書名
基因社會(huì)
作者
（美）以太·亞奈（ItaiYanai） / （美）馬丁·萊凱爾（MartinLercher）
譯者
尹曉虹 / 黃秋菊
豆瓣
http://douban.com/book/subject/27078158/
目錄
前言
序 基因的社會(huì)規(guī)則
第一章 八步輕松演化成癌
第二章 你的對(duì)手定義了你
第三章 性有何用？
第四章 克林頓悖論
第五章 復(fù)雜社會(huì)中的隨性基因
第六章 猩人的世界
第七章 關(guān)鍵是你怎么用
第八章 剽竊、模仿和創(chuàng)新之源
第九章 陰影下那不為人知的生命
第十章 注定贏不過不勞而獲者
結(jié)語
致謝
拓展閱讀
第四章克林頓悖論
在1999年的白宮千年演講會(huì)中，人類基因組計(jì)劃的領(lǐng)導(dǎo)人之一埃里克·蘭德（EricLander）告訴白宮在場(chǎng)觀眾，地球上任意兩人的基因組有99.9%是完全相同的。克林頓十分重視這一看法。如果大家有99.9%是相同的——我們?yōu)槭裁床荒芎推较嗵幠兀?br>
但是，正如埃里克·蘭德所說，該觀點(diǎn)還有另外一面?；貞浺幌?，我們的基因組共有60億個(gè)字母。盡管0.1%聽起來很小，但這相當(dāng)于你的基因組與你鄰居的基因組間存在著600萬個(gè)字母的差別。
要想理解人與人互不相同的原因，我們需要仔細(xì)研究一下這0.1%的差異。你也許會(huì)記起，基因突變類似我們重新鍵入文件內(nèi)容時(shí)產(chǎn)生的某些意外的拼寫錯(cuò)誤一樣。最常見的拼寫錯(cuò)誤就是改變了基因組中的單個(gè)字母（或堿基）。這種單個(gè)字母差異十分常見，報(bào)告給克林頓的差異估值——那0.1%，就是基于這些拼寫錯(cuò)誤而來。
另一種拼寫錯(cuò)誤則是由插入或刪除某個(gè)或某些字母引起的。隨著人類基因組研究的逐漸深入，人們發(fā)現(xiàn)這類拼寫錯(cuò)誤比人們想象得更為常見。完整染色體區(qū)段——有時(shí)包含一個(gè)或多個(gè)完整的基因——其拷貝數(shù)目因人而異。
發(fā)現(xiàn)了這些廣泛存在的基因拷貝數(shù)變異（copynumbervariation）之后，不同個(gè)體之間基因組差異的比率上升了很多，達(dá)到了0.5%，即人與人之間存在3000萬個(gè)字母的差異。不知克林頓是否會(huì)繼續(xù)爭辯，稱人與人之間這3000萬個(gè)字母的不同不足以引起人類中如此頻繁的斗爭？我們將其稱為克林頓悖論：一方面，我們的基因組有99.5%是一致的；而另一方面，3000萬個(gè)字母的差異并非微不足道，也值得我們進(jìn)行更細(xì)致地探索。
身高、膚色、面部特征，這些大部分是可以遺傳的。許多讓你與眾不同的更細(xì)微的變異也存在于你的基因中。某些這類變異會(huì)讓我們?cè)诩膊∶媲坝胁煌憩F(xiàn)。
單個(gè)突變一般不算好也不算壞，突變的后果如何要依情況而定，例如，是否從父母雙方那里均遺傳了該等位基因，以及當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境狀況。
人體基因組中20000個(gè)基因的突變?yōu)榧膊〉漠a(chǎn)生提供了條件。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)6500多個(gè)突變基因與某些特定疾病有關(guān)。這些突變中的大部分并不一定會(huì)促成疾病的發(fā)展；如果確實(shí)促成了疾病發(fā)展，這些突變也會(huì)經(jīng)自然選擇快速地退出基因社會(huì)。
事實(shí)上，由于和環(huán)境及基因組中其他等位基因進(jìn)行了復(fù)雜的相互作用，這些基因突變只是略微增加了患病概率而已。正如癌癥的發(fā)展一樣，疾病出現(xiàn)癥狀前會(huì)有一系列復(fù)雜的步驟，僅憑一個(gè)基因突變一般無法引起疾病。
