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贯穿你我一生的基因之谜

2018-02-14  微笑如酒



写在前面 - - -

作为一名生物信息学的在读博士,我每天的工作都在和基因打交道。但是每当有非专业内的朋友问起我正在做的事情,我却很难用只言片语解释清楚在干什么。

因为每说一句话都要涉及到三五个专业的概念,而解释任何一个概念有需要再引入几个全新的概念,所有的讨论不管从那个起点开始,最后都会归结到“基因”上来。

例如:基因是什么,基因怎么遗传,基因怎么发挥作用,我们能对基因做什么,这样做真的合适么?

这些问题,有过高中生物基础的人基本上就可以回答,但回答通常都不准确;而对于一个博士来说也可以回答,但往往却不太敢说。一方面是因为如果你在一个领域中陷入太久,就会发现每当自以为了解了一个东西后立刻又会冒出一个不了解的东西等待你;另一方面,长期专注于某一个过于细分的领域,往往会限制我们对于一个事物整体的理解。

此刻,如果有一本优秀的科普通识读物能够带你由浅入深的了解和理解一个行业或者学科,那无疑是幸运和幸福的。而《基因传:众生之源》就是这样一本书。

接下来,从四个角度和你分享《基因传:众生之源》的阅读体验。


全面基础的遗传学复习教材


这可能是最无聊的一个特点,但也是对一本科普读物最高的评价,意味着准确,严谨以及尊重事实

如果你是一个生命科学相关学科背景的读者,在本科或者读研读博时感觉自己专业基础并不扎实,这本书完全可以当做一本基础的复习教材。从达尔文进化论开始,到高中生物里的孟德尔遗传定律和摩尔根遗传定律,再到肺炎链球菌试验,再到大学里学到的基因组学知识。在权威教科书《基因 X 》中提到的重点概念在《基因传:众生之源》中都有涉及,而且解释通俗易懂。在书的最后还配有名词解释附录,可以说完全没毛病。

下面是这本书中关于“基因连锁交换定律”的解释和应用,可以说非常教科书但是又通俗于教科书了。

由于某些基因之间的连接十分紧密,以至于它们从不发生互换。摩尔根的学生认为,这些基因在染色体上的物理位置可能最为接近。而其他位置相距较远的连锁基因则更容易解离。但是无论如何连锁基因都不会出现在完全不同的染色体上。简而言之,遗传连锁的紧密程度反映了染色体上基因物理位置的远近:通过观测两种遗传性状(例如,金发与蓝眼)连锁或者解离的时间,就可以判断控制这些性状的基因在染色体上的距离。


基因发展史的优秀传记


如果稍微转化一下视角,把基因人格化(这没有任何问题,比如里查德·道金斯笔下的自私的基因),那么《基因传:众生之源》绝对是一部优秀的名人传记。这本书按照时间顺序和故事情节,完整地讲述了基因理论的起源、发展和未来,以及这个过程中遇到的种种问题和麻烦。

在读某几个章节时,我仿佛有一种读《史蒂夫·乔布斯传》和《硅谷钢铁侠》的感觉。基因从不为人所知,到被极少数人接受,再到彻底改写生命科学的研究方法和历史。有所成就之前一定会经历各种意想不到的困难和误解,虽然成绩显著但是必然也存在着各种缺陷和问题。这就是生命科学圈的乔布斯和埃隆·马斯克啊,再一次没毛病。

在介绍基因研究困境时,你可以读到如下的内容:

阿瑟·科恩伯格(Arthur Kornberg)曾经这样说过:“细胞生物学家凭借观察,遗传学家仰仗统计,生化学家依靠提纯。” 实际上,在显微镜的帮助下,细胞生物学家们已经习惯于在细胞水平观察可见结构执行的可识别功能。但是迄今为止,基因只是在统计学意义上“可见”。

在介绍基因给社会带来的影响时,下面的两段描述让我震撼:

从孟德尔开始进行豌豆实验,再到卡丽·巴克被法院强制执行绝育手术,这中间只经历了短短的62年。就在这稍纵即逝的60多年间,基因已经从一种植物学实验中的抽象概念演变为操纵社会发展的强大工具。就像1927年在最高法院进行辩论的“巴克诉贝尔案”一样,遗传学和优生学领域也是鱼龙混杂,可是其影响力已经渗透到美国社会、政治和个人生活中。

