内容简介:
你的基因如何控制你的身体和生活?
大约40年前,理查德•道金斯出版了《自私的基因》,提出:人生来自私,跟其他生物一样,不过是基因的生存工具。然而,人类仍不清楚这些自私的基因是如何协作以构建生物体的。《基因社会》以丰富的新的研究为基础,为理解基因如何为了生存而合作及竞争提供了一种解释。人为什么会得癌症?假如不同人种的基因差别很小,为什么还会有战争?人类的语言从何而来?以太•亚奈(Itai Yanai)和马丁•莱凯尔(Martin Lercher)属于系统生物学这一新领域内的领军人物,两人提出了一个具有说服力的新理论框架,帮助人们理解人类基因组的进化过程。与道金斯的经典隐喻所暗含的意思所不同的是,构建基因组的并非是只关心自身生死存亡的个体基因。我们的基因组是由类似人类社会的基因社会所构成的,和人类社会一样,基因社会的成员们也会彼此联合或敌对。
《基因社会》揭示了基因在各个生物学尺度上——从个体细胞到整个物种——的合作和竞争中所使用的遗传策略。本书描述了基因组在癌细胞、尼安德特人、有性生殖、生命起源中的运作方式,并一直强调着一点:给予基因间相互作用足够的重视,我们才能真正理解生命的规律。
书评:
《基因社会》一书读来掷地有声、发人深省,这本书来得十分及时,我们每个人都应该读一读。
——迈克尔•莱维特,斯坦福大学结构生物学教授,诺贝尔奖化学奖得主
以太•亚奈和马丁•莱凯尔共邀读者后退一步,以纵观全局的视角观察基因是如何组合成全球基因系统的或基因组……本书成功之处在于其将晦涩难懂的科学发现转换成了通俗易通的语言……《基因社会》指导着人们度过这一后基因组时代,可谓恰逢其时,众望所归。 ——约瑟夫•斯威夫特,《科学》杂志
《基因社会》的两位作者均是其各自领域内的青年才俊,二者所写的这本书融合遗传学、进化生物学以及社会进行探讨,读来津津有味、引人深思。
——艾瑞克•兰德,麻省理工学院生物学教授,麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所创办人兼所长
《基因社会》引人入胜且清晰明了,利用科学讲述进化的故事,其丰富的介绍性内容足以帮助有兴趣的非专业读者毫不费力地跟上思路……对于一般读者来说,以太•亚奈和马丁•莱凯尔对癌症、免疫学、有性繁殖以及种群遗传学的讨论十分值得探索。——《出版人周刊》
摘录:
源远流长的基因社会和人类社会有着不可分割的联系。基因社会塑造着你的身体和头脑,影响着你的本能和欲望。这一社会引领人类走到现在,但却并不一定掌控着人类的未来。若想理解基因是如何影响我们的——并找寻人性逾越基因之上的方法——你也许会设想,我们得搞清每个基因的作用。
但这种方法并不会奏效,因为我们人类并不是基因的单纯加和。基因社会中的成员并非独立存在。它们需要协作,树敌结友,只有这样,基因才能组成人体,用以维持自身长达数十年的生存,并在人类中代代相传。
癌症并非从身体外部展开攻势,也不只是身体内部的重大事故。与之相反,癌症正是演化力量的体现。癌症遵循着一种无法摆脱的逻辑,即掌控着动植物物种演化的逻辑。作为基因社会故事中的序曲,本章将通过癌症这种恶性病来介绍细胞、基因和演化。
恶性肿瘤是我们身体上不可分割的一部分,正因为此才使得防治恶性肿瘤变得如此困难。我们可将人体视为一座建筑,这座建筑由数万亿个名为细胞的建筑模块构成。细胞间会交换养分和化学信号。每个细胞都类似一间小小的工厂,每种细胞都有自己专门的功能,所有细胞共同支撑着整个身体的运作。在癌症患者体内,有些细胞和身体其他部分停止了合作,转而开始失控地增殖。