出入非洲
隨著基因組測(cè)序技術(shù)的逐步升級(jí)，測(cè)序自身基因組的價(jià)格也不再令人望而卻步了。但把自己的基因組從頭讀到尾并沒有多大意義，將自身的和另一個(gè)人的基因組字母序列進(jìn)行比較，并找尋差異，才會(huì)有更多收獲。
找到每個(gè)細(xì)小差異的作用確實(shí)不易，但這些差異的數(shù)量卻能為我們提供寶貴的信息。從克林頓悖論中，我們知道人與人之間存在3000萬個(gè)不同的字母（包括被刪除或復(fù)制的部分）。如果先將你和你兄弟姐妹的基因組進(jìn)行比對(duì)，然后再與你表親的基因組進(jìn)行比對(duì)，之后再與陌生人的基因組進(jìn)行比對(duì)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，差異數(shù)量是依次增加的。這并不令人意外——與陌生人比起來，我們本就和自己的近親更相像。兩個(gè)基因組的相似度越高，它們的共同祖先所生活的時(shí)代就距當(dāng)前時(shí)間越近，換句話說，就是它們的親緣關(guān)系越近。
想象一下，利用基因組相似性來建立家譜：將代表每一家庭成員的照片放在桌子上，用線將基因組最相似的兩個(gè)家庭成員連起來，然后將基因組相似度次之的兩位成員連起來，以此類推。將這一過程持續(xù)下去，直到畫出一個(gè)將所有人都連接起來的家譜。在根據(jù)基因組制成的家譜中，每個(gè)人都與自己的雙親相連。當(dāng)涉及到兄弟姐妹時(shí)，這一方法會(huì)更為復(fù)雜。因?yàn)檎绺改概c孩子一樣，兄弟姐妹的基因組中總有一半是相同的。若想找到兄弟姐妹在家譜中的準(zhǔn)確位置，則需要更仔細(xì)地研究他們基因組的字母序列。
在代代相傳的過程中，家族成員間的相似度會(huì)不斷降低。然而，作為人類大家庭中的一員，我們之間永遠(yuǎn)存在著大約99.5%的相似度。
由所有人類組成的家譜是怎樣的呢？逆著時(shí)間往上回溯，你會(huì)發(fā)現(xiàn)越來越多的遠(yuǎn)房親戚。往上一代，是你的父母雙親；往上兩代，是你的四位（外）祖父母，然后就是八位曾（外）祖父母，接著是十六位曾曾（外）祖父母，以此類推。如果照此推理下來，40代之前，你就會(huì)有一萬億個(gè)曾曾曾……曾（外）祖父母。
這一所謂的曾曾曾……曾（外）祖父母的數(shù)目高得離譜，是今天生活在地球上總?cè)丝跀?shù)的200倍。這是因?yàn)?，?dāng)你追溯到足夠久遠(yuǎn)的過去時(shí)，母方和父方的家族往往是同一群人。比如，如果你的祖父母在結(jié)婚前是堂兄妹，你只能將他們共同的祖父母（你的兩位曾曾祖父母）算一次。人類的歷史就是一張關(guān)系網(wǎng)，家系在其中分分合合。這一盤根錯(cuò)枝的家譜講述著我們祖先引人入勝的傳奇故事。
基因組反映出的親緣關(guān)系規(guī)律使得構(gòu)建一個(gè)連接全世界人的基因組家譜有了可能。這張家譜可以繪成許多不同精度的版本，但就我們的目的而言，我們只觀察根據(jù)最強(qiáng)的親緣關(guān)系信號(hào)繪制出的圖譜。
這個(gè)家譜所呈現(xiàn)的關(guān)系不僅僅反映了當(dāng)今世界人口的分布情況，還有其他作用。歸根到底，人類其實(shí)是基因組的運(yùn)輸工具。因此當(dāng)某個(gè)人或某群體搬到新地方后，他們保留了與自己故鄉(xiāng)的基因組相似性。不過，新基因突變的出現(xiàn)會(huì)慢慢將這種相似性沖淡。因此，我們基因組之間的相似性讓重建早期人口遷移史變?yōu)榱丝赡堋?br>
來自同一大洲的人們一般有著較為密切的親緣關(guān)系，但也存在一條例外：如果將分別來自兩個(gè)不同非洲種群中的兩人相互比較，他們之間存在的遺傳差異可能比來自不同大洲的人——比如韓國人和德國人，或阿拉斯加人和澳大利亞原住民——之間的差異還要大。
