种小小的RNA分子给搬运过来的。在所有这些之上,还要加上一条,与DNA不同的是,RNA可以做催化剂,可以把分子——包括RNA——打断或是连上。它可以把RNA分子切断、连上,造出RNA的组成成分,把一条RNA链加长。一个RNA分子甚至可以在自己身上做“手术”,把自己的某一段切除,再把两个自由端接在一起。

  世纪80年代早期,托马斯•赛克(ThomasCech)和西德尼•奥特曼(SidneyAltman)【托马斯•赛克和西德尼•奥特曼:当代美国生物学家(后者出生于加拿大),因他们在RNA功能方面的工作于1989年共获诺贝尔化学奖。】发现了RNA的这些惊人特性,从而彻底改变了我们对于生命起源的理解。现在看来,最早的基因,“原基因”,很有可能是复制与催化合为一体的,是一个消耗自己周围的化学物质以复制自己的“词”。它的结构很有可能就是RNA。把任意一些RNA分子放在试管里,然后一遍遍地选出它们中间催化作用最强的成员,就可以重现RNA从什么也不是到具有催化作用的“进化”过程——几乎可以说是又进行了一次生命起源。这种实验最惊人的结果之一,就是最后得到的RNA往往含有一段序列,读起来酷似核糖体RNA基因——比如说,一号染色体上的5S基因——的序列。在第一只恐龙出现之前,在第一条鱼出现之前,在第一条虫子、第一棵植物、第一种真菌、第一种细菌出现之前,世界是

  RNA的世界。这大概是40亿年前,地球刚刚形成不久,宇宙也仅仅有100亿年历史的时候。我们不知道这些“核糖生物体”是什么样子的。我们只能猜想它们是怎样“谋生”的——从化学意义上说。我们不知道在它们之前有什么,但从存留在今天的生物中的线索看来,我们可以比较肯定地说RNA世界确实存在过。这些“核糖生物体”面临着一个大问题。

  RNA是不太稳定的物质,几小时之内就可以解体。如果这些“核糖生物体”去了比较热的地方,或是试图长得比较大,它们自己的基因就会迅速坏死,遗传学家们称为“由错误而引起的灾难”。后来,它们中的一个从试验与错误中发明了一种新的、更“坚强”的RNA的变种:DNA。它还发明了一套从DNA复制RNA的系统,包括一种我们称为“原核糖体”的机器。这套系统既要快速又要准确,于是它把遗传信息连在一起的时候每次连三个字母。每个三字母的小组都带有一个标签,使得它能够更容易地被“原核糖体”找到。这个标签是氨基酸做的。很久以后,这些标签被连在一起,制成了蛋白质,而那些三个字母的“词”,则成了制造蛋白质的密码——遗传密码。(所以直到今天,遗传密码每个词都有三个字母,作为制造蛋白质的配方的一部分,每个词拼出20个氨基酸中的一个。)这样,一个更复杂的生物就诞生了。它的遗传配方储存在DNA里,它体内的各种“机器”是蛋白质做成的,而RNA则在两者之间架起一座桥梁。这个生物名叫露卡(

  Luca)——所有物种在分化之前最后的一个共同祖先。【原文是TheLastUniversalCommonAncestor,缩写为LUCA。】它长得什么样子?住在什么地方?传统的回答是:它长得像个细菌,生活在一个离温泉比较近的温暖的水塘里,或生活在浅海湾里。不过,在过去的几年里比较时髦的做法是给露卡一个环境比较险恶的住处,因为变得越来越清楚的是,地下与海底的岩石上存在着亿万种以化学物质为养分的细菌。现在一般认为,露卡存在于地下极深的地方,存在于火成岩的裂缝里,“吃”硫、铁、氢和碳为生。直到今天,生活在地球表面的生物仍然只是地球所有生物中薄薄的一层。地下深层那些喜热细菌——也许就是造就天然气的那些物质——体内含有的碳的总量,也许是地球表面所有生物含碳量的十倍。不过,在试图确认最早的生命形式的时候,有一个概念上的困难。现在,绝大多数的生物都不可能从它们父母以外的任何地方得到基因了,但是过去却不一定如此。即便是今天,细菌也可以通过吞掉其他细菌来得到它们的基因。在过去某一阶段,也许有过很普遍的基因交换,甚至基因“盗窃”。很久以前,染色体可能是既多且短的,每条染色体可能只有一个基因,失也容易得也容易。如果真是如此,卡尔•沃斯(

  CarlWoese)【卡尔•沃斯:当代美国微生物学家。因为对于生命早期无氧环境里细菌的研究而获得过微生物学界的最高荣誉:每十年颁发一次的列文虎克奖章。】指出,那么这样的生物就还不是一个能够存活一阵的生物体,而只是暂时存在的一组基因。也因此,存在于我们所有人身体里的基因,也许来自很多不同的“物种”,要想把它们归类溯源是徒劳的。我们不是来自于某一个祖先,而是来自于由带有遗传物质的生物体组成的整个“社区”。正如沃斯所说,生命物质从何而来有史可循,生命却没有家族史。你可以把这种“我们不是来自于某个个体,而是来自于一个社区”的结论看成是一种推销集体主义精神和全局观念的、意在让人感觉良好的模糊哲学。你也可以把它看成是“自私的基因”这一理论的终极证明:在过去那些日子里,基因之间的战争比今天更甚,它们把生物体作为临时的战车,只跟生物体建立短暂的联盟,而现在的战争更像是基因与生物体组成的团队与其他团队之间的战争。这两种说法信哪一种,你自己选吧。