构建身体的细胞有着自己的家谱。当已有的细胞一分为二时,新的细胞便产生了。你身体里所有的细胞都处在一个庞大的家谱中,这些细胞的源头就是你生命的初始细胞:你母亲体内的受精卵。
人类个体之间存在着数百万个有差异的基因组字母,其中大部分对于重现人类历史并没有什么帮助。人类基因组中有85%的位置会出现两种可能情况——比如,有些人那里为C,而其他人的同一位置则为T。将你的某条染色体与你邻居或者地球另一端某个人的对应染色体进行比对,发现不同字母的概率是相同的。或者,将你这条染色体和你自己的另一条对应染色体进行比对,也是如此——别忘了,你遗传自父方和母方的基因组部分也是不相同的。
换句话说,大部分遗传变异并不能将不同民族区分开来。这样一来,克林顿确实能从人类民族大团结中找到些安慰:在人类基因组的差异中只有约15%能用于将人们分为不同种群——且仅限于在最近的演化过程中很少与外族进行通婚的群体。有极少数的等位基因是某些人类种群所特有的。也就是说,该种群内部所有成员在基因组中某位置的字母相同,而地球上其余所有人的该位置上都是另一个字母。在演化过程中,是什么原因导致了这些少数人类种群特有的等位基因的存在?
这类个别种群特有的等位基因大部分都和环境有关。肤色就是一个典型的例子,是适应地理区域的一个重大表现。肤色是妥协的结果。深色皮肤能保护人体不受阳光紫外线辐射的伤害,这对于靠近赤道的区域来说尤为重要。如果过多的紫外线辐射穿透皮肤,随着时间推移,这将对DNA造成损伤并加速皮肤癌在人体中的演化。肤色较浅的人需要涂抹防晒霜也是这个道理。
如果还有另一个变异能让你长跑速度特别快,那么该变异还是更有可能在非洲内部某地颇为普遍,而不是频繁出现在如亚洲之类的其他地区。这与具体能力无关,只是因为非洲人所携带的变异数目远远高出其他地区的人们,所以那些身怀某项遗传天赋的人很有可能就生活在非洲大陆上。但这并不意味着所有非洲人在所有体育项目上都更有天赋,与之相反,非洲有更多的变异其实意味着我们也许能在非洲某地找到短跑速度最慢的人
我们的身体是一部十分复杂的机器,其运行的大部分程序都十分烦琐,仅靠某单个基因生产的蛋白质无法完成。例如,为了将我们所摄入的食物中的糖分转化为可用能量,必须要进行数十个独立的化学反应。
每种化学反应都由不同的酶(enzyme)所控制。酶是一种可以加快(催化)化学反应的特殊蛋白质。如果没有酶的作用,这些化学反应将会进行得很慢。每种酶的效果高度依赖于同一过程中其他酶的正常运作:如果之前的任何一步出现偏差,酶的催化反应将无法进行;如果接下来的几步中有一步出现故障,酶的产物会不断积累,经常导致不良后果。
我们有充分的理由相信,即使染色体没有融合而形成人类2号染色体,猩人也是不可能存在的。从最基本的层面上来说,阻碍猩人存在的因素是物种种类的实质:基因社会。在这个社会里,基因与其各种不同的等位基因(allele)相互自由组合,但只有极少数情况下才会和其他物种的基因社会混在一起。
基因社会或许是由于环境而改变,但是即使基因社会不需要适应新环境,它一样会演化。
鸟类不会说话,但是从某种程度上讲,鸟鸣对于鸟类而言就相当于人类的语言。鸟鸣比简单的鸣叫要长得多,也复杂得多。它与求偶和交配行为都有密切联系。鸟鸣有自己的语法,从其表达的多样性和规律的节律来看,鸟鸣的结构与人类的音乐类似。很多鸣禽的鸣唱至少有一部分是从父辈那里学到的,从而发展出了当地鸟类特有的“方言”——这与人类语言的发展类似。
