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貫穿你我一生的基因之謎

4500 字,約10分鐘,文思考問題的熊

寫在前面

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作為一名生物信息學的在讀博士,我每天的工作都在和基因打交道。但是每當有非專業內的朋友問起我正在做的事情,我卻很難用隻言片語解釋清楚在幹什麼。

因為每說一句話都要涉及到三五個專業的概念,而解釋任何一個概念有需要再引入幾個全新的概念,所有的討論不管從那個起點開始,最後都會歸結到「基因」上來。

例如:基因是什麼,基因怎麼遺傳,基因怎麼發揮作用,我們能對基因做什麼,這樣做真的合適么?

這些問題,有過高中生物基礎的人基本上就可以回答,但回答通常都不準確;而對於一個博士來說也可以回答,但往往卻不太敢說。一方面是因為如果你在一個領域中陷入太久,就會發現每當自以為了解了一個東西後立刻又會冒出一個不了解的東西等待你;另一方面,長期專註於某一個過於細分的領域,往往會限制我們對於一個事物整體的理解。

此刻,如果有一本優秀的科普通識讀物能夠帶你由淺入深的了解和理解一個行業或者學科,那無疑是幸運和幸福的。而《基因傳:眾生之源》就是這樣一本書。

接下來,從四個角度和你分享《基因傳:眾生之源》的閱讀體驗。

全面基礎的遺傳學複習教材

這可能是最無聊的一個特點,但也是對一本科普讀物最高的評價,意味著準確,嚴謹以及尊重事實

如果你是一個生命科學相關學科背景的讀者,在本科或者讀研讀博時感覺自己專業基礎並不紮實,這本書完全可以當做一本基礎的複習教材。從達爾文進化論開始,到高中生物里的孟德爾遺傳定律和摩爾根遺傳定律,再到肺炎鏈球菌試驗,再到大學裡學到的基因組學知識。在權威教科書《基因 X 》中提到的重點概念在《基因傳:眾生之源》中都有涉及,而且解釋通俗易懂。在書的最後還配有名詞解釋附錄,可以說完全沒毛病。

下面是這本書中關於「基因連鎖交換定律」的解釋和應用,可以說非常教科書但是又通俗於教科書了。

由於某些基因之間的連接十分緊密,以至於它們從不發生互換。摩爾根的學生認為,這些基因在染色體上的物理位置可能最為接近。而其他位置相距較遠的連鎖基因則更容易解離。但是無論如何連鎖基因都不會出現在完全不同的染色體上。簡而言之,遺傳連鎖的緊密程度反映了染色體上基因物理位置的遠近:通過觀測兩種遺傳性狀(例如,金髮與藍眼)連鎖或者解離的時間,就可以判斷控制這些性狀的基因在染色體上的距離。

基因發展史的優秀傳記

如果稍微轉化一下視角,把基因人格化(這沒有任何問題,比如里查德·道金斯筆下的自私的基因),那麼《基因傳:眾生之源》絕對是一部優秀的名人傳記。這本書按照時間順序和故事情節,完整地講述了基因理論的起源、發展和未來,以及這個過程中遇到的種種問題和麻煩。

在讀某幾個章節時,我彷彿有一種讀《史蒂夫·喬布斯傳》和《矽谷鋼鐵俠》的感覺。基因從不為人所知,到被極少數人接受,再到徹底改寫生命科學的研究方法和歷史。有所成就之前一定會經歷各種意想不到的困難和誤解,雖然成績顯著但是必然也存在著各種缺陷和問題。這就是生命科學圈的喬布斯和埃隆?馬斯克啊,再一次沒毛病。

在介紹基因研究困境時,你可以讀到如下的內容:

阿瑟·科恩伯格(Arthur Kornberg)曾經這樣說過:「細胞生物學家憑藉觀察,遺傳學家仰仗統計,生化學家依靠提純。」 實際上,在顯微鏡的幫助下,細胞生物學家們已經習慣於在細胞水平觀察可見結構執行的可識別功能。但是迄今為止,基因只是在統計學意義上「可見」。

在介紹基因給社會帶來的影響時,下面的兩段描述讓我震撼:

從孟德爾開始進行豌豆實驗,再到卡麗·巴克被法院強制執行絕育手術,這中間只經歷了短短的62年。就在這稍縱即逝的60多年間,基因已經從一種植物學實驗中的抽象概念演變為操縱社會發展的強大工具。就像1927年在最高法院進行辯論的「巴克訴貝爾案」一樣,遺傳學和優生學領域也是魚龍混雜,可是其影響力已經滲透到美國社會、政治和個人生活中。