要理解為何如此，我們需要追溯到很久之前。我們基因組中的相似性規(guī)律顯示：解剖學(xué)上定義的現(xiàn)代人是在約40萬年前的非洲演化而來的。非洲大陸上的不同群體長期在彼此孤立的狀態(tài)下生活，從而分化成了多個(gè)基因組差異很大的種群。
之后，不到10萬年前，一小群人向北遷徙，穿越撒哈拉沙漠進(jìn)入了中東地區(qū)。與仍留在非洲的人們相比，遷徙的人群中彼此間相似度較高。遷徙者們攜帶的等位基因在如今非洲人仍攜帶的等位基因中只占一小部分，因此我們得知，這群遷徙者是由少數(shù)幾個(gè)大家族組合而成的。這段奇幻旅程可謂出奇的成功——他們的后代已在世界各地安家落戶。
由于這些人口遷移，非洲大陸之外的所有人（除了最近幾百年中離開非洲大陸的非洲人后裔）都是當(dāng)年穿越撒哈拉沙漠的幾個(gè)以狩獵和采集為生的小型群體的后代。那些留在非洲的人們的基因組保留了他們之間原始的差異，這也是為何非洲大陸上的基因組彼此間差異最明顯的原因。但是我們要記住，所有人類的基因組幾乎都是相同的。
細(xì)菌提供了更多基因組方面的證據(jù)，顯示出人類起源于非洲，之后再遷移到各地。
通過從不同地理區(qū)域的居民胃中分離幽門螺桿菌并比較其基因組，我們能夠重建這種細(xì)菌的“遷移”史。鑒于幽門螺桿菌和人類的密切關(guān)系，其基因組間的差異也類似于不同地區(qū)人類基因組間的差異。正如人類基因組一樣，距離非洲越遠(yuǎn)，幽門螺桿菌的遺傳差異也會(huì)越?。狠^非洲內(nèi)部不同區(qū)域的幽門螺桿菌基因組而言，所有非洲以外的幽門螺桿菌基因組之間的相似度更高。
幽門螺桿菌反映了人類大遷徙的過程：首先從撒哈拉沙漠以南的非洲地區(qū)穿過沙漠進(jìn)入中東，然后轉(zhuǎn)移到歐洲和亞洲，又從亞洲擴(kuò)散到澳大利亞、美洲，最終到達(dá)了太平洋群島地區(qū)。
嘗得到、看得見的演化
大部分遺傳變異并不能將不同民族區(qū)分開來。這樣一來，克林頓確實(shí)能從人類民族大團(tuán)結(jié)中找到些安慰：在人類基因組的差異中只有約15%能用于將人們分為不同種群——且僅限于在最近的演化過程中很少與外族進(jìn)行通婚的群體。有極少數(shù)的等位基因是某些人類種群所特有的。也就是說，該種群內(nèi)部所有成員在基因組中某位置的字母相同，而地球上其余所有人的該位置上都是另一個(gè)字母。
這類個(gè)別種群特有的等位基因大部分都和環(huán)境有關(guān)。膚色就是一個(gè)典型的例子，是適應(yīng)地理區(qū)域的一個(gè)重大表現(xiàn)。膚色是妥協(xié)的結(jié)果。
每個(gè)地區(qū)的最佳膚色深淺是可以用一個(gè)簡單的公式精確計(jì)算出來的。與計(jì)算結(jié)果的預(yù)測(cè)一致，不同版本的膚色基因主宰著不同地區(qū)的基因社會(huì)。
由于自然選擇是一個(gè)緩慢的過程，你的膚色也許并不能反映出你目前所在地區(qū)的紫外線輻射強(qiáng)度。你的膚色只能反映出你的祖輩們所經(jīng)受的紫外線輻射。
消化牛奶的能力是基因組變異區(qū)分人群的又一示例。
人類歷史中的大部分時(shí)間里，人們只在幼兒早期攝入奶類。孩子斷奶后，乳糖酶基因就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，停止生產(chǎn)。在靠狩獵和采集為生的時(shí)期，人類攝入的主要是植物類食物，并輔以肉類或魚類。因此，在過去幾千年中，當(dāng)哺乳行為停止后，關(guān)閉乳糖酶生產(chǎn)以保存身體資源的方式是十分合理的。
要移除在嬰兒期后關(guān)閉乳糖酶基因的開關(guān)，只需要替換該基因控制元件（control element）中的一個(gè)字母即可。乳糖不耐癥一般在6歲之后才會(huì)出現(xiàn)癥狀，這一年齡比從前狩獵采集時(shí)代的斷奶時(shí)間要稍延后一些。
