书名:《The Gene: An Intimate History》/ Siddhartha Mukherjee
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Siddhartha Mukherjee的著作都很耐看,而且整本书就像是一座寺庙,从大局到细节都无可挑剔。这本书系统地回顾了人类探索、发现、解密基因的漫长历史。这本书太厚,至今只读到一半,却忍不住手痒,想写写小半本书读下来的笔记,主要有以下几点:
- 差点被遗忘的孟德尔
- 优生学与纳粹
- 都是好奇惹的祸
害怕书透的读者慎入。
差点被遗忘的孟德尔
作者认为,从基因的角度,进化解释了自然的过去,为什么会出现生命?多元化解释了自然的现在,为什么会有那么多生物共生在此时此刻?胚胎学试图预示自然的未来,一个单独的细胞如何生长成一个具备特定形体的生物体?
只有从遗传的角度真正解剖理解了基因及其功能,我们才能将这三方面统而为一。就像物理学家的梦想是找到一个统一的物理学公式,对于生物学而言,基因就是生物学统一的公式。
传统的生物学家提出了分类学,把生物按功能特点和形态分门别类,界门纲目科属种。但是分类学只解决了表象,而无法解释生命本身的起源、各种生命之间的差异以及同一物种间的差异。
就此而言,达尔文的进化论和物竞天择固然重要,但是它只能解释同一物种的演变。虽然在苛刻的自然条件下,同一物种也许被迫发生变异,然而达尔文并没有解释同一物种怎样保持两种貌似相反的功能,不变的共性(遗传)和变异的特性(进化):如何既保持物种的遗传性,又能保持变异性?
如同费马在页边上写下我有个美妙的证明、但是这里写不下,达尔文也暗示自己找到了生命的秘密,但是他说自己没有时间写下来。
真正引领人类一窥基因秘密并进而理解物种演变的,是那个一生都默默无闻、一心在修道院里埋头种着豌豆的孟德尔。
所以,本书第一部分题为“缺失的遗传科学”,为孟德尔正名。
遗传和变异如何统一?或者一颗豌豆如何传递自己的属性?在这种传递的过程中,这些属性会被如何干扰?他把一生奉献给了豌豆,把一辈子的时间花在了给豌豆花进行授粉上面。孟德尔走的是一条寂寞的道路,而也许他自己非常享受这种低调加单调的生活。1865年,他将18年间种植豌豆所得的发现发表在了一个相当冷僻的期刊上。同时他也低调地在本地论坛与当地的农民、植物学家和生物学家分享了自己的论文。
之后,这篇遗传学上的里程碑之作沉寂了漫长的15年,直到1990年才被重新发现。孟德尔被誉为现代基因学之父。在论文中,他以实验数据为支撑,提出某种看不见的因素(即基因)可以预测和确定生物体的性状;决定同一性状的遗传因子彼此独立(恰巧他选择的7个基因在DNA上位置相去甚远,没有紧密关联),可以遗传给后代;并提出了基因具有显性和隐性两种性能。
优生学(Eugenics)与纳粹
此书指出的另一个重要事实,是我们如何从优生学这个危险的谬论中侥幸擦身而过。疯狂的纳粹背后一直徘徊着优生学的幽灵。由于德国纳粹在二战的惨败,他们所热衷的优生学和种族清洗也被盖上了耻辱和罪恶的印章。
优生学的论点貌似有理有据——如果我们让那些弱者或者天生残疾的人繁衍后代,整个人类的基因库会因此变坏,类似于说,一颗老鼠屎能坏了一锅汤。直到今天,不知还有多少人会默默认同这个观点?