將基因作為解決這些生物學核心問題答案的認識姍姍來遲,而這種滯後導致了一種奇怪的現象:作為事後出現的學科,遺傳學將被迫與生物學其他主要領域的觀點和解。如果基因是代表生物信息的通用貨幣,那麼它將不僅局限於詮釋遺傳規律,而且還可以用來解釋生物界的主要特徵。首先,基因需要解釋變異現象:眾所周知,人眼的形態不只六種,甚至可以出現60億種連續的突變體,那麼這些離散的遺傳單位對此如何解釋呢?其次,基因需要解釋進化過程:隨著時間延長,生物體的特徵和形態均會發生巨大改變,那麼這些遺傳單位又該如何作答呢?第三,基因需要解釋發育問題:這些指令由獨立單位組成,那麼它們該如何編碼才能讓胚胎髮育成熟呢?

反思文化與倫理的歷時讀物

基因理論的發展史就是人類文化與倫理的進化史。作者以基因理論的發展為線索,為我們講述了基因理論與俄國十月革命,第二次世界大戰等眾多歷史事件背後的隱秘關聯。也為我們清晰地描述了極端種族主義如何以基因學說為借口,逐步使科學完全論為政治的工具。

希特勒的種族凈化政策的基礎來自於優生學、和社會達爾文主義。優生學這一概念在納粹德國得到全面的推展,他們將不具生產力的人口以各種方法處理掉,以阻止他們繁衍後代。

從強制絕育,到秘密屠殺,再到種族清洗。納粹希望通過此舉,實現創造一個優等民族的夢想。

納粹主義盜用了基因與遺傳學的名義為延續其罪惡進行宣傳與辯解,同時還駕輕就熟地將遺傳歧視整合到種族滅絕的行動中。從肉體上消滅精神病與殘疾人(「他們的思維或行為不能和我們保持一致」)的行為只是大規模屠殺猶太人之前的熱身運動。基因就這樣史無前例地在悄無聲息中與身份混為一談,然後這些帶有缺陷的身份被納粹主義利用,並且成為他們實施種族滅絕的借口。

截至1941年,T4行動已經屠殺了將近25萬的成人與兒童。此外,在1933年到1943年間,大約有40萬人根據絕育法接受了強制絕育手術

德國納粹堅信人的基因是不可改變的,因此低等的人種必須被清除,而與德國納粹行徑遙相呼應的是蘇聯「大清洗運動」。

大清洗運動完全不科學的「科學」依據來自李森科的「新拉馬克主義」,與德國納粹不同,李森科認為一個事物本身的特性是怎樣不重要,可以通過人為使其得到獲得性遺傳。對作物而言,它能夠在短期內培育出更抗寒、更高產的品種;對人而言,社會革命(環境)能夠有目的地塑造和改變人性(遺傳)。

當科學淪為政治、政治干涉科學的時候,很難說誰是最大的受害者。

揭示人性與道德的科研圈紀實小說

永遠不要相信哪裡還是一片凈土,有人的地方就有江湖。

《基因傳:眾生之源》這本書之所以能讓人讀起來完全不感覺乏味,是因為除了講述科學問題以外還有大量的人性與道德參雜其中。

在發現問題和解決問題的過程中,合作是科學家們之間永遠繞不開的話題,而只要涉及到利益又繞不開鬥爭。在這你來我往之間,有人成功就有人失敗,有人被銘記也就有人被遺忘。

達爾文與華萊士

達爾文同時期的另一位科學家華萊士幾乎是同時和達爾文得出了完全一致的結論並提前發表。不過兩人的家庭背景和個人地位當時並不相同,達爾文高富帥出身,華萊士只能在圖書館長椅上讀書。

達爾文看到華萊士寄給自己的手稿時發現「丫的,我文章被搶發了(還好沒有我名氣大)」,於是趕緊去找另一個圈中大佬求助,那個大佬建議他「你倆要不就來一個背靠背發表唄」,結果背靠背文章出來並沒有引起太大波瀾。

到了第二年,達爾文感覺不能在等下去了,於是放棄了整理好所有結果再出書的計劃,匆忙將《物種起源》交給出版社並請求出版社儘快出版,他在給出版商的信中寫到:「我衷心希望這本書能夠在您的大力支持下旗開得勝」。從此以後人們就記住了達爾文,至於華萊士……

