《DNA:生命的秘密》——现代生命科学发进程史科普书籍。

一杯咖啡所含对啮齿动物具有致癌作用的物质,比你一年吸收的农药残留物还多。如今一杯咖啡里还有1000种化学物质还没经过测试。这只是说明我们具有双重标准:如果是合成物质,我们就怕得要命;如果是天然物质,我们就毫不在乎。
There are more rodent carcinogens in one cup of coffee than pesticide residues you get in a year. And there’s still a thousand chemicals left to test in a cup of coffee. So it just shows our double standard: If it’s synthetic we really freak out, and if it’s natural we forget about it.

——Bruce Ames

也许你不知道威尔金斯和富兰克林,但你一定知道沃森和克里克——两位二十世纪伟大的生物学家。生命的秘密一书正是由尚在世的沃森和安德鲁·贝瑞(Andrew Berry)共同完成。

最初发现这本书是在网上,有人推荐,买回来一看,果然是普及生命科学的好书(排除中文版的所有翻译错误和中文语序问题)。该书简述了从孟德尔遗传定律开始到当今的基因疗法、转基因植物等100年间,生命科学领域(确切地说是遗传、分子领域)的新发现,新技术、伴随这些新事物出现的无尽争论,以及100年间我们人类自身对生命看法的不断变化。

##新发现:染色体、基因、alpha螺旋、DNA结构、RNA结构……##

染色体早在1884年就已经被发现,但是当时没有人知道这和遗传有什么联系。直到二十世纪初,染色体和遗传物质才画上等号,这就是Sutton-Boveri染色体遗传理论——遗传因子位于细胞核内染色体上。这将孟德尔遗传规律与细胞学研究结合起来。摩尔根和他的果蝇们奋斗了几十年时间,为我们揭开了基因连锁互换定律,验证了孟德尔的分离和自由组合定律,也验证了Sutton-Boveri染色体遗传理论。生命究竟是什么?薛定谔认为我们可以从储存与传递生物信息的观点来思索生命,染色体只是生命信息的携带者。这些观点发表在他的著作《What is life?》里,他的这本小册子鼓舞了一批又一批青年投身分子生物学的研究中。二十世纪但是年代,科学家发现了组成DNA分子的四种不同碱基(AGCT),但是DNA分子的构型究竟是怎样的仍旧是个谜。鲍林(就是那个每天服用大剂量维生素C的家伙)首先发现了蛋白质里多肽的排列结构——alpha螺旋结构。这启发了当时的沃森和克里克,结合X光衍射理论推测模型,根据当时的情况是不是还需要做很多的衍射实验?1952年的夏天,科学家们证实了DNA就是遗传物质。紧接着1953年,克里克和沃森在自然杂志上发表了那一页著名的报——Molecular Structure of nucleic acids,从此人们开始更加深入地了解生命的形成。

Do or die, or don’t try——RNA领带俱乐部的箴言。为了寻找蛋白质的制造过程,鼓励大家研究RNA而成立的这个俱乐部,将20中氨基酸分配给20名成员,类似并行计算的形式,分别研究。我非常尊敬的克里克将DNA->RNA->蛋白质的信息流向称之为中心法则。RNA在细胞中扮演了重要的角色,为何DNA的信息要通过RNA才能转译成多肽序列?克里克提出了RNA比DNA早出现的答案。写到这里就想起教授基因组学的老师,他的观点是先有类真核生物,后有的原核生物,所以是先有DNA还是先有RNA还真不好说。

##新技术:DNA定序法、DNA快速扩增技术PCR、DNA重组技术、全基因组测序方法、DNA芯片(DNA microarray)、DNA指纹技术STRs……##

有了DNA,如何获得它的具体碱基排序顺序成了研究不可规避的障碍。Fred Sanger的DNA定序法是二十世纪七十年代的大发现。这个方法根据DNA片段在电场引力的作用下从凝胶板的一端跑到另一端的速度不同而区分出序列顺序。PCR方法为人类基因组计划的成功实施奠定了重要的基础。DNA重组技术为基因疗法的实现创造了必要条件。随着基因组测序方法的不断提升,有更多的物种基因被定序,为今后的研究打下基础。DNA芯片则是加快了测定多基因表达率。DNA指纹技术应用在法医鉴别、医疗移植手术前的分析中,是应用领域最广泛的生物技术。