不難想象，在早期的部落里，人們天生便是不耐受乳糖的。當(dāng)部落有了馴養(yǎng)的牛群后，若有一個(gè)女孩基因組中的乳糖酶分子開關(guān)上發(fā)生了隨機(jī)的基因突變，那么她就獲得了巨大的優(yōu)勢(shì)。她在6歲之后依然具有乳糖耐受力，因此她多了一個(gè)寶貴的食物來源。這意味著她有更大的概率在缺少食物的時(shí)候存活下來，也意味著更不容易出現(xiàn)營養(yǎng)不良的相關(guān)癥狀。由于具有這項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，她很可能會(huì)比其他女性產(chǎn)下更多的孩子。
以演化的時(shí)間尺度來看，10000年前馴養(yǎng)牛群只是不久前的一件事情。我們目前掌握了十分有說服力的證據(jù)，證明乳糖耐受力是在3000～4000年前才出現(xiàn)在歐洲的。
今天，人們認(rèn)為乳糖不耐是一種缺乏癥，這多少有些諷刺——實(shí)際上，在大部分人類歷史中，乳糖不耐才是正常狀態(tài)。如果你有乳糖不耐癥，這僅僅說明你的一個(gè)等位基因在基因社會(huì)中慢慢變得過時(shí)了。
幸運(yùn)基因
導(dǎo)致膚色不同或乳糖耐受力不同的遺傳變異正是克林頓所擔(dān)心的那一類，它們能將人們明顯區(qū)分開來。這些特質(zhì)的演化彰顯了自然選擇的力量，但它們其實(shí)屬于例外情況。人與人之間存在的3000萬種差異中，絕大多數(shù)并不是由于適應(yīng)不同環(huán)境而產(chǎn)生的。
你和鄰居之間的3000萬個(gè)差異中大部分對(duì)你們并無影響。在染色體中，為了共同利益而合作構(gòu)建及控制人體的基因是間隔分布的，起間隔作用的正是不參與構(gòu)建及控制人體的DNA長片段。那3000萬個(gè)差異中的大部分就分布在基因之間的這些DNA長片段上。
這些差異的影響較小的另一原因在于基因組“有用”部分的編碼方式頗為寬容，即使出現(xiàn)拼寫錯(cuò)誤也能被正確讀取——這在第二章中有所提及。此外，基因組并沒有確定的“空格鍵”，用于分隔基因組重要部分的區(qū)域可以是任意字母序列。最后，人與人之間的大多數(shù)差異實(shí)際上是基因組其他已有部分的重復(fù)。
如果基因組中的突變并沒有功能意義，為何不干脆消失呢？其實(shí)，這種突變之所以可以在基因組中留存下來，靠的僅僅是偶然性。
果蠅實(shí)驗(yàn)所顯示的是：最終總有一個(gè)等位基因會(huì)勝出。在基因社會(huì)中，兩種具有同等功能的等位基因長期并存的現(xiàn)象是十分罕見的。當(dāng)我們?cè)谀撤N群中發(fā)現(xiàn)某個(gè)基因突變時(shí)，我們實(shí)際捕捉到了演化過程的某一瞬間——這個(gè)等位基因的命運(yùn)還未塵埃落定，但它最終要么會(huì)滅絕，要么會(huì)成為主宰。
一個(gè)關(guān)鍵的問題在于了解每個(gè)等位基因在基因社會(huì)中的普遍程度——即攜帶每種等位基因版本的基因組在種群中所有基因組中所占的比例?；蛏鐣?huì)中的大部分基因變異只不過是生命旅途中的隨機(jī)波動(dòng)而已。
非洲的基因?qū)殠?/h2>
針對(duì)人類遺傳學(xué)的研究一般致力于囊括遺傳背景各異的個(gè)體。正如本章前文所述，如果我們轉(zhuǎn)而從非洲不同人群中選取基因組進(jìn)行對(duì)比，涵蓋的基因多樣性會(huì)更大。
非洲內(nèi)部的遺傳多樣性整體上高于非洲以外的地區(qū)。
超越基因
為了進(jìn)行更明智的討論，我們必須知道，基因社會(huì)中很容易出現(xiàn)歧視。想一想綠胡須效應(yīng)（green beard effect）吧。想象一個(gè)帶有基因突變的等位基因，它會(huì)引起兩個(gè)后果：遺傳了突變等位基因的人會(huì)長出綠胡須；他們會(huì)幫助同樣長有綠胡須的人們。只要這種幫助在施助者損失較小的情況下讓受助者有較大獲益——適用于大多數(shù)情況下的合理假設(shè)——這種行為將會(huì)增加綠胡子等位基因的適合度：盡管受益者和慷慨解囊者并非同一人，這種行為還是利大于弊的。當(dāng)然，我們可以把綠胡子換成任何由特定等位基因?qū)е碌拿黠@性狀。
