基因三大定律的适用范围,2个方面破解基因的运行机制
基因三大定律的适用范围,2个方面破解基因的运行机制再比如,影响一个人性别取向的基因就是一道菜谱,每个人在胚胎发育阶段都按照这个菜谱形成自己的性别特征。在这道菜谱的第一条,是一个叫 SRY 的基因。这是最开始的基因,也是决定整个流程走向最关键的基因,因此被称为主调节基因。 SRY 基因的开启或者关闭,决定了一个人的生理体征是男还是女。比如,要烤面包,第一道流程就是和面,规定要加多少面粉,加多少水。水和面粉的比例合适,就能和出适合烤面包的面,如果太多的水太少的面,那只能变成面糊糊了。同样,前序的基因常常对最终的产品起到决定性的作用——到底最终产品是面包,还是面糊糊。基因研究是当下的显学,基于基因研究的生命科学研究也是未来科技发展的最重要的领域之一。人们希望基因研究能够找到治疗绝症的良方和健康长寿的密码,也有人希望基因剪辑能够筛除致病基因,添加优秀基因,培育出新新人类。基因与环境的相互作用,决定了我们的体征,也影响了我们的性格和脾性。未来,在基
本文字数3238,预计阅读时间5分钟。
阅读使人充实,分享使人愉悦。文章结尾附有思维导图,帮你梳理文中脉络精华。欢迎阅读,你离知识又近一步。
今天分享的书籍是《基因传》。
作者悉达多·穆克吉,印度裔美国医生、肿瘤专家、知名科普作家。他曾就读于牛津大学,并在斯坦福大学和哈佛大学取得医学博士学位,他还是哥伦比亚大学医学中心助理教授,他的研究主要集中在癌症治疗和与血细胞有关的基因功能上。2010年,他出版著作《众病之王:癌症传》,并于次年荣获普利策文学奖,《时代》杂志称其为“1923年以来最有影响力的100本英语书之一”。2016年,《基因传》出版后,迅速高居亚马逊榜单,成为《纽约时报》畅销书,《华盛顿邮报》《西雅图时报》年度好书。
基因研究是当下的显学,基于基因研究的生命科学研究也是未来科技发展的最重要的领域之一。人们希望基因研究能够找到治疗绝症的良方和健康长寿的密码,也有人希望基因剪辑能够筛除致病基因,添加优秀基因,培育出新新人类。基因与环境的相互作用,决定了我们的体征,也影响了我们的性格和脾性。未来,在基因诊断和基因剪辑领域会有更快更大的突破。只是,如果人类基因可能像转基因植物那样可以被随意删减搭配,穆克吉提醒我们,生命是复杂多元的,一定不会那么容易被精确的剪裁所规整。
基因是控制生物性状的基本遗传单位。一个生命体的生、长、衰、病、老、死都与基因存储的信息有关。既然基因是生物信息存储的单位,又影响到了生命体的生物信息,普通人会认为,人类基因存储了构建人类身体信息的蓝图,可以决定我们全部的身体、生理与心理的特征。换句话说,掌握了基因就可以克隆出一模一样的生物体。如果你能够解构我所有的基因,就可以完全按照基因复制出一个跟我一模一样的人。
作者说,并不是这样。基因的世界要复杂并混乱得多。大多数基因储存的信息更像是菜谱。菜谱只是规定了做菜每一步的流程,最终做出的菜色却是因人而异。用菜谱来理解基因,可以更好地理解基因到底怎么影响我们每个人的身心发展。就像菜谱所列出的流程有先后次序,先做的流程对一道菜的影响常常大于后续的流程,基因发生作用也有上下区别。
比如,要烤面包,第一道流程就是和面,规定要加多少面粉,加多少水。水和面粉的比例合适,就能和出适合烤面包的面,如果太多的水太少的面,那只能变成面糊糊了。同样,前序的基因常常对最终的产品起到决定性的作用——到底最终产品是面包,还是面糊糊。
再比如,影响一个人性别取向的基因就是一道菜谱,每个人在胚胎发育阶段都按照这个菜谱形成自己的性别特征。在这道菜谱的第一条,是一个叫 SRY 的基因。这是最开始的基因,也是决定整个流程走向最关键的基因,因此被称为主调节基因。 SRY 基因的开启或者关闭,决定了一个人的生理体征是男还是女。
生物学家就做了一项实验,在雌性小白鼠胚胎内植入额外的 SRY 基因并激活,胚胎就会发育出完全雄性的体征,包括阴茎和睾丸,出生后的小白鼠也只会对雌性小白鼠感兴趣。但是, SRY 只包含了菜谱的第一道流程的指令,在后续的流程中,这个基因还会影响其他几十个基因,这些基因又会整合来自内部和环境的影响,比如荷尔蒙的因素、社会和文化的影响等等,最终塑造出个体不同的性别取向。
换句话说,决定性别菜谱的流程中, SRY 基因的影响是决定性的,决定了个体的生理体征是男还是女。但是性别取向却并不仅仅由 SRY 基因决定,在菜谱的后续流程中,其他不同基因的变异会导致程度和倾向的差异。基因不仅会决定人的生理体征,也会导致人患遗传疾病。
