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基因组-人类自传23章完整版.pdf

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上传者: 我是atony 2016-12-18 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《基因组-人类自传23章完整版pdf》,可适用于领域,主题内容包含译者序译者序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?从东方的炼符等。

译者序译者序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ldquo克隆rdquo出一群小猴到现代西方的《弗兰肯斯坦》人们渴望当一回ldquo上帝rdquo来创造生命从ldquo种瓜得瓜种豆得豆rdquo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ldquo种豆得瓜rdquo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。在这对染色体上存在着大约万个ldquo基因rdquo这些基因以及它们之间的DN<spanclass='wran'>A片<span>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。年月正值DNA双螺旋结构发现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ldquo设计图rdquo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middot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mdashmdash我们是这个星球上第一个(可能也将是惟一一个)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ldquo量身定做rdquo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ldquo设计rdquo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ldquo勇敢的新世界rdquo。  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ldquo基因rdquo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ldquo人是万物之灵rdquo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ldquo我们是谁rdquo、ldquo我们从何处来、向何处去rdquo、ldquo我们存在的目的是什么rdquo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一一个发现了自己生命的<spanclass='wran'>秘密<span>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<spanclass='wran'>秘密<span>甚至宇宙的<spanclass='wran'>秘密<span>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middot里德利的《基因组》一书。在这本书里作者把人类的对染色体形象地比喻为人类这个物种的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mdashmdash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。  译者  年月目录目录  第一号染色体生命  第二号染色体物种  第三号染色体历史  第四号染色体命运  第五号染色体环境  第六号染色体智慧  第七号染色体本能  X和Y染色体冲突  第八号染色体自身利益  第九号染色体疾病  第十号染色体压力  第十一号染色体个性  第十二号染色体自我组装  第十三号染色体史前  第十四号染色体永生  第十五号染色体性别  第十六号染色体记忆  第十七号染色体死亡  第十八号染色体疗法  第十九号染色体预防  第二十号染色体政治  第二十一号染色体优化人种论  第二十二号染色体自由意志第一号染色体生命第一号染色体生命  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mdashmdash亚历山大middot波普:《论人类》  太初有ldquo词rdquo。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。地球有亿年的历史我却幸运地活在当今这个时代地球上有万个物种我却幸运地生为一个有意识的人地球上有亿人我却荣幸地生在发现了这个ldquo词rdquo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年前、距离我出生的地方只有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<spanclass='wran'>秘密<span>。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。mdashmdash译者注】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。  年博学的诗人、医生伊拉斯谟middot达尔文(ErasmusDarwin)这样问道:ldquo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?rdquo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ldquo所有有机生命都有共同来源rdquo。这一大胆假说比他的孙子查尔斯【查尔斯middot达尔文:世纪英国生物学家年出版《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。mdashmdash译者注】有关这一题材的书还早了年也是因为ldquo纤维rdquo这一古怪的用词。确实生命的<spanclass='wran'>秘密<span>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mdashmdash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mdashmdash它的身体的。用爱尔温middot薛定谔(ErwinSchrdinger)【世纪著名物理学家写过一本更为著名的小册子mdashmdash《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。