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人类的基因和未来
2018-05-18
作者:陈晓萍
神秘又伟大的基因科学是怎样缘起?又将走向何方?
关键字:基因科学

《 基因传:众生之源》

The Gene:An Intimate History

作者:Siddhartha Mukherjee/ 悉达多· 穆克吉

译者:马向涛

出版社:Scribner/ 中信出版社

作者简介

悉达多·穆克吉

印度裔美国医生、哥伦比亚大学医学院教授、肿瘤专家、知名科普作家。他出版的著作《众病之王:癌症传》曾荣获普利策文学奖。

这是一本奇书。

人类的代代相传是怎么回事?为什么父子的容貌如同一个模子里刻出来?为什么双胞胎身处异地,却能感同身受?为什么疾病会有家族遗传?人类自身究竟源自何处?又要走向哪里?

对于这些具体又抽象、简单又复杂、古老又崭新的问题,本书的作者穆克吉(Siddhartha Mukherjee)给出了科学的、令人信服的、符合逻辑的答案和猜想。对这些问题的答案很长、很新颖、很深刻,而且不时带着出人意料的豁然开朗和幽默,用600 页的书稿完成。其中有100页是文献索引,可见作者的研究功底之深。

全书从作者本人的故事开始说起。他出生在印度,父亲有四个兄弟,母亲是一对双胞胎姐妹中的妹妹。父亲的四个兄弟中有两个患有精神病、躁狂症。他自己的一个表兄在成年之后也出现疯狂症状,而这个表兄的两个叔叔也都有精神疾病。很明显是家族遗传。而他的母亲虽然与其双胞胎姐姐长相相似,性格脾气却相去甚远。但她们即使在各自成家、分开生活之后,还能够彼此心领神会。遗传是怎么发生的?上一辈人通过什么神秘的通道把自己的生物和心理特征传递给下一代的呢?

从纯粹生物学的角度出发,作者把对这个问题进行孜孜不倦的探索、并提出了重要答案的里程碑式学者, 如达尔文(Charles Darwin)、高尔顿(Francis Galton)、门德尔(Gregor Mendel)、沃森(James Watson)等人的科学研究故事如数家珍般娓娓道来。光是达尔文去南美观察到各种鸟类的异同特点,收集标本、化石,之后回到剑桥大学潜心研究、悟出答案的故事就足以让人对生物学着迷了。更别提门德尔用那么巧妙的实验方法在他的修道院花园里研究豌豆花,把花的颜色遗传和变异的因果关系搞清楚。还有摩根(Thomas Morgan)的果蝇繁殖研究。其中的逻辑推理、精细设计和扎实的因果判断更让人感到科学研究本身、探索真理本身的魅力。

沿着历史的轴线,作者引出一个又一个在遗传学中举足轻重的事件和人物,不断制造悬念,并将剧情一步一步推向高潮。第一个高潮是1953 年对DNA 双螺旋结构的发现,也就是基因的发现。第二个高潮是2001年对整个人体基因组(genome)的序列制图,总共有300 多亿条!

当然,此书的精彩之处不仅仅在于对生物学研究史本身的梳理和描述,更在于在整个阐述过程中,作者始终带着心理、社会、文化和伦理的视角审视基因学。比如,他站在基因的角度对有些历史事件进行解读,非常符合逻辑,也让我茅塞顿开。

在基因学中长期存在争执的有两个问题。第一个问题是:在了解了基因的优劣之后,人类是否应该进行优胜劣汰的过程来使优质基因得到延续?第二个问题是:一个个体所具有的生物学和心理学特征究竟是先天导致的还是后天决定的?

早在DNA 被发现之前,就有不少科学家信奉优胜劣汰的原则,建议剥夺心智残弱个体的生育权,以防止不良人种繁衍。美国在1920年代还专门成立了有关机构把这类人关押在孤岛上,限制他们繁衍后代。当然将此念头推向极致的就是希特勒,他企图消灭犹太种族的想法就是对优种基因执迷的结果(或者是借此名义)。在灭犹运动之前,在欧洲尤其是德国已经发生了许多消灭残障者的实验和实践,得到了许多科学家的支持。到后来发展到灭犹,也是基于“科学”的思路,并经过大规模的宣传,所以才得到广大德国民众的强烈支持。虽然现在想来匪夷所思,但在当时的环境和氛围下,消灭犹太种族其实只是拓展了原先消灭智障者、身残者(劣质基因携带者)的界限而已。

再比如,在基因的排序(gene sequencing)被发现之后,科学家们突然意识到了问题的严重性,因为既然可以给基因排序,基因克隆和基因改造就不再遥不可及,而这两项技术可能对人类带来的影响实在“细思恐极”。当时科学家们决定自己开会讨论,制定规则,哪些实验可以做,哪些绝对不能做。科学家虽然以寻找真理为己任,但是在涉及人类基因的根本大事时,这些生物学家、基因学家选择了非常负责任的做法——科学诚信(responsible science), 这令我非常敬佩。我的共鸣是,负责任的科学这一点其实在所有的研究领域都存在,选择做什么样的研究,其后果对社会的意义和价值,也同样值得心理学家和管理学者讨论。