威廉·唐納·漢密爾頓（W.D.Hamilton）是20世紀(jì)最偉大的理論生物學(xué)家之一，綠胡子理論正是他所提出的（而理查德·道金斯定下了該理論的名稱，也將這種概念發(fā)揚(yáng)光大）。漢密爾頓研究了社會(huì)行為的演化，將綠胡子理論進(jìn)行推廣，認(rèn)為利他主義——損己利人的行為，如果其對(duì)象并非種群中的一般人，而是與我們自身有著緊密親緣關(guān)系的人，那么這種行為對(duì)我們的基因其實(shí)是有好處的。我們之所以更支持自己的孩子、兄弟姐妹和親戚，原因也就在此。
與這一看法相對(duì)立的是存心傷害——損人不利己的行為，如果承受苦果的人與我們的親緣關(guān)系較一般人還要遠(yuǎn)，那么這種行為會(huì)對(duì)我們的基因有益。這是因?yàn)?，這類惡意行為將與我們等位基因差別較大的等位基因置于不利之地，這樣相比之下，就讓我們的近親有了更大優(yōu)勢(shì)；此外，這樣一般也提高了我們自身等位基因的勝算。這就是種族歧視的一般理論基礎(chǔ)：對(duì)那些與我們等位基因不同的人的怠慢，就是對(duì)我們自身等位基因的優(yōu)待。盡管人們已經(jīng)在螞蟻、黏菌、真菌內(nèi)發(fā)現(xiàn)了綠胡子基因，但卻尚未在人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)這類“種族歧視基因”。在有文字可考的歷史中，種族歧視比比皆是，這也說明這種歧視的存在不無原因。這種原因很有可能在于：自然選擇偏向于綠胡子基因這類變異。有一個(gè)有趣的猜測(cè)：這類變異不一定是遺傳性的，也有可能是文化上的。適用于遺傳變異的自然選擇法則也適用于文化變異：如果某文化變異可以影響其種群后代的數(shù)量，并且后代會(huì)繼承前人的文化，那么“適合度更高的”變異的出現(xiàn)頻率會(huì)增加。
以此看來，克林頓的想法是錯(cuò)的：即便我們之間存在99%以上的相同之處，但無論從理論還是歷史來看，少數(shù)自私基因（甚至是自私的想法）都足以支持我們種族歧視的行為。這種現(xiàn)象不僅發(fā)生在人類身上。當(dāng)獾患上肺結(jié)核后，它們會(huì)離開其原來的群體（與它們血緣較近的親屬）轉(zhuǎn)而到鄰近的群體（與它們血緣關(guān)系較遠(yuǎn)的同族）中去，從而感染了“外人”。
能將我們和獾區(qū)分開的是，我們不只聽命于自身基因。我們可以將理想放在等位基因之上，我們不只是自身基因的簡單加和。
我們發(fā)現(xiàn)，在自然選擇面前，許多等位基因與其競爭對(duì)手相比并無優(yōu)勢(shì)，因此，這些等位基因的命運(yùn)全憑隨機(jī)性擺布。
第五章 復(fù)雜社會(huì)中的隨性基因
嘿，豌豆
今天，格雷戈?duì)枴っ系聽枺℅regor Mendel，1822—1884）被譽(yù)為遺傳學(xué)之父，但是他的研究直到1900年才被學(xué)界認(rèn)可。
孟德爾突破性的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著遺傳學(xué)的開端。
連坐
孟德爾發(fā)現(xiàn)，在異花授粉雜交的植物中，可遺傳性狀并不像當(dāng)時(shí)人們所想的那樣是雌株和雄株的混合體。例如，種子非黃即綠，而并非是兩種顏色混出的中間色。這意味著，基因和性狀之間存在著簡單的一對(duì)一關(guān)系。從理論上講，生物學(xué)家因此可以將注意力集中在任何單個(gè)性狀上，并找到導(dǎo)致這一性狀的基因和等位基因。按照這個(gè)理論，每個(gè)可遺傳特征都對(duì)應(yīng)著某一基因：一個(gè)負(fù)責(zé)鼻子上的包，一個(gè)負(fù)責(zé)發(fā)色，一個(gè)負(fù)責(zé)食指的長度。同理，每種遺傳病都是由某種單個(gè)基因突變引起的。