将基因作为解决这些生物学核心问题答案的认识姗姗来迟,而这种滞后导致了一种奇怪的现象:作为事后出现的学科,遗传学将被迫与生物学其他主要领域的观点和解。如果基因是代表生物信息的通用货币,那么它将不仅局限于诠释遗传规律,而且还可以用来解释生物界的主要特征。首先,基因需要解释变异现象:众所周知,人眼的形态不只六种,甚至可以出现60亿种连续的突变体,那么这些离散的遗传单位对此如何解释呢?其次,基因需要解释进化过程:随着时间延长,生物体的特征和形态均会发生巨大改变,那么这些遗传单位又该如何作答呢?第三,基因需要解释发育问题:这些指令由独立单位组成,那么它们该如何编码才能让胚胎发育成熟呢?


反思文化与伦理的历时读物


基因理论的发展史就是人类文化与伦理的进化史。作者以基因理论的发展为线索,为我们讲述了基因理论与俄国十月革命,第二次世界大战等众多历史事件背后的隐秘关联。也为我们清晰地描述了极端种族主义如何以基因学说为借口,逐步使科学完全论为政治的工具。

希特勒的种族净化政策的基础来自于优生学、和社会达尔文主义。优生学这一概念在纳粹德国得到全面的推展,他们将不具生产力的人口以各种方法处理掉,以阻止他们繁衍后代。

从强制绝育,到秘密屠杀,再到种族清洗。纳粹希望通过此举,实现创造一个优等民族的梦想。

纳粹主义盗用了基因与遗传学的名义为延续其罪恶进行宣传与辩解,同时还驾轻就熟地将遗传歧视整合到种族灭绝的行动中。从肉体上消灭精神病与残疾人(“他们的思维或行为不能和我们保持一致”)的行为只是大规模屠杀犹太人之前的热身运动。基因就这样史无前例地在悄无声息中与身份混为一谈,然后这些带有缺陷的身份被纳粹主义利用,并且成为他们实施种族灭绝的借口。

截至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

德国纳粹坚信人的基因是不可改变的,因此低等的人种必须被清除,而与德国纳粹行径遥相呼应的是苏联“大清洗运动”。

大清洗运动完全不科学的“科学”依据来自李森科的“新拉马克主义”,与德国纳粹不同,李森科认为一个事物本身的特性是怎样不重要,可以通过人为使其得到获得性遗传。对作物而言,它能够在短期内培育出更抗寒、更高产的品种;对人而言,社会革命(环境)能够有目的地塑造和改变人性(遗传)。

当科学沦为政治、政治干涉科学的时候,很难说谁是最大的受害者。


揭示人性与道德的科研圈纪实小说


永远不要相信哪里还是一片净土,有人的地方就有江湖。

《基因传:众生之源》这本书之所以能让人读起来完全不感觉乏味,是因为除了讲述科学问题以外还有大量的人性与道德参杂其中。

在发现问题和解决问题的过程中,合作是科学家们之间永远绕不开的话题,而只要涉及到利益又绕不开斗争。在这你来我往之间,有人成功就有人失败,有人被铭记也就有人被遗忘。

达尔文与华莱士

达尔文同时期的另一位科学家华莱士几乎是同时和达尔文得出了完全一致的结论并提前发表。不过两人的家庭背景和个人地位当时并不相同,达尔文高富帅出身,华莱士只能在图书馆长椅上读书。

达尔文看到华莱士寄给自己的手稿时发现“丫的,我文章被抢发了(还好没有我名气大)”,于是赶紧去找另一个圈中大佬求助,那个大佬建议他“你俩要不就来一个背靠背发表呗”,结果背靠背文章出来并没有引起太大波澜。

到了第二年,达尔文感觉不能在等下去了,于是放弃了整理好所有结果再出书的计划,匆忙将《物种起源》交给出版社并请求出版社尽快出版,他在给出版商的信中写到:“我衷心希望这本书能够在您的大力支持下旗开得胜”。从此以后人们就记住了达尔文,至于华莱士……