此外,将基因研究结果用于治疗人类疾病,是科学对人类最直接的贡献。书中描述基因重组从科学变成技术、再变成产品,最早是从人工合成胰岛素的研制开始的。这个故事很有趣、很详细,把一个从科学发明变成技术并且商业化的过程完整地描绘了出来,其中涉及科学家(Herb Boyer 教授+ 两位助研Keiichi Itakura 和Art Riggs)、创业者(Robert Swanson)、投资者(Kleiner Perkins 公司)、生产商(Genentech 公司)以及政府法律部门等的参与。如果不是Swanson强烈说服科学家Boyer 去申请专利,再合伙成立公司Genentech,再到处游说投资者入股,再找到厂家生产的话,人工合成胰岛素的出现可能还要晚很多年。当时哈佛大学也有教授在进行研发,但因为不是私人公司,反而受到了很多限制(科研经费来自纳税人的钱),无法将成果变成产品营利。以前胰岛素都要从牛、羊的胰腺中提取,几千斤的胰腺只能提炼出几公斤胰岛素,效率十分低下。现在通过基因重组的方式人工合成胰岛素,治病救人方便了很多。

作者从生物学对物种起源的研究开始,写到遗传学、细胞生物学、分子生物学的诞生,再写到DNA 双螺旋结构和功能的发现(DNA → RNA →蛋白质),发现与基因变异相对应的疾病(如糖尿病、亨廷顿病、乳腺癌),以及通过基因重组(如人工合成胰岛素)治疗疾病,一路写来,一直写到基因克隆和基因排序的完成,并且将人体300 多亿个基因组全部制图成功,这在人类的历史上是多么巨大的成就,简直不可思议!

在完成了这个创举之后,作者对人类基因的代代相传进行了进一步的探索。有可靠证据表明,虽然一个受精卵中的基因物质(geneticmaterial)同时来自精子(父亲)和卵子(母亲),但是促使受精卵成长的细胞物质(cellular material)却全部来自卵子,因此人类的基因信息(其中特别重要的线粒体)是通过母体遗传的,传女不传男。一直往前追溯,发现最早的人类聚集在非洲刚果的丛林中,而其后在亚洲、欧洲、美洲、澳洲出现的人全部都是从非洲走出来的。在翻山越岭、过江过海的长途跋涉中,很多人(基因)死去了。从现在的证据来看,全人类的基因很可能来自同一个母亲。那个母亲生活在20 万年前,只有她的血统在经历了漫漫历史的考验之后,通过一代又一代女儿的繁衍,延续至今。在人类基因学科中,她有一个美丽的名字:线粒体夏娃(Mitochondrial Eve)。

本书接着讨论种族的差异和共性。从基因的角度看,其实共性远远大于差异。放在长远历史的轴线上,种族歧视的念头立刻就变得非常荒诞。关于性别的差异,发现决定性别的,除了有生物学基因(SRY)之外,还有社会文化因素。这样就把先天与后天(nature vs nurture)的问题重新放在我们的面前。对于这个问题的探讨涉及对很多同卵双生子和异卵双生子的长期跟踪研究,结果非常有启发意义。

与先天后天问题密切相关的还有同性恋倾向。有意思的是,同性恋也存在一个决定性的基因(Xq28),并且是通过X 染色体遗传,即母体遗传。但是,一个人的先天基因究竟在多大程度上决定其后天的性倾向、智商、情商、性格、成就等,在对双生子的研究中也获得了答案。即使是同卵双生子,在完全同样的社会文化生活环境中成长,也并非100% 相同。这说明基因本身的灵活性和应变能力,它的双螺旋(阴阳、镜像)结构使其自身具有修复、替代、调整和变化的功能。这同时也说明基因并不直接决定个体最后的所有非生理特征,而是使人更可能成为具有某些特征的倾向。该特征究竟出现与否,要看环境中有无“开关”让某个基因激活打开,而使另一个基因抑制关闭。因此,一个个体特征的塑造,一定是既有先天、又有后天,先天与后天交互作用的结果。

基因学的未来与人类的未来密切相关。到目前为止,基因诊断术(genetic diagnosis)已经取得了长足的进步。比如有些与遗传有关的疾病——乳腺癌、亨廷顿病——已经可以找到与之对应的那个单一基因。只要取一口唾液,就能检测出该基因的变异是否存在,因此预测未来得病的可能性;基本上可以算得上是医学算命了。但是,另一些与遗传有关的疾病,比如精神分裂症、躁狂症,则涉及多个基因的变异,要检测出来就不那么容易。而且,其中有的基因还有促进人的创造力的功能,所谓“疯狂的天才”就是因为这种基因的作用。

医学算命出来之后又如何呢?基因治疗术(gene therapy) 在有些领域已经取得进展,但是这个领域的研究进展始终涉及道德伦理问题。比如,基因诊断可以检测胎儿的基因缺陷,如果事先知道胎儿有唐氏综合征,谁有权力决定这个胎儿的死活?当然,这个问题在基因技术出现之前,在超声波可以准确检测出胎儿性别之后就已经存在了。基因技术的发展只是使这个问题变得更加突出而已。如果以基因的健康与否来作为判断的基础,那么这与当年把智障者、身残者隔离,禁止他们繁衍后代又有何异?

此外试想,如果我们使用基因编辑、给基因开刀等技术来改变人类自身的基因,强化某些特征,去掉另一些特征,那么人类自己也就变成了转基因人,那时,人类还是人类吗?人类终将是走向拯救自己还是毁灭自己的道路呢?

这些振聋发聩的问题应该怎么回答呢?



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