1858年6月,華萊士將自己概括的自然選擇理論初稿寄給了達爾文。達爾文對華萊士理論與自身觀點的相似性感到震驚,而他在驚慌失措之餘匆忙帶著自己的手稿找到好友賴爾。賴爾巧妙地建議達爾文將兩篇論文同時提交給即將於夏季召開的林奈學會會議,這樣可以讓達爾文與華萊士共同分享此項發現帶來的榮譽。1858年7月1日,達爾文與華萊士的論文在倫敦被廣泛傳閱和公開討論。但是聽眾對於他們二人的研究均不感興趣。次年5月,林奈學會主席在總結的時候順便說到,去年沒有任何重要發現。

被遺忘的孟德爾

哲學家路德維希·維特根斯坦(Ludwig Wittgenstein)寫道:「一個微不足道的想法,就足以佔據某個人的一生。」 確實,一眼看去孟德爾的人生充滿了繁雜瑣碎的念頭。他整天周而復始地沉浸在播種、授粉、開花、採摘、剝殼與計數的工作里。儘管整個過程極度枯燥乏味,但是孟德爾卻深信天下大事必作於細。

深信天下大事必作於細的孟德爾,1866年將自己的論文發表在年度《布爾諾自然科學協會學報》上,平日里少言寡語的孟德爾僅用44頁紙就總結了自己將近10年的研究成果。

1866年至1900年,孟德爾的文章僅被引用了4次,幾乎從科學文獻的領域中消失。1890年至1900年的100年里,儘管關於人類遺傳及其操縱的問題和顧慮已成為重點議題,但是孟德爾的名字與他的成果依然不為世界所知。而這也被稱為「生物學史上最為怪異的沉默事件之一」

究其原因或許是因為缺乏權威性的協會期刊沒有名氣,沒有人注意到那篇幾十頁的文章。總之,現代生物學的立足之本就這樣被長期埋沒。?更可笑的事,直到1900年,有三篇完全獨立的文章結果同時指向孟德爾的豌豆雜交實驗,人們才想起40年前的他。

正如書中所寫:?研究成果被重新發現一次可以反映科學家的先見之明,而被重新發現三次則著實是對原創者的一種鄙夷不屑。

研究成果被重新發現一次可以反映科學家的先見之明,而被重新發現三次則著實是對原創者的一種鄙夷不屑。1900年,有3篇獨立發表的論文在3個月內相繼問世,而所有研究成果均指向孟德爾的豌豆雜交實驗,當然這也暴露了某些生物學家目光短淺的事實,正是他們將孟德爾的成果塵封長達40年。

DNA 雙螺旋背後的故事

DNA 雙螺旋結構的解析無疑是近代生命科學發展史最重要的一件事。提到這件事,你最先想到的兩個人一定是沃森和克里克以及高中生物教材上的那張插圖,如果你對生物還有多一點了解,可能會知道和這兩個人共同分享諾貝爾獎的還有一位叫威爾金斯的科學家。

其實,在這三個男人的背後,還有一位叫做羅莎琳德·富蘭克林的女科學家被人們遺忘了。

羅莎琳德·富蘭克林使用X射線的方式經過很長時間終於得到了一張極為清晰的B型DNA的照片,被標記為「51號」。作為富蘭克林同事的威爾金斯把這一消息告訴了沃森,並親自從富蘭克林的抽屜里取出這張關鍵的照片展示給他。而富蘭克林則完全不知道自己最珍貴的數據就這樣被公開了。

更神奇的是,後期在沃森和克里克因為一個關鍵問題而一籌莫展時,一份富蘭克林提交給政府官員的詳細工作報告印本又一次來到了他們兩個人的手上。

或許我應該先得到羅莎琳德的許可,但是我沒有這樣做,」威爾金斯後來對此深感內疚,「那時的情形一言難盡……如果在正常情況下,那麼我自然會先徵得她的允許,可是即使當時大家相處融洽,她也不會允許別人這樣做……雖然我先看到了這張照片,但是相信沒有人會忽略其中的螺旋結構。」

?1962年,沃森、克里克與威爾金斯憑藉他們的發現榮獲了諾貝爾獎,而富蘭克林在1958年死於卵巢癌廣泛轉移,當時年僅37歲。

以上,就是如何從四個角度閱讀《基因傳:眾生之源》這本書,我也把這本書推薦給你。

附:基因理論發展歷程

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