基因组:人种自传-第2部分
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每次我这么想的时候，我的那个粥样的机器就翻腾个不停。地球有40亿年的历史，我却幸运地活在当今这个时代；地球上有500万个物种，我却幸运地生为一个有意识的人；地球上有60亿人，我却荣幸地生在发现了这个“词”的国家；在地球所有的历史、地理环境与生物环境中，偏偏就在我出生的5年前、距离我出生的地方只有200英里处，我这个物种的两个成员发现了DNA的结构，从而揭示了宇宙中最大、最简单而又最惊人的秘密。如果你愿意，你可以嘲笑我的激情，就当我是个可笑的物质至上者吧：居然对一个缩写词＇指DNA。——译者注＇都肯倾注这么大的热情。不过，跟着我到生命的源头去看看吧，我希望我能够让你相信这个词是多么迷人。
1794年，博学的诗人、医生伊拉斯谟·达尔文（Erasmus Darwin）这样问道：“远在动物存在之前，地球和海洋就充满了植物；远在某种动物存在之前，其他动物就已存在。在这种情况下，我们能否假设：所有的有机生命都源自于，且仍然产生于，同一种有活性的纤维？”这样一个猜想在那个时代被提出来，让人惊愕。不仅仅是因为“所有有机生命都有共同来源”。这一大胆假说比他的孙子查尔斯＇查尔斯·达尔文：19世纪英国生物学家，1859年出版《物种起源》，提出所有生命共同起源、变异和自各选择使得物种多样化的观点，是现代进化学说的奠基人。——译者注＇有关这一题材的书还早了65年，也是因为“纤维”这一古怪的用词。确实，生命的秘密就是在一条纤维里。
但是，一根纤维怎么就能创造出有生命的东西？生命是不大好定义的，但是所有生命都有两种能力：复制自己的能力和制造秩序的能力。有生命的东西都能够造出跟自己差不太多的拷贝：兔子生兔子，蒲公英生蒲公英。但是兔子还会干一些别的。它们吃的是草，却能将其转化成兔子的骨与肉，不知怎么一来，就在混沌随机的世界里造出了有秩序有复杂性的身体。它们并没有违反热力学第二定律——在一个封闭的系统里所有事物都倾向于从有序变成无序。这是因为兔子不是一个封闭系统。兔子是靠消耗大量能量才得以建立一个有序的、复杂的局部结构——它的身体的。用爱尔温·薛定谔（Erwin Schr？dinger）＇20世纪著名物理学家，写过一本更为著名的小册子——《生命是什么？》。这本小册子启发过包括沃森和克里克在内的对生命的各种现象作研究的人的思路。——译者注＇的话说：生命是从环境里“把秩序喝进来”的。
生命的两种能力，关键都在于信息。复制的能力之所以有可能存在，是因为存在一种“配方”，里面有制造一个新的身体所需要的信息。兔子的卵就带有组装一只新兔子的指南。通过新陈代谢来创造秩序同样也靠的是信息——用来建造和维修制造秩序的机器的指南。一只有生殖能力和代谢能力的成年兔子，是由它的生命纤维预先规划设计好的，正如一个蛋糕是在烘蛋糕的配方里就规划设计好了。这个想法可以直接追溯回亚里士多德。他曾说过，鸡的“概念”是隐含在鸡蛋里的，而橡树把自己的计划直接传达给了橡实。亚里士多德的这种模糊的信息学观念，在被物理学与化学埋没了多年之后，又被现代遗传学重新发现。麦克斯·德尔布吕克（Max Delbruck）＇20世纪美国遗传学家，现代遗传学的奠基人之一。——译者注＇曾开玩笑地说：这位古希腊哲人应该因为发现了DNA而被追授诺贝尔奖。
DNA的纤维就是信息，是一种用化学物质的密码写成的信息，每一个字母都是一种化学物质。而且，DNA密码事实上是用一种我们能够理解的方式写的，这真有点令人大喜过望。就像书面英语一样，遗传密码是写在一条直线上的线性语言；就像书面英语一样，遗传密码是数码式的，意思是说每一个字母都同等重要。更有甚者，DNA的语言比英语简单多了，因为它的字母表里只有四个字母，按惯例被称为A、C、G和T。
当我们现在知道了基因就是用密码写的“配方”之后，就很难想象在过去只有那么少的人曾经想到过这一可能性。20世纪的上半叶有一个没有被回答的问题在生物学里一再出现：什么是基因？当时，基因简直是神秘莫测。让我们回到——不是DNA对称结构被发现的1953年，而是此前10年——1943年。10年之后在破解DNA的秘密上做了最突出工作的人，那时候都在干别的。弗兰西斯·克里克（FrancisCrick）当时在朴次茅斯（Portsmouth）那边设计水雷；只有15岁的“神童”詹姆斯·沃森（JamesWaston）刚刚在芝加哥大学注册读本科，而且已立志用自己的一生去研究鸟类学；莫里斯·威尔金斯（MauriceWilkins）在美国协助研制原子弹，罗萨琳·富兰克林（RosalindFranklin）则在替英国政府工作，研究煤的结构。＇这四人是在1953年发现DNA结构上贡献最大的科学家。罗萨琳因罹患癌症于1958年去世，年仅37岁，另外三人于1962年获得诺贝尔生理学及医学奖。——译者注＇