1858年6月,华莱士将自己概括的自然选择理论初稿寄给了达尔文。达尔文对华莱士理论与自身观点的相似性感到震惊,而他在惊慌失措之余匆忙带着自己的手稿找到好友赖尔。赖尔巧妙地建议达尔文将两篇论文同时提交给即将于夏季召开的林奈学会会议,这样可以让达尔文与华莱士共同分享此项发现带来的荣誉。1858年7月1日,达尔文与华莱士的论文在伦敦被广泛传阅和公开讨论。但是听众对于他们二人的研究均不感兴趣。次年5月,林奈学会主席在总结的时候顺便说到,去年没有任何重要发现。


被遗忘的孟德尔

哲学家路德维希·维特根斯坦(Ludwig Wittgenstein)写道:“一个微不足道的想法,就足以占据某个人的一生。” 确实,一眼看去孟德尔的人生充满了繁杂琐碎的念头。他整天周而复始地沉浸在播种、授粉、开花、采摘、剥壳与计数的工作里。尽管整个过程极度枯燥乏味,但是孟德尔却深信天下大事必作于细。

深信天下大事必作于细的孟德尔,1866年将自己的论文发表在年度《布尔诺自然科学协会学报》上,平日里少言寡语的孟德尔仅用44页纸就总结了自己将近10年的研究成果。

1866年至1900年,孟德尔的文章仅被引用了4次,几乎从科学文献的领域中消失。1890年至1900年的100年里,尽管关于人类遗传及其操纵的问题和顾虑已成为重点议题,但是孟德尔的名字与他的成果依然不为世界所知。而这也被称为“生物学史上最为怪异的沉默事件之一”

究其原因或许是因为缺乏权威性的协会期刊没有名气,没有人注意到那篇几十页的文章。总之,现代生物学的立足之本就这样被长期埋没。更可笑的事,直到1900年,有三篇完全独立的文章结果同时指向孟德尔的豌豆杂交实验,人们才想起40年前的他。

正如书中所写:研究成果被重新发现一次可以反映科学家的先见之明,而被重新发现三次则着实是对原创者的一种鄙夷不屑。

研究成果被重新发现一次可以反映科学家的先见之明,而被重新发现三次则着实是对原创者的一种鄙夷不屑。1900年,有3篇独立发表的论文在3个月内相继问世,而所有研究成果均指向孟德尔的豌豆杂交实验,当然这也暴露了某些生物学家目光短浅的事实,正是他们将孟德尔的成果尘封长达40年。


DNA 双螺旋背后的故事

DNA 双螺旋结构的解析无疑是近代生命科学发展史最重要的一件事。提到这件事,你最先想到的两个人一定是沃森和克里克以及高中生物教材上的那张插图,如果你对生物还有多一点了解,可能会知道和这两个人共同分享诺贝尔奖的还有一位叫威尔金斯的科学家。

其实,在这三个男人的背后,还有一位叫做罗莎琳德·富兰克林的女科学家被人们遗忘了。

罗莎琳德·富兰克林使用X射线的方式经过很长时间终于得到了一张极为清晰的B型DNA的照片,被标记为“51号”。作为富兰克林同事的威尔金斯把这一消息告诉了沃森,并亲自从富兰克林的抽屉里取出这张关键的照片展示给他。而富兰克林则完全不知道自己最珍贵的数据就这样被公开了。

更神奇的是,后期在沃森和克里克因为一个关键问题而一筹莫展时,一份富兰克林提交给政府官员的详细工作报告印本又一次来到了他们两个人的手上。

或许我应该先得到罗莎琳德的许可,但是我没有这样做,”威尔金斯后来对此深感内疚,“那时的情形一言难尽……如果在正常情况下,那么我自然会先征得她的允许,可是即使当时大家相处融洽,她也不会允许别人这样做……虽然我先看到了这张照片,但是相信没有人会忽略其中的螺旋结构。”

1962年,沃森、克里克与威尔金斯凭借他们的发现荣获了诺贝尔奖,而富兰克林在1958年死于卵巢癌广泛转移,当时年仅37岁。


以上,就是如何从四个角度阅读《基因传:众生之源》这本书,我也把这本书推荐给你。

附:基因理论发展历程

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