mdashmdash译者注】的话说:生命是从环境里ldquo把秩序喝进来rdquo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ldquo配方rdquo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mdashmdash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ldquo概念rdquo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middot德尔布吕克(MaxDelbruck)【世纪美国遗传学家现代遗传学的奠基人之一。mdashmdash译者注】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ldquo配方rdquo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。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mdashmdash不是DNA对称结构被发现的年而是此前年mdashmdash年。年之后在破解DNA的<spanclass='wran'>秘密<span>上做了最突出工作的人那时候都在干别的。弗兰西斯middot克里克(FrancisCrick)当时在朴次茅斯(Portsmouth)那边设计水雷只有岁的ldquo神童rdquo詹姆斯middot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middot威尔金斯(MauriceWilkins)在美国协助研制原子弹罗萨琳middot富兰克林(RosalindFranklin)则在替英国政府工作研究煤的结构。【这四人是在年发现DNA结构上贡献最大的科学家。罗萨琳因罹患癌症于年去世年仅岁另外三人于年获得诺贝尔生理学及医学奖。mdashmdash译者注】  还是年在奥斯维辛集中营约瑟夫middot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ldquo死亡天使rdquo的称号。mdashmdash译者注】正对孪生子们进行致命的折磨他的ldquo科学研究rdquo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。  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middot薛定谔正在圣三一学院讲授一个名为ldquo什么是生命rdquo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<spanclass='wran'>秘密<span>但是他不知道染色体是怎样储存生命<spanclass='wran'>秘密<span>的。ldquo就是这些染色体helliphellip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。rdquo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mdashmdash包括克里克、沃森、威尔金斯和富兰克林mdashmdash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<spanclass='wran'>秘密<span>跟量子没有任何关系。关于生命的答案并不出自物理学。  年在纽约一位岁的加拿大科学家奥斯瓦尔德middot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。在年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middot巴普提斯塔middot冯middot赫尔蒙特(JanBaptistavanHelmont)【世纪比利时化学家、生理学家、医生。mdashmdash译者注】在年说过:ldquo一切生命都是化学。rdquo但这只是一种猜想。年弗雷德里克middot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。ldquo生命就是化学rdquo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%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<spanclass='wran'>秘密<span>。这个问题的答案也不是从化学来的。  年在英国布莱奇利(Bletchley)一位天才数学家艾伦middot图灵(AlanTuring)正在眼看着他最有洞察力的一个想法在<spanclass='wran'>绝密<span>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<spanclass='wran'>秘密<span>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<spanclass='wran'>秘密<span>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<spanclass='wran'>秘密<span>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。  年在新泽西州一个有点与世隔绝的沉静的学者克劳德middot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。mdashmdash译者注】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ldquo什么是生命rdquo这一问题的答案。生命也是数码信息是用DNA写成的。  太初有ldquo词rdquo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mdashmdash化学反应与信息储存新陈代谢与复制mdashmdash分工进行之后。但是DNA一直存着这个ldquo词rdquo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。如果有可能的话你可以把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mdashmdash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ldquo文字rdquo但这个字母组成的ldquo段落rdquo却像一段耳熟能详的乐曲一样重复出现总共出现了次以上。阅读这种ldquo段落rdquo也许就是我们与最初的ldquo词rdquo最接近的时候。  这个短ldquo段落rdquo是一个小基因它也许是人体内最活跃的一个基因。它的个字母不断地被制成一小段RNA称为SRNA。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middot巴特勒(SamuelButler)【萨缪尔middot巴特勒:世纪英国小说家、讽刺作家、评论家。mdashmdash译者注】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mdashmdash生物学家们称为ldquo表现型rdquo的那些东西。DNA代表的是信息是复制、是繁殖、是性活动mdashmdash生物学家们称为ldquo基因型rdquo的那些东西。两者都不能单独存在。