还是1943年，在奥斯维辛集中营，约瑟夫·门格尔（JosefMengele）＇第二次世界大战期间最臭名昭著的纳粹医生，在波兰的奥斯维辛集中营在犯人身上进行人体实验，对犯人进行了惨无人道的折磨，有“死亡天使”的称号。——译者注＇正对孪生子们进行致命的折磨，他的“科学研究”其实是对科学研究的一种极其恶劣的嘲讽。门格尔是在试图理解遗传学，但他的优化人种论已经被证明不是正确的途径。门格尔的实验结果对他之后的科学家是没有用处的。
1943年，在都柏林，一个从门格尔那种人手下逃出来的难民、大物理学家爱尔温·薛定谔，正在圣三一学院讲授一个名为“什么是生命”的系列讲座。他是在试图定义一个问题。他知道染色体载有生命的秘密，但是他不知道染色体是怎样储存生命秘密的。“就是这些染色体……以某种密码写就的程序，储存了每一个体发育的整个模式，以及发育成熟之后每一个体应有的功能。”他说，基因那么小，小得不可能是任何其他东西，而只能是一个大分子。他的这一见解影响了一代科学家——包括克里克、沃森、威尔金斯和富兰克林——去攻克一个顿时不再是无从下手的难题。但是，已经如此接近答案的薛定谔却偏离了轨道。他认为这个大分子之所以能够成为遗传物质的载体，是由于他心爱的量子理论。而他对自己这个想法执迷的研究最后被证明是走进了一条死胡同。生命的秘密跟量子没有任何关系。关于生命的答案并不出自物理学。
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第一号染色体生命（2）
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1943年，在纽约，一位66岁的加拿大科学家奥斯瓦尔德·埃弗里（OswaldAvery），正在对一个实验进行最后的调整。这个实验将决定性地证实DNA是遗传的化学表现。这之前他已经发现，仅靠吸收一种化学溶液，一种肺炎菌就能从无害转变为有害。到了1943年，埃弗里已经总结出：发生了转变的东西就是DNA。但是他在发表自己结果的时候，表达得过于谨慎，以至于一段时间之内都没几个人注意到他的成果。在1943年5月写给他兄弟罗伊的信里，埃弗里也只比以前稍稍大胆了一点：
如果我们是正确的（当然，这一点还有待证明），那就意味着核酸（DNA）并不仅仅是结构上重要，而是功能上活跃的物质，能够决定细胞的生化活性与特性。那么，就有可能利用已知的化学物质去准确地改变细胞并使这种改变遗传下去。这是遗传学家长期的梦想。
埃弗里几乎已经走到这一步了，不过他仍然只是从化学的角度在思考。简·巴普提斯塔·冯·赫尔蒙特（JanBaptistavanHelmont）＇17世纪比利时化学家、生理学家、医生。——译者注＇在1648年说过：“一切生命都是化学。”但这只是一种猜想。1828年，弗雷德里克·维勒（FriedrichWohler）说：至少有些生命是化学。那时他刚用氯化氨和银的氰化物合成了尿素，从而打破了一直以来化学的世界与生物的世界之间不可逾越的界限。在他之前，尿素是只有生物体才能制造出来的东西。“生命就是化学”这句话是对的，不过也很煞风景，就像谁说足球就是物理一样。大概计算一下，生命可以说是三种原子的化学。生物体中98％的原子都是氢、氧和碳。但是，生命整体的特性，比如说遗传性，才有意思，而不是组成生命体的每一个零件。埃弗里想象不出来，是DNA的什么化学性质使它能够载有遗传性的秘密。这个问题的答案也不是从化学来的。
1943年，在英国布莱奇利（Bletchley），一位天才数学家艾伦·图灵（AlanTuring）正在眼看着他最有洞察力的一个想法在绝密环境下变成真实的机器。图灵论证过：数字能够自己进行运算。为了破解德国军队洛伦兹编码器的秘密，英国制造了一台建立在图灵理论上的计算机：克劳索斯。这是一台多功能机器，有可以修改的内存程序。当时没有人意识到图灵也许比任何人都更接近生命的秘密，图灵自己更是没想到。遗传，实际上就是一种可以修改的内存程序；新陈代谢就是多功能的机器。把两者连接起来的是一种密码，是以物理的、化学的，甚至是非物质的形式存在的一种抽象信息。它的秘密就在于它能够复制自己。任何能够利用这世界上的资源把这密码复制出来的事物，就是有生命的东西。这种密码最可能的存在方式是数码方式：一个数字，一个短程序，或是一个词。