每个人的身心特征是不是也都由背后的基因来决定?对于这一问题,在基因研究历史上一直存在两个极端的观点。一边是外部环境决定论,认为婴孩就像是随机内存一样,出生时脑子白纸一张,可以下载任何一种操作系统,未来的心理和性格塑造,文化起了决定因素。另一边则是基因决定论,认为基因决定了人的性格、欲求、脾性和行为。生物学家和人类学家为此做了不少的实验。结果证明基因对人类的性格和脾性的影响要比一般人想象的大得多。
最著名的一项研究是,对生活环境不同的同卵双胞胎的研究。同卵双胞胎是由同一个受精卵分裂成两个不同的胚胎长大而成。有些双胞胎在出生后不久就被分开,成长在完全不同的环境中。研究十几年后他们之间的差异,就可以从侧面观察基因对个体的影响到底有多大。
研究者发现,这些被分开的双胞胎发展出许多惊人的相似之处,比如他们有相似的性格、爱好,也会患上类似的病症。一些研究甚至发现,分开成长的双胞胎有类似的音乐爱好、相同的理财偏好、同样的利他行为。这一类的研究证明,基因的确可以不仅决定外表,还影响性格。
但是是不是由此就能推导出“基因决定论”了呢?当然不是。换一个角度来看双胞胎研究:为什么两个基因完全相同的同卵双胞胎,即使在同一个环境中共同成长,长大之后也会变成个性并不相同的两个个体,而不是精确复制的镜像?因为受到外部环境的影响。即使共同生长,双胞胎所经历的外部环境总会有细微差别,他们各自也会有很多属于自己的偶然经历。甚至双胞胎中一人得了某种遗传疾病,比如说糖尿病,另一人也并不是百分百会得病,只是患糖尿病的几率比常人要大得多。这仍然是因为,导致发病的基因并不是只有一个,众多基因变异是被激活还是被抑制,也与外部环境的许多偶然因素有关。
我们可以这么来想象双胞胎,他们就是同样的一组基因在时空机器中发展出的两种不同的生命体。基因只决定了他们身体和性格的一部分,但个体到底怎么演化,与外部环境偶然特殊的事件都有着千丝万缕的联系,比如小时候的一场大病、年轻时候的一场事故、坠入爱河的甜蜜柔情,都是影响个体的变量。
作者把基因的作用做了一个非常形象的比喻,说“基因给人类写出了剧本,却留下了不按剧本演戏的空间”。这句话也深刻地描绘了生命的意义。生命的一部分是遗传,但是也会留下偶遇的空间,留下应对外部环境变化而改变的空间。没有变异也就不会有进化,更不会有我们。
02、基因与进化论的关系我们对进化传统的认知来自于达尔文,达尔文进化论有两个要点:物竞天择,适者生存。
比如,长颈鹿之所以从某种食草动物中演化出来,变得拥有长长的脖子,是因为很久以前,某种食草动物有了长颈的基因变异,在一次旱灾过后,它存活了下来,新变异的基因也就因此被选择,遗传到下一代,这种携带变异基因的食草动物经过几万年甚至几十万年,最终演化成了长颈鹿。
但长颈鹿的演变会不会有另一种可能?比如某一天,一只羚羊伸长了脖子努力去吃高树枝上的嫩叶子,渐渐地这头羚羊习惯了伸长脖子,而它伸长脖子的行为也被记录到它的基因上,并传给了下一代,下一代的脖子因此变得更长。几代之后,羚羊会不会变成长颈鹿?外部环境会不会给基因留下这样的记忆?如果有,这种记忆会不会遗传呢?
科学家们后续的干细胞研究从侧面印证了“基因记忆”的存在。干细胞是具有自我修复能力的多潜能细胞,在胚胎中最常见。受精卵通过细胞分裂形成胚胎,胚胎的细胞可以长成各种不同的器官。不同器官的细胞虽然拥有同样的 DNA ,却性状不同。胚胎中的干细胞可以“发育”成各种不同的细胞,但是相反,皮肤细胞不会有一天醒来突然变成了神经细胞,更不可能重新变成干细胞。这种演变是不可逆的吗?
一位研究者试图将皮肤细胞转变成可塑性很强的干细胞,却发现,年轻小白鼠的皮肤细胞比年老小白鼠的皮肤细胞更容易转化成干细胞。他们就问了:为什么年老小白鼠的细胞,就很难“返老回童”?他们认为,答案就在基因有记忆,各种应对外部环境变化的反应,比如说身体代谢应对饥荒的变化,就被记录在基因之上,无法磨灭。这些带着斑驳历史的基因比较难重新焕发青春。
怎么理解这种基因记忆?每个从胚胎发育而成的细胞都拥有同样的基因,就好像来自同样的一本大书。但是不同的细胞在生命的过程中因为环境的变化,会删掉大书里的一些句子,又加上几个词,在一些句子下面画线,把另外一些点加粗。这样一来,不同的细胞在这本大书的基础上,都创造出了自己独特的解读。