然而實(shí)際情況要復(fù)雜得多。我們已知，對(duì)大部分遺傳病來說，病因并非某個(gè)基因上的突變，但少數(shù)遺傳病確實(shí)可以歸因到單個(gè)基因的突變。
為了檢測(cè)一系列疾病，人們進(jìn)行了數(shù)以百計(jì)的全基因組關(guān)聯(lián)分析?？梢哉f，大部分疾病是受許多個(gè)基因影響的。此外，由于大部分與疾病相關(guān)的變異在一些健康人體內(nèi)也同樣存在，所以等位基因間的交互也許確實(shí)十分重要，而等位基因和環(huán)境間的交互也是如此。
即便是那些經(jīng)過數(shù)年研究的疾病，每對(duì)其進(jìn)行一次全基因組關(guān)聯(lián)分析，就會(huì)發(fā)現(xiàn)更多之前未曾注意的基因和交互作用。因此，針對(duì)遺傳病的研究表明，為了某項(xiàng)機(jī)能的正常運(yùn)作，多個(gè)不同基因必須按復(fù)雜的規(guī)律統(tǒng)一協(xié)作。
忒修斯之船
我們的身體是一部十分復(fù)雜的機(jī)器，其運(yùn)行的大部分程序都十分煩瑣，僅靠某單個(gè)基因生產(chǎn)的蛋白質(zhì)無法完成。
每種化學(xué)反應(yīng)都由不同的酶（enzyme）所控制。酶是一種可以加快（催化）化學(xué)反應(yīng)的特殊蛋白質(zhì)。如果沒有酶的作用，這些化學(xué)反應(yīng)將會(huì)進(jìn)行得很慢。每種酶的效果高度依賴于同一過程中其他酶的正常運(yùn)作：如果之前的任何一步出現(xiàn)偏差，酶的催化反應(yīng)將無法進(jìn)行；如果接下來的幾步中有一步出現(xiàn)故障，酶的產(chǎn)物會(huì)不斷積累，經(jīng)常導(dǎo)致不良后果。
所有組織身體和維系身體的過程無一不需多個(gè)基因的協(xié)作。從許多方面來看，為了更好地理解基因社會(huì)，基因之間的互動(dòng)較單個(gè)基因自身而言更為重要。想一想忒修斯之船的問題。許多古希臘哲學(xué)家都曾討論過這一問題，而法國遺傳學(xué)家安托萬·當(dāng)尚（Antoine Danchin）則將這一問題應(yīng)用到了基因互作中。在忒修斯之船上，每過幾年就會(huì)有一塊腐朽的木板需要更換，直到將船上所有的木板全部換掉為止。
這艘船的所有部分都已經(jīng)有過更換，那么這艘船還是原來那艘船嗎？當(dāng)然是的！最重要的不是船上的各個(gè)木板，而是這些木板共同組成了一艘船。各個(gè)木板并非因其木質(zhì)屬性而特殊，而是因其在船體設(shè)計(jì)中的不同位置而相互有別——換句話說，與其相接的木板決定了其特點(diǎn)。
重點(diǎn)在事物之間的關(guān)系上，而非事物本身。同理，我們必須研究每個(gè)基因與其他基因在功能上的相互作用，才能明白每個(gè)基因的重要性。盡管人類只有20000個(gè)基因，但這些基因間相互作用的數(shù)目卻要比20000個(gè)多得多。
基因共同合作以完成膚色控制或代謝途徑等功能時(shí)，異位顯性在其中起作用——正如前文所提到的，異位顯性使得一組基因中任一個(gè)突變后都會(huì)導(dǎo)致同一疾病一樣。除此之外，單個(gè)基因可以引起多種影響，這種性質(zhì)稱為基因多效性（pleiotropy）。由于基因多效性，單個(gè)基因上出現(xiàn)的突變會(huì)影響到多個(gè)看上去互不相關(guān)的機(jī)能，引發(fā)遺傳綜合征，即同時(shí)出現(xiàn)與特定疾病相關(guān)的多重性狀或畸形。