这是一个经典的ldquo先有鸡还是先有蛋rdquo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ldquo词rdquo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。mdashmdash译者注】  RNA就是那个ldquo词rdquo。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mdashmdash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mdashmdash包括RNAmdashmdash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ldquo手术rdquo把自己的某一段切除再把两个自由端接在一起。  世纪年代早期托马斯middot赛克(ThomasCech)和西德尼middot奥特曼(SidneyAltman)【托马斯middot赛克和西德尼middot奥特曼:当代美国生物学家(后者出生于加拿大)因他们在RNA功能方面的工作于年共获诺贝尔化学奖。mdashmdash译者注】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ldquo原基因rdquo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ldquo词rdquo。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ldquo进化rdquo过程mdashmdash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mdashmdash比如说一号染色体上的S基因mdashmdash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。这大概是亿年前地球刚刚形成不久宇宙也仅仅有亿年历史的时候。我们不知道这些ldquo核糖生物体rdquo是什么样子的。我们只能猜想它们是怎样ldquo谋生rdquo的mdashmdash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ldquo核糖生物体rdquo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ldquo核糖生物体rdquo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ldquo由错误而引起的灾难rdquo。后来它们中的一个从试验与错误<spanclass='wran'>中发<span>明了一种新的、更ldquo坚强rdquo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ldquo原核糖体rdquo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ldquo原核糖体rdquo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ldquo词rdquo则成了制造蛋白质的密码mdashmdash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ldquo机器rdquo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)mdashmdash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。mdashmdash译者注】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ldquo吃rdquo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mdashmdash也许就是造就天然气的那些物质mdashmdash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ldquo盗窃rdquo。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middot沃斯(CarlWoese)【卡尔middot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。mdashmdash译者注】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ldquo物种rdquo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ldquo社区rdquo。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ldquo我们不是来自于某个个体而是来自于一个社区rdquo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ldquo自私的基因rdquo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ldquo嗜热细菌是所有生命的祖先rdquo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。mdashmdash译者注】在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ldquo团伙rdquo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ldquo多倍体rdquomdashmdash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middot福泰尔(PatrickForterre)【当代法国微生物学家。mdashmdash译者注】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DNAmdash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ldquo设备rdquo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ldquo进化得更高级rdquo。  一些ldquo分子化石rdquo的存在支持这个奇怪的说法这些ldquo分子化石rdquo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。mdashmdash译者注】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。ldquo细菌把这些东西给扔掉了rdquo是比ldquo我们发明了它们rdquo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ldquo奥卡姆剃刀rdquo。)