  就算以前有过很多露卡,我们仍然可以猜想它们以前生活在哪里,以什么为生。这里,“嗜热细菌是所有生命的祖先”这一说法出现了第二个问题。由于三位新西兰人【这里指

  APoole、DJeffares和DPenny三位科学家。】在1998年公布的精彩的探索工作,我们突然瞥见了一种可能性,那就是,在几乎每一本教科书上都可以看到的生物进化树,可能都是大头朝下了。那些书都肯定地说,最先出现的生物是类似于细菌的简单细胞,它们的染色体是环状的,而且每个染色体只有一份;所有其他生物的出现,都是因为多个细菌结成“团伙”,变成了复杂细胞。现在发现,也许倒过来是更有道理的。最初的现代生物一点也不像细菌,它们也不生活在温泉里或是海底深处火山通道口。它们与原生质(protozoa)很像:它们的基因组是分成片段的,有多条线性染色体而不是一条环状染色体,而且它们是“多倍体”——每一个基因都有几个备份,用来帮助改正复制中出现的拼写错误。还有,这些原生质应该是喜欢比较冷的气候。正如帕特里克•福泰尔(PatrickForterre)【当代法国微生物学家。】一直坚持的,现在看起来,细菌可能是后来才出现的,是高度简化与功能特化了的露卡的后代,是在DNA—蛋白质世界被发明之后很久才出现的。它们的把戏是把在RNA世界里形成的很多“设备”都扔掉,以便在很热的地方存活。在细胞里存留了露卡那些原始的分子特征的生物是我们;细菌比我们“进化得更高级”。一些“分子化石”的存在支持这个奇怪的说法,这些“分子化石”是一小点一小点的

  RNA:向导RNA,桥RNA,小细胞核RNA,小核小体RNA,自我剪接的内含子。【这是一些不同功能的RNA。】它们在你的细胞核里转悠,干一些完全无用的事,比如说,把它们自己从基因里切出去。细菌就没有这些玩意。“细菌把这些东西给扔掉了”是比“我们发明了它们”更简约的解释。(可能让人有点吃惊的是,从原则上说,除非有其他理由,否则科学认为简单解释是比复杂解释更有可能的,这个原理在逻辑上被称为“奥卡姆剃刀”。)细菌在“侵入”很热的地方,比如说温泉或温度可达170摄氏度的地下岩层的时候,就把这些旧的RNA扔掉了。为了尽量减小由热而导致的错误,它付出的代价就是简化自身的设备。扔掉这些RNA之后,细菌发现它们的细胞中经过简化的新设备使得它们在一些繁殖速度越快越有优势的生存夹缝里——比如寄生的环境或以腐烂的动植物为生的环境——有了竞争实力。我们人类保留了那些旧的RNA,那些功能早已被其他“机器”代替了的旧“机器”的残余,一直没有把它们整个扔掉。与竞争极为激烈的细菌世界不同,我们——所有动物、植物和真菌——从来就没有遇到过如此激烈的、要简单快速才占优势的竞争。相反,我们看重的是复杂的结构、是有尽可能多的基因,而不是一台高效使用这些基因的机器。遗传密码中那些三个字母的词在所有生物中都是一样的。

  CGA的意思是精氨酸,GCG的意思是丙氨酸——在蝙蝠里、在甲虫里、在白桦树里、在细菌里,都是如此。即使是在那些古细菌(名字有些误导【说名字有些误导,是因为这些“古细菌”现在仍然存在。】)里以及那些名叫病毒的微小而又狡猾的囊状物里,它们的意思也是一样的。尽管这些古细菌有些生活在大西洋表面之下几千英尺处温度达到沸点的硫磺泉里。不管你去世界的什么地方,不管你看到的是什么动物、植物、昆虫或其他一团什么东西,只要它是有生命的,它就用的是同一个字典、理解的是同一套密码。所有的生命原是一体。除了在个别小范围内有些改动——主要是由于不明的原因而发生在有些纤毛原生动物里——之外,每一个生命体都用同样的遗传密码。我们都用的是同一种“语言”。这就意味着——信仰宗教的人士也许会发现这是一个有用的说法——只有一次创世纪,生命的诞生源自一个单独的事件。当然,最初的生命仍然有可能是发源于另一个星球并由太空船播撒在地球上的;也有可能最初有过千万种生命,但只有露卡在那一“锅”原始汤里那种无情的、“谁有本事谁拿”的竞争中幸存下来。但是,在

  60年代遗传密码被破解之前,我们不知道我们现在知道了的东西:所有生命都是一体;海带是你的远房表哥,炭疽菌是比你更发达的你的亲戚。生命的统一性是从经验中得到的事实。伊拉斯谟•达尔文当年不可思议地接近了这一事实:“所有的有机生命都源自于,且仍然产生于同一种有活性的纤维。”就这样,从基因组这部“书”里,我们可以读到一些简单的真理:生命的统一性,

  RNA的重要性,地球上最早的生命的化学特性,大的单细胞生物可能是细菌的祖先,细菌不是单细胞生物的祖先。40亿年前的生物是什么样的,我们没有化石可以研究。我们只有这部了不起的书:基因组。你的小指头上细胞里的基因,是第一个有复制功能的分子的嫡系传人。这些基因通过一条永不断裂的复制链,在复制了几十上百亿次之后到达我们这里,它们携带着的数码信息里仍然留有最早的生存竞争的痕迹。如果人类基因组可以告诉我们原始汤里发生的事情,它会告诉我们多少那之后的4000万个千年里发生的事!人类基因组是一部我们历史的纪录,它由密码写就,为运行的“机器”而写。(未完待续,关注书虫子,做思想体操)香港马会新葡京资料