##无尽争论:转基因动植物##

就像在开头引用埃姆斯的话,”双重标准”在转基因动植物领域永远是反基因改造者的标准思考方式。对于转基因水稻的质疑也是现今国内的热门话题,不管转基因水稻多么的优秀,就是有很都人不敢信任这些新品种。大家都认为吃了转基因水稻会对身体有害,并且这种损害不是一天两天就显现的,而是经过长年累月的积累才会出现。出于对这种未来不确定因素的害怕,有不少人鼓吹转基因有害论,殊不知袁隆平所发现培养出的杂交水稻也就是一种转基因水稻,与现在的特定基因改造不同,培育杂交水稻就像是在随即抽球,抽到幸运球就是杂交水稻,抽到的非幸运球也就是那些培养的失败品系,而杂交水稻里究竟有哪些基因发生了变异?这些变异会对它的食用者造成什么影响?这方面的信息就不清楚了(如果是天然物质,我们就毫不在乎)。有了新型的工具,可以定向的改变水稻中的特定基因,改变的越小,不确定性也就越小,后果也就更好控制。人体缺乏维生素A时食用β-胡萝卜素可以在体内产生维生素A。研究表明在肠道内存在脂肪时才能很好的吸收β-胡萝卜素,但是想想那些徘徊在饥饿边缘的难民们,他们的饮食中可能有脂肪类的食物吗?洛克菲勒基金会资助的一项国际计划意在大力发展“黄金水稻(golden rice)”,黄金水稻不含维生素A,但能生产重要的前体物质β-胡萝卜素,进一步说黄金水稻是控制了特定基因的改良品系,它的目的是帮助那些肠道内没有什么脂肪的营养不良者吸收营养。

##对生命看法的演变:优生学与遗传学、天性论与教养、基因疗法与伦理##

之前真的不清楚优生学是和纳粹联系在一起的,遗传学不是为了灭绝一些基因有缺陷的种群(虽然从长远的角度来看的确还是会灭绝),而优生学则是以遗传作为武器,用人类的方法迅速灭绝某个特定种族,在二十世纪初期,生命科学的作用还未被人们认识清楚,被一些顽固的人当作种族优劣的标准,实在是可悲的事情。

天性与教养哪个对人的影响更大?这实在是无法说清的问题。沃森认为有些基因注定的东西是后天教养无法改变的,但是他也支持后天教养的不同会培养出不同的品格,估计是比较纠结自己的爱尔兰血统不受欢迎的问题。

究竟基因疗法能否在医学领域应用?基因和干细胞克隆会带给医疗不一样的明天,但众所周知的伦理问题导致了这些治疗技术研究发展的缓慢。布什曾下令联邦政府不提供关于干细胞治疗的研究经费,在他看来,破还胚胎就是杀人,同样他也不赞同堕胎。其实在干细胞分裂的时候(分裂到有100个左右时)取出一两个细胞对整个胚胎的发育并没有什么大碍。如果能检测出胚胎基因的问题,并及时停止妊娠,可以避免生育有严重缺陷的孩子,当然这个选择权在父母的手中。山中伸弥发现的IPS cells方法为基因疗法提供了一种不用提取人类干细胞的方法。我很看好这种方法在干细胞研究中的应用(并认为他在今后也一定可能获得诺奖),但是IPS cells是否有实际应用于医疗的价值则值得商榷。有没有比诱导体细胞变干细胞更加简单可行的方法?有,肯定会有的!

后记:写完这些内容已经到了十一黄金周的最后一天,这个黄金周注定是不平凡的一个,先是诺奖获得者Ralph Marvin Steinman在得奖前就已经病逝(和最危险的胰腺癌斗争了4年的勇士),后有Steven Paul Jobs在iPhone 4S发布后离世,愿逝者安息。