细菌在ldquo侵入rdquo很热的地方比如说温泉或温度可达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mdashmdash比如寄生的环境或以腐烂的动植物为生的环境mdashmdash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ldquo机器rdquo代替了的旧ldquo机器rdquo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mdashmdash所有动物、植物和真菌mdashmdash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mdashmdash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ldquo古细菌rdquo现在仍然存在。mdashmdash译者注】)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mdashmdash主要是由于不明的原因而发生在有些纤毛原生动物里mdashmdash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ldquo语言rdquo。  这就意味着mdashmdash信仰宗教的人士也许会发现这是一个有用的说法mdashmdash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ldquo锅rdquo原始汤里那种无情的、ldquo谁有本事谁拿rdquo的竞争中幸存下来。但是在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middot达尔文当年不可思议地接近了这一事实:ldquo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。rdquo  就这样从基因组这部ldquo书rdquo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。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ldquo机器rdquo而写。第二号染色体物种第二号染色体物种具有那么多高责品质的人肉体仍然带着他的卑微起源的抹不去的痕迹。mdashmdash查尔斯达尔文有些时候你会对一些显而易见的东西熟视无睹。年以前人们一致认为人有对染色体。这是那种ldquo人人都知道这是对的rdquo的事。之所以人人都知道这是对的是因为在年有个名叫西奥菲勒斯佩因特的得克萨斯人把因为精神失常和自虐而被阉割了的两个黑人和一个白人的睾丸拿来做成了极薄的切片把这些切片用化学试剂固定之后在显微镜下进行观察。佩因特试着数了这几个倒霉蛋的成精细胞里那些缠成一团的、不成对的染色体最后得出了这个数。ldquo我自信这个数字是正确的rdquo他说。其他人之后又用其他方法重复了他的实验。所有的人都得到了这个数。之后的年没人对这个ldquo事实rdquo表示过怀疑。有一组科学家还放弃了他们在人的肝脏细胞上进行的实验因为他们在这些细胞里只找到对染色体。另一个研究人员发明了一种把所有染色体都分离开的方法但他仍然认为自己看到了对染色体。直到年一个印度尼西亚人庄有兴从西班牙到瑞典去跟阿尔伯特^莱文工作真相才被发现。莱文是瑞典一个遗传研究所的主任庄有兴的工作是由莱文提供条件才得以完成的。一译者注庄和莱文使用了更好的技术清清楚楚地看到了对染色体。他们甚至还回过头去在一些书中的照片里数出了对染色体尽管照片下面的文字注明应该有对。没有人会糊涂到不想看见事实真相的地步。人类没有对染色体其实是一件叫人惊讶的事。大猩猩有对染色体黑猩猩也是。在猿类动物里我们是个例外。在显微镜下面我们与其他猿类动物最大、最明显的区别就是我们比它们少一对染色体。原因很快就弄清了并不是猩猩的染色体到我们这儿丢了一对而是在<spanclass='wran'>我们的身体<span>里两对猩猩的染色体融合在一起了。人类染色体中第二大的一条工号染色体中等大小的猩猩染色体融合起来形成的。这一点从人类染色体相应的猩猩染色体上那些暗带的排列就可以看出来。教皇让保罗二世在年月日对天主教科学院所作的讲话中提出古猿与现代人类之间存在一个ldquo本体的断裂rdquo一这个断裂点就是上帝向动物的一个分支注入了人的灵魂的时刻。这种说法可以使教廷与进化论达到和解。也许这个本体的飞跃是发生在两条猩猩染色体融合的时候吧也许编码灵魂的基因就在人类二号染色体中间的地方先不提教皇了。人类这个物种怎么说也不是进化的巅峰。体没有巅峰进化也接有进步退步之分。自然选择不过是生命策式不断变化的过程而变化是为了适应由物质环境和其他生命形式提供的多种机会。生活在大西洋底硫磺出口的黑烟菌是在露卡时代之后不久就跟我们的祖先分开了的一族细菌的后裔。起码在基因水平上这种细菌大概比一个银行职员还进化得更高级。因为这种细菌每一代都比人的一代更短所以它有更多次机会去完善自己的基因。这本书只专注于一个物种^人类^的状况但这并不说(这两句话在这里都含有讽剌的意味:译者注)明这个物种的重要性。当然人类是独特的。在他们的两只耳朵之间拥有地球上最复杂的生物机器。但是复杂性并不是一切复杂性也不是进化的目的。这个星球上的每一个物种都是独特的。独特性是一种过剩了的商品。尽管如此我还是想在这一章里探讨一下人类的独特性去发现我们这个物种特性的根源。原谅我的狭隘吧。起源于非洲的没毛灵长类虽然有短暂的繁荣但他们的故事只是生命的历史中的一个脚注。不过在这些没毛的灵长类自己的历史里他们的故事可是占据中心地位的。我们这个物种的独特ldquo卖点rdquo到底是什么呢?在对环境的适应上人类是个成功者。他们也许是整个地球上数量最多的大型动物。他们有大约亿个成员加在一起有亿吨生命物质。那些在数量上达到或超过人类水平的大型动物要么是那些被我们驯化了的动物:牛、鸡、羊要么是依赖于人类环境的动物:麻雀和老鼠。相比之下全世界只有不到只山地大猩猩。即使是在我们开始屠杀它们、毁坏它们的生存环境之前它们的数量也很可能超不过现有数量的十倍。还有人类这个物种显示了征服多种生存环境一一热的、冷的干的、湿的海拔高的、海拔低的海洋、沙漠一一的惊人能力。除了人之外,鹗、仓枭和燕鸥是仅有的在南极洲之外的各大洲都比较兴旺的大物种而在各个大洲它们的生存环境都很有限。人类在适应环境上的成功无疑是付出了高昂代价的我们注定很快就要遇到大灾难作为一个成功的物种我们对未来真是出奇地悲观。不过到目前为止我们还算成功。但是一个惊人的事实是:我们来自于一长串失败。我们是猿而万年前面对那些ldquo设计rdquo得更好的猴子的竞争猿差点儿灭绝了我们是灵长类而万年前面对那些ldquo设计rdquo得更好的啮齿动物的竞争灵长类乳动物差点儿灭绝了我们是指人类对环境的破坏。一译者注由爬行动物进化来的四足动物但是亿年前面对那些ldquo设计rdquo得更好的恐龙的竞争我们的爬行动物祖先差点儿灭绝了我们是有叶状鳍的鱼的后代但是乙年前面对那些ldquo设计rdquo得更好的伞状鳍鱼的竞争有叶状鳍的鱼差点儿灭绝了我们是脊索动物但在亿年前的寒武纪面对那些非常成功的节肢动物的竞争我们是侥幸生存下来了。我们在适应环境上的成功是克服了那些让人胆战的困难才取得的。在露卡之后的这亿年里那个ldquo词rdquo在一用理查德lsquo道金斯的话说一制造ldquo生存机器rdquo方面变得越来越高明了。ldquo生存机器rdquo是那些大型的、用血肉构造成的生物体它们善于把局部的熵减小以更好地复制自己体内的基因。它们能做到这一点是因为它们经历了漫长的、大规模的尝试与失败:自然选择。上千亿的生物体被造出来并被试验过只有那些达到了越来越苛刻的生存条件的生物体才得以繁衍下去。一开始这只是一个比较简单的、化学反应是否高效的问题:最好的生物体是那些发现了把其他化学物质转变成八和蛋白质的细胞。这个阶

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