人类每个细胞的基因组包含20000个基因,由此产生了各种各样数不胜数的基因组活动。简而言之,一个细胞能打开或关闭它的每个基因:每个基因要么被读取并生产蛋白质,要么不被读取并保持休眠状态。实际上,基因组活动有着无穷个不同的可能状态,尽管并不是所有状态都是可行的。想象一下电路——同样的电阻和电容以一种方式被绑在一起可以发出火灾警报,以另一种方式则可以形成一个无线电
电脑的“大脑”——中央处理器是由数百万个这种简单逻辑门构成的。基因组同样能够执行单个逻辑门所进行的这类型运算,我们在乳糖操纵子中看到的便是这一原理的体现:转录管理者将它们周围的信号传送到基因组中的特定位置,而转录因子则相互组合构成了逻辑门,以诱导或阻碍转录机器进入被管理的基因。
尽管达尔文是对的,大多数情况下演化是渐进的,但是偶尔的跳跃式发展也并不违背规律。在基因社会的历史中,渐进式变化更为普遍,只是因为这样的变化更不容易扰乱它们编码的生存机器。尽管如此,贝特森记载的各种改变充分证明演化是可以呈跳跃式发生的。
这种变化可能是令人毛骨悚然的,也可能是滑稽的,有的时候还会产生所谓的“带来希望的怪物”,即拥有更高适合度的个体。比如,想象一下一个基因突变使有两只翅膀的果蝇拥有了四只翅膀,多的那两只翅膀长在一般果蝇长平衡棒的位置。平衡棒是一个很小的附器 ,是用来保持平衡的。对于飞行昆虫来说,四只翅膀也许胜过两只翅膀,至少在某些时候如此。其他很多昆虫,比如说蝴蝶,就真的有两对翅膀。
彩色电视能通过欺骗人类的色觉(color-vision)系统来显示几百万种颜色。因为我们只有三种受体来感受颜色,所以彩色电视只需要为每个接收体提供一个信号。比如紫光能同时给予红光和蓝光受体同等的刺激。当大脑接收到这些信号时,它会将原始信号记录为紫色。
为了使电视机放映彩色图片,发明家们将黑白电视已有的光源投影系统一式三份,并给每个子系统一个不同的颜色:红色、绿色或者蓝色。通过复制黑白电视的某些部分,并给每个拷贝加入一个小小的“突变”,彩色电视就诞生了。
我们的肠道对于细菌而言是一个交换抗生素耐药性基因的理想之地。在人类肠道里安居乐业的微生物有几百种,数量高达约100万亿。这些微生物形成了一个群落(community) ,其中物种之丰富令人叹为观止。这些微生物通常会形成生物膜(biofilm),即由不同细菌的细胞紧密相连而形成的膜状物。细胞之间的密切联系大大增加了DNA转移的机会。发达国家居民中大约有90%都在其肠道中携带有耐药性细菌。因此我们肠道里面的居民就像一个储藏耐药性基因的仓库,它们将耐药性基因传递给其他细菌,哪怕那些细菌只是路过。
人类基因只能和人类基因社会中的其他基因相混合,但是细菌基因社会原则上可以从所有细菌共享的一个通用基因库中吸收新基因。即使是这样,细菌也不太可能遇到生活环境完全不同的同类。能让它们获益的基因多半来自于它们自己生活的环境,或者来自于与它们比较相近的物种。
我们所生活的时代十分值得玩味。在过去几百万年中,我们的祖先一直顺应着基因社会,而地球上其他生命显然还依然如此。但我们却已然开始超越我们的遗传物质,渐渐扩大了我们要保护的对象范畴——从家庭延伸到了村庄和国家,继而延伸到了全部人类;当我们考虑到动物权利时,我们的保护范畴甚至延伸到了人类之外。
改述一首古老的赞美诗,那就是:基因社会使我们前行至此,但正是人性让我们在此刻回归。
(摘编人吴小玲)