我們發(fā)現(xiàn)，許多遺傳綜合征是符合孟德爾遺傳學(xué)的，這表明單個(gè)基因可以影響多種生理過程。單個(gè)基因突變引發(fā)一系列癥狀的情況也并不鮮見，共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張癥這種遺傳綜合征就是其中一例。
酶是用以催化化學(xué)反應(yīng)的蛋白質(zhì)，為其編碼的基因常常是十分“隨便”的，即這些酶可以分解不同的分子——這是一種特殊的基因多效性。
如果某基因具有多種功能，那么該基因的不同突變也許會(huì)分別影響其某項(xiàng)功能，以看似互不相干的方式影響人們的身體健康。
“隨便”的細(xì)菌團(tuán)隊(duì)
基因組既構(gòu)成了人體，也管控著人體。人體是由數(shù)百種細(xì)胞所組成的生物體。這些細(xì)胞以無數(shù)種形式進(jìn)行互動(dòng)，但我們卻仍未完全了解這些互動(dòng)。人們?nèi)栽谂Ψ治觥半S便”行為（基因多效性）和團(tuán)隊(duì)合作（異位顯性）是如何影響基因活性的。大腸桿菌（E.coli）應(yīng)該是世界上被研究得最透徹的生物了，它們的基因組比人類的簡單得多。通過研究大腸桿菌的基因組，我們得以一窺基因互作的圖譜。
大腸桿菌十分簡單，因此也較易于研究，許多分子生物學(xué)方面基本的發(fā)現(xiàn)都是在大腸桿菌中做出的。由于大腸桿菌的基因組只包含約4000個(gè)基因，人們因此得以推斷和描繪出其基因組的大多數(shù)部分，并弄清這些部分的協(xié)作原理。除了這些發(fā)現(xiàn)以外，對(duì)于大腸桿菌的研究也證明了生物學(xué)遠(yuǎn)未達(dá)到探明一切的階段：即便是在這種簡單的細(xì)菌中，仍有約三分之一的基因其功能是未知的。
靈丹妙藥
醫(yī)生總是根據(jù)臨床治療的療效來開處方，也就是說，若有一個(gè)治療方案在一般情況下比過去的其他療法療效更好，那么醫(yī)生就會(huì)選擇這種治療方案。這是一種有瑕疵的科學(xué)——我們每個(gè)人基因組中的等位基因都有著獨(dú)特的組合方式，因此，每個(gè)人的病因和藥物反應(yīng)都不相同。對(duì)于診斷與治療來說，并不存在通用的方法。
也許有一天，我們會(huì)找出每種重大疾病背后的一組組基因。到那時(shí)，醫(yī)生可以根據(jù)人們的基因組計(jì)算出其患各種疾病的概率，比如，你38歲之前患偏頭痛（migraine）的可能性。然而，由于基因社會(huì)中充滿復(fù)雜且“隨便”的相互作用，出現(xiàn)這種全能型基因組藥物的概率微乎其微。
在接下來幾年，醫(yī)生還是會(huì)繼續(xù)使用傳統(tǒng)療法。雖然這對(duì)于我們的健康和壽命來說這也許并非是最優(yōu)選擇，但卻會(huì)有益于我們的精神狀態(tài)。預(yù)知并非全然有益，有時(shí)也是一種負(fù)擔(dān)。如果醫(yī)生告訴你，你有82%的概率會(huì)在某具體年齡前患上某種重大疾病，但卻沒有治療良方，那么這種信息對(duì)你來說其實(shí)毫無用處，甚至使情況更糟。在未來較長的一段時(shí)間內(nèi)，對(duì)基因信息的獲取和使用會(huì)使我們面臨一個(gè)充滿重大道德問題和哲學(xué)問題的困境。
第六章 猩人的世界
人類基因組是由46條染色體組成，也就是兩套23條染色體，分別來自我們的父母雙方。黑猩猩的染色體數(shù)量略有不同，有兩套各24條染色體。難道黑猩猩與人類差異如此之大，它們有一條人類沒有的染色體嗎？不是的。我們的2號(hào)染色體在黑猩猩基因組里是由兩條較小的染色體組成的。
大約600萬年前，人類與黑猩猩有著同一祖先。因此二者之間基因組結(jié)構(gòu)的不同有兩種可能的緣由：要么黑猩猩里有一條來自其類人祖先的較大染色體在演化中發(fā)生了斷裂；要么人類里有兩條來自其類猿祖先的較小染色體在演化中彼此融合了。
我們現(xiàn)在已知，造成人類與黑猩猩基因組結(jié)構(gòu)差異的是融合而不是斷裂。