它建立在一个巨大的假设之上。这个假设是,人类判定所谓的好坏,是客观的,是符合自然规律的。(感到上帝笑了又哭了。)
可是人类的标准真的是自然的标准吗?人类真的是万物之灵吗?我们以为自己超越的那些生灵,动物植物微生物,与我们都是平等的,大家同是物竞天择40亿年的结果。从基因的角度,没有谁更高尚聪慧,也没有谁更卑劣愚蠢。
当我们狂妄到无知时,我们会面临深渊。比如二战之前,好多国家曾经力行优生学政策。也许一个不小心,历史又会重复自己,滑入深渊。这也是本书作者要发出的一个警告。
达尔文的表亲Francis Galton发明了Eugenics这个词汇。1912年,首届国际优生学大会在伦敦召开,期间德国提出了种族清洗计划,而当时参会的美国已经先行一步,将优生学付诸行动——1910年,美国成立了优生学记录办公室(the Eugenics Record Office);1911年,优生学的知识被大力普及,整个美国的基因学教科书上都包含这方面内容;1927年,美国有了第一例因为“基因不好”而被强制绝育的案例;同一年,一部名为“你适合结婚吗?”(Are You Fit to Marry?)的电影在全美开播,导演是一位优生学拥趸者;随后,美国很多州政府都开始制定法律,依法对罪犯、白痴、低智商者或其他“基因不良”之人实行强制绝育。
德国虽然在这方面起步晚于美国,但是种族清洗之路从发芽到壮大速度之快、范围之广、与纳粹成长过程之契合令人咋舌。
1895年,纳粹生物学家Alfred Ploetz发明了“种族清洗”(racial hygiene)一词。他说,就像一个人会新陈代谢、需要时常进行个人卫生清洗一样,一个种族同样需要定期进行清洗,洗掉基因中的肮脏和渣滓,以此保证整个民族的健康和纯洁。(听上去是不是鸟畜无害?)
1920年代,正在狱中的希特勒读到了Alfred Ploetz的观点,马上路转粉。1933年,希特勒获得超越议会的权力后,立即开始实施防止遗传性疾病后代的绝育法(the Law for the Prevention of Genetically Diseased Offspring)——“任何有遗传疾病的人都可以被强制绝育”。他们首先对“危险的罪犯”进行绝育。到1934年,德国每月平均有5000成年人被绝育。
1935年,德国种族政策办公室开始在全国播放并展示生理缺陷和遗传疾病相关的“恐怖片”,包括《遗传》(Das Erbe)、《遗传性疾病》(Erbkrank)等。同年,德国颁发法律阻止犹太人与德国人通婚生育。
1939年开始,德国步入更加危险的境地,种族清洗的手段从绝育“进化”到终止生命。这一年,德国开始杀害三岁以下有生理缺陷的儿童,并迅速将范围扩大到青少年,到当年10月,进一步扩大到成年人。
人们被送往集中营,然后以各种方式被害。德国的种族清洗终于走到了万劫不复的地步。我不愿想象假如德国在二战没有战败那样一个平行世界。
纳粹其实也明白自己的种族清洗理论脚跟不稳。只有证明基因的不变性,比如证明犹太人永远保存犹太人的“劣质”基因,又或者证明某一生理缺陷的确是遗传的后果,种族清洗理论才勉强站得住脚跟。但是通过什么途径来证明呢?