1943年在新泽西州，一个有点与世隔绝的沉静的学者，克劳德·香农（ClaudeShannon），正在琢磨一个他几年前在普林斯顿（Princeton）＇指美国著名的普林斯顿大学。——译者注＇的时候想到的想法。香农的这个想法是说，信息和熵是一个硬币的两面，两者又都与能量有紧密的联系。一个系统的熵越小，它所含的信息就越多。蒸汽机之所以能够收集煤燃烧发出的能量并把它转化为旋转运动，是因为蒸汽机本身有很高的信息含量。人体也是如此。亚里士多德的信息理论与牛顿的物理学在香农的大脑中相遇了。像图灵一样，香农也根本没有想到生物学。但是香农这一深刻的想法，却比堆积如山的物理学与化学理论更接近于“什么是生命”这一问题的答案。生命也是数码信息，是用DNA写成的。
太初有“词”，这个词却不是DNA。DNA的出现，是在生命已经出现之后，在生物体已经把两种活动——化学反应与信息储存，新陈代谢与复制——分工进行之后。但是DNA一直存着这个“词”的一份纪录，在漫长的岁月里将其忠实地传递下来，直到今天。
想象一下显微镜下一个人类卵子的细胞核。如果有可能的话，你可以把23对染色体按大小重新排列一下，大的在左边，小的在右边。现在在显微镜下放大一下最左边的一根——纯粹是随意地，这根染色体被称为一号染色体。每一根染色体都有一条长臂和一条短臂，由一个被称为中心体的窄节所连接。如果你仔细地读，你会发现，在一号染色体的长臂上接近中心体的地方，有一串长约120个字母（A、C、G和T四种字母）的序列，重复出现了很多次。在每两个这种序列之间，是一些没有什么规律的“文字”，但这120个字母组成的“段落”却像一段耳熟能详的乐曲一样重复出现，总共出现了100次以上。阅读这种“段落”也许就是我们与最初的“词”最接近的时候。
这个短“段落”是一个小基因，它也许是人体内最活跃的一个基因。它的120个字母不断地被制成一小段RNA，称为5SRNA。它与其他一些RNA、一些蛋白质被仔细地缠在一起，住在一个名叫核糖体的结构里。核糖体是把DNA配方翻译成蛋白质的地方。而蛋白质又是使得DNA能够复制的东西。借用萨缪尔·巴特勒（SamuelButler）＇萨缪尔·巴特勒：19世纪英国小说家、讽刺作家、评论家。——译者注＇的风格，我们可以说：蛋白质就是一个基因用来制造另一个基因的手段，基因就是蛋白质用来制造另一个蛋白质的手段。厨师需要做菜的菜谱，而菜谱也需要厨师。生命就是蛋白质和基因这两种化学物质的相互作用。
蛋白质代表的是化学反应，是生命活动、是呼吸、是新陈代谢、是行为——生物学家们称为“表现型”的那些东西。DNA代表的是信息，是复制、是繁殖、是性活动——生物学家们称为“基因型”的那些东西。两者都不能单独存在。这是一个经典的“先有鸡还是先有蛋”的问题：是先有基因还是先有蛋白质？先有DNA是不可能的，因为DNA只是一件含有些数学信息的无生气的东西，不能催化任何化学反应，非得有其他东西帮忙不可。先有蛋白质也不可能，因为蛋白质虽然能进行化学反应，却不能精确地复制自己。这样看来，不可能是DNA创造了蛋白质，也不可能是蛋白质创造了DNA。如果不是最初的那个“词”在生命的纤维中留下了一点淡淡的痕迹，这个谜团也许会一直让人觉得奇怪和糊涂。正如我们现在已经知道的，蛋是在鸡出现之前很久就有了的（爬行类动物是所有鸟类的祖先，它们是下蛋的），现在也有越来越多的证据表明在蛋白质存在之前有RNA。
在当代，RNA是把DNA和蛋白质这两个世界联系起来的一种化学物质。它的主要作用是把信息从DNA语言翻译成蛋白质语言。但是，从它的行事特点看来，它几乎毫无疑问地是二者的祖先。如果DNA是罗马城，RNA则是希腊；如果DNA是维吉尔（Vivgil），RNA就是荷马。＇历史上，古希腊文明出现在罗马之前。荷马是古希腊诗人，以史诗闻名，被认为是对欧洲文学影响最大的人。维吉尔是罗马诗人，亦擅长史诗，对于欧洲文学的影响仅次于荷马。——译者注＇
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第一号染色体生命（3）
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RNA就是那个“词”。RNA留下了五条线索，使我�
