基因的概念

基因既是遺傳物質的基本單位，也是一切生物信息的基礎。本書講述了基因這個科學史上最具挑戰(zhàn)與危險的概念的起源、發(fā)展與未來。我使用危險這個形容詞來表述并非危言聳聽。在整個20世紀中，原子字節(jié)以及基因這三項極具顛覆性的科學概念得到迅猛發(fā)展，并且成功引領人類社會進入到三個不同的歷史階段。盡管這些概念在19世紀時就為人們所預見，但是直到20世紀它們才發(fā)出耀眼的光芒。這些概念在問世之初只是為了解決某個具體問題，可是它們后來卻滲透到生活的方方面面，最終對文化、社會、政治以及語言產生了巨大影響。截至目前，這三項概念在結構上竟有驚人的相似之處，其框架均由最基本的組織單元構成：例如原子是物質的最小單元，字節(jié)（或比特）是數字信息的最小單元，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特的魅力？其實答案非常簡單由于物質、信息與生物均具有固定的內在結構，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）曾經寫道：化零為整，化整為零。他指的是語言表達中的整體與局部的關系：盡管句子本身的含義要比每個單詞更為豐富多彩，但是你只有在理解每個單詞的基礎上才能讀懂整句話的意思。而基因作為遺傳物質的基本單元也會遵循這個道理。任何一個有機體的結構都要比組成它的基因復雜，但是你只有先了解這些基因才能領悟其玄妙之處。19世紀90年代，當荷蘭生物學家雨果德弗里斯（Hugo de Vries）偶然接觸到基因概念時，他敏銳地意識到人們對于自然界的認知將發(fā)生翻天覆地的變化。數量相對較少的某些因子經過不計其數的排列組合后形成了整個有機世界……就像研究物理與化學需要回歸到分子與原子層面一樣，我們需要通過生物科學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，人們對于它們各自相關的領域從科學性與技術性上都有了新的認識。如果不從原子層面探尋物質的類型，那么人們將無從解釋物質的這些現象。例如為什么金子會發(fā)光？為什么氫氣遇到氧氣會燃燒？如果不了解數字信息的組成結構，那么人們亦無法理解計算機運算的復雜性。例如算法的本質是什么？數據保存與破壞的機理是什么？某位19世紀的科學家曾經這樣寫道：直到人們發(fā)現物質構成的基本元素后，煉金術才能被稱為化學�；�于同樣的原因，我在本書中的觀點也非常明確，人們只有在充分理解基因概念的基礎上，才可能領悟有機體與細胞的生物學特性或演化規(guī)律，并且對人類病理、行為、性格、疾病、種族、身份或者命運做出判別。
但是新概念的應用也會帶來潛在的風險。例如掌握原子科學是控制核反應的先決條件（人類卻通過操控核反應制造出了原子彈）。隨著我們對基因概念的了解不斷加深，人類在嘗試操縱有機體的技術和能力方面都有了長足進展。我們發(fā)現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。著名遺傳學家托馬斯摩爾根（Thomas Morgan）曾經這樣寫道：遺傳學的基本原理是如此簡明扼要，我們相信可以實現改變自然的夢想。而人們以往對于遺傳規(guī)律的神秘感不過是一種錯覺罷了。
目前人們對于基因的理解已經日臻完善，并且由此擺脫了實驗室階段的束縛，我們開始有目的地在人類細胞中進行研究與干預工作。染色體是細胞中攜帶遺傳物質的載體，其外形好似細長的纖維，上面攜帶有成千上萬個以鏈狀結構相連的基因。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�；�因組指的是某個有機體攜帶的全套遺傳信息（可以把基因組當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）。人類基因組大約包括21000至23000個基因，它們在人體生長發(fā)育、細胞修復以及功能維持方面起著決定作用。鑒于基因技術在過去20年間得到迅猛發(fā)展，因而我們能夠從時間與空間上破解部分基因發(fā)揮上述復雜功能的機制。
不僅如此，我們偶爾也會通過定向改造基因來影響它們的功能，最終使身體狀態(tài)、生理機能甚至人類本身發(fā)生改變。這種從理論到實踐的飛躍使遺傳學在科學界中產生了巨大的反響。起初我們在研究基因時只是想了解它們在影響人類特征、性別或者性格時起到的作用。可是當我們開始設法通過改造基因來影響人類特征、性別或者行為的時候，其意義已經截然不同了。前者的意義可能只局限于心理學與神經學進展，而充滿挑戰(zhàn)與風險的后者才應該萬眾矚目。

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平民也能夠意識到的變革力量

當我集中精力于本書創(chuàng)作時，人類正在學習如何改變有機體中由基因組決定的遺傳特征。我想表達的意思是：僅僅在過去的4年間（2012―2016），我們已經發(fā)明出按照既定目標永久改變人類基因組的技術（盡管這些基因工程技術的安全性與可靠性還有待慎重評估）。
與此同時，通過分析個體基因組來預測人們未來命運的能力也得到大幅度提升（雖然通過這些技術預測出的結果的真實性尚需驗證）。盡管人類已經讀取了基因組的秘密，但是就在三四年前，我們還糾結于如何批量復制基因組的問題。
即便是平民百姓也能夠意識到這種變革的力量，而我們正緊跟基因時代的腳步義無反顧地向前飛奔。一旦人類認識到個體基因組編碼的命運本質（哪怕我們的預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（哪怕這些技術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）曾經寫到，在評論家眼中，每個人都將顯得一無是處。但愿現在的疑慮只是杞人憂天：當我們具備理解與操縱人類基因組的能力時，傳統(tǒng)意義上的人類概念也許將發(fā)生改變。
原子理論是現代物理學的重大發(fā)現，我們朝思暮想試圖去駕馭這種控制物質與能量的本領�；�因理論則是現代生物學的重要基礎，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，充滿了人們對于青春永恒的執(zhí)著追求，其中也不乏命運多舛的夢想神話，同時還有創(chuàng)造完美人類的壯志豪情。而這部作品主要記述了人們在基因發(fā)展史上攻堅克難的故事。

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人類征服基因的時代已經到來

本書內容的編排按照時間順序與故事情節(jié)展開，因此我們也可以把它當作一部反映基因發(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)現了遺傳因子，可惜這項具有劃時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）。孟德爾定律與達爾文進化論有部分內容不謀而合�；�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)律來加速人類進化與解放。20世紀40年代，納粹德國為了實現上述目標已經達到瘋狂的極限，他們利用某些殘忍的人體實驗來驗證優(yōu)生學理論，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)）結束后科學技術的迅猛發(fā)展促成了生物學領域的革命。研究證實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)術語來表述基因的作用，那么基因就是通過編碼化學信息來合成蛋白質，從而控制生物的性狀并且行使生物學功能。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）都是杰出的科學家，他們共同努力的結果揭示了DNA三維結構的奧秘，并且提出了具有標志性意義的DNA雙螺旋結構學說。隨后科學家們乘勝追擊，迅速破解了遺傳密碼的規(guī)律。
20世紀70年代，有兩項對遺傳學起到重要影響的技術問世，這就是我們耳熟能詳的基因測序與基因克隆，它們分別代表著基因的讀取與復制（基因克隆包括所有用于從生物體中提取基因，然后經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胞內大量復制的技術）。20世紀80年代，人類遺傳學家開始使用這些技術比對并鑒別疾病相關基因，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入了新紀元，而這些技術能夠讓父母對胎兒進行篩查，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，他們實際上已經成為基因診斷、管理與優(yōu)化領域的受益者）。本書講述的故事并非遙遠的夢想，人類征服基因的時代已經到來。
我們在許多人類腫瘤中發(fā)現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改變奠定了基礎。同時人類基因組計劃的實施則將該領域推至自然科學的巔峰，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與測序工作。2001年，人類基因組草圖正式公布。根據基因組計劃的發(fā)展方向，我們將從基因層面來理解人類遺傳過程中變異與正常的行為。
與此同時，基因還涉及某些敏感內容，例如民族關系、種族歧視以及智力差異，當然這也可能成為政治與文化領域中引起廣泛爭議的焦點話題。除此之外，基因也顛覆了我們對于性別、身份以及選擇的理解，從而直接影響到每個人的切身利益。
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。