答案是同卵双胞胎研究。
电影《闪灵》包含了许多揭露纳粹罪恶的彩蛋,其中有一幕是一对双胞胎出现在血流成河的门前。直到读了这本书,我才真正理解那一幕包含了二战时多少黑暗时刻。
双胞胎研究起始于为优生学命名的Francis Galton,因为他提出了“先天性”(nature)与“后天性”(nurture)两个概念,并开始对两者的影响进行对比研究。如何分辨先天影响和后天影响?双胞胎是最佳的研究对象。1924年,德国的优生学家Hermann Werner Siemens在Galton的基础上改良了研究方法,只选择同卵双胞胎进行研究,因为同卵双胞胎的基因完全吻合,任何差异性的出现都可归结为后天性。
二战期间,许多双胞胎在集中营遇害,然后被解剖进行器官比较。他们遇害的方式,除了毒气,还有不符血型的血液传输、截肢、无麻醉手术等。有的双胞胎被染上细菌性疾病以对比他们的身体对细菌的不同反应。还有一对双胞胎更为凄惨,其中一个是驼背,于是纳粹通过手术讲两人的背缝合在一起,术后不久二人便因伤口感染死亡。
最后德国纳粹通过这一系列令人发指的同卵双胞胎研究并未得出什么被科学界认可的成果。而且纳粹错了,我们现在知道基因就像是一整套程序,包含了一整套指令,但是它并非不可更改。实际上,基因在不停地进行调控、复制和重组(regulation, replication, recombination)。如果由着纳粹把基因清洗下去,洗到最后近亲繁殖,雅利安人的结局就会类似沙皇阿列克谢。
如本书后面提及,如今人类越来越理解基因如何工作,可以快速对其进行测序和复制,对基因有越来越大的控制权,甚至可以将进化链上百万年间毫无联系的两种基因混合起来。到这种时候,我们需要更加谦卑,更加不把人类的好坏标准当作一回事。
都是好奇惹的祸
1907年,人类已经知道基因存在于染色体上。
从那时开始,科学家试图进一步解决的问题是,他们在染色体上怎么组织和呈现?每个基因在染色体上有自己固定的”家庭住址”吗?多个基因何以合住在一起吗?基因之间有物理或者化学上的联系吗?基因到底是什么?一开始科学家以为基因在蛋白质上,直到后来才发现原来是在那个看起来“又傻又笨”的DNA上面。
本书中许多地方都会出现这样引人入胜的提问。再比如,一个鸡生蛋、蛋生鸡的问题:一个单独的胚胎细胞必须包含一整套能将其成长为一个生物体的完整指令,但是它又如何能够让另一个完整的生物体再次从这个生物体的一个单独的细胞成长起来?复制于同一个胚胎细胞的其他细胞,他们拥有完全一致的DNA,从基因角度,他们完全相同,那么他们又如何彼此区分,组成不同的器官呢?比如一只苍蝇的胚胎,新复制出来的细胞如何能知道自己的职能,长出头部和尾部,又如何在该长翅膀的地方长出了翅膀?
这些提问比答案更有意思。因为它们带着我们走到了科学发现的起点上面:往往就是一个好奇的人问了一个暂时没有答案的问题。人类不停地发问,许多“孟德尔”就把一生献在了一个看似简单的问题上面(很多时候限于有限的生命,他们试图回答的是一个大问题的某些及其微小狭隘的分支问题)。
这也让我联想到一个科学家曾经对我说过的比喻,用来解释他的实验和工作:
你把自己想象成一个巨型外星人,在外太空偶然看到了一颗小小的地球。你对它一无所知。这是什么?这个问题指引着你制造出越来越好的观察和测量工具来了解你的目标。渐渐地你可以排除大气层的干扰,在“显微镜”下看到地球上有陆地,陆地上有道路,道路上总是奔驰着长方形的带轮子的东西。通过长期观察和数据分析,你也许会注意到这些长方形的东西总是集中在某些时段出现在道路上,而且有去就有回、有来就有往。接下去你会问,为什么这些长方形的东西总是集中出现在某些时段?它们的工作原理是什么?它们里面坐着的生物是什么?这些生物每天从一个地方到另一个地方在完成什么样的使命和任务?这些生物的原理是什么?他们之间如何沟通协作?要解决这些问题,你必须设计出一个个巧妙的实验,并重复实验获取大量数据——其中的大部分实验也许会归于失败。如果侥幸成功了,恭喜你,终于弄清楚了地球上微小的一点;不过拔出萝卜带出泥,这个小小的发现肯定会带出更多亟待解决的问题。要研究一整个“地球”上的所有蛛丝马迹,需要一代又一代“外星人”前仆后继。弯路、错路不可避免,有生之涯也不容无尽的追求,但是他们的好奇心驱使着他们去尝试无限地靠近一个又一个未知的领域。