人類與黑猩猩的共同祖先有一套類似黑猩猩和其他猿類的染色體組合，但是在人類演化的過程中，有兩條染色體融合在一起并形成了人類今天的2號(hào)染色體。
染色體呈奇數(shù)就無法組對(duì)，這會(huì)嚴(yán)重破壞生產(chǎn)精子所需的減數(shù)分裂（meiosis）這種依靠概率來保證公平的體系。大多混種動(dòng)物都不具有生育能力。其實(shí)混種生物能活下來的情況本身就很少見，但即使這樣它們一樣不能生育。
變化不定的基因組
我們有充分的理由相信，即使染色體沒有融合而形成人類2號(hào)染色體，猩人也是不可能存在的。從最基本的層面上來說，阻礙猩人存在的因素是物種種類的實(shí)質(zhì)：基因社會(huì)。在這個(gè)社會(huì)里，基因與其各種不同的等位基因（allele）相互自由組合，但只有極少數(shù)情況下才會(huì)和其他物種的基因社會(huì)混在一起。
如前文所述，一個(gè)特定的基因組不過是等位基因的短暫組合。假設(shè)穿越到121年后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)那時(shí)候的人類基因組與現(xiàn)在的人類基因組完全不同。一個(gè)人和他擁有的基因組會(huì)消逝，但是等位基因作為基因社會(huì)的成員，卻會(huì)一直存留。但隨著時(shí)間的推移，這些基因也會(huì)發(fā)生變化。
基因突變會(huì)產(chǎn)生新的等位基因。在不斷演化的過程中，新的等位基因有時(shí)可能會(huì)超越原先的等位基因而占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著全新的基因不時(shí)加入，無法適應(yīng)快速變化的世界，更談不上貢獻(xiàn)自己力量的舊基因便會(huì)被淘汰。即使整個(gè)基因社會(huì)——包括一個(gè)物種的所有基因及其等位基因——比單個(gè)個(gè)體基因組中的等位基因要穩(wěn)定得多，基因社會(huì)還是會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生變化——演化就這樣發(fā)生了。
基因社會(huì)或許是由于環(huán)境而改變，但是即使基因社會(huì)不需要適應(yīng)新環(huán)境，它一樣會(huì)演化。我們已經(jīng)知道這個(gè)原理。當(dāng)父親的精子和母親的卵子結(jié)合形成新生命的基因組時(shí)，會(huì)發(fā)生新的基因突變，從而產(chǎn)生新的等位基因。這些新的等位基因中，有的和人類已有的等位基因一樣，有的是曾經(jīng)出現(xiàn)過后又被淘汰的，有的干脆就是全新的等位基因。
由于有性生殖的作用，隨著時(shí)間的推移，單個(gè)等位基因無法在基因社會(huì)里一直保持同樣的出現(xiàn)頻率，而是在不同代中或高或低地浮動(dòng)。從長期來看，這就是我們所說的演化。演化是在基因社會(huì)這個(gè)層面上發(fā)生的，而不是發(fā)生在任何特定個(gè)體中的?；蛏鐣?huì)是等位基因互相競爭的競技場(chǎng)。
基因社會(huì)的演化速度應(yīng)該相當(dāng)快，因?yàn)槊看硕加袩o數(shù)新突變，由此產(chǎn)生的一些新等位基因會(huì)取代基因社會(huì)里其他的等位基因。突變率同樣受遺傳調(diào)控，基因社會(huì)在過多突變和過少突變之間保持平衡。
突變會(huì)帶來麻煩，但卻是必不可少的。個(gè)體不付出，社會(huì)就沒進(jìn)步。
每一次改變首先都是以突變的形式出現(xiàn)的，無論是在我們?nèi)祟惖淖嫦壬砩?，還是猿類的祖先身上，都是如此。
人類與黑猩猩間的大多數(shù)差異很可能都是偶然發(fā)生的，然而，有時(shí)一個(gè)新的等位基因可以讓攜帶者占優(yōu)勢(shì)，那么自然選擇會(huì)加快其在種群中的傳播。突變逐個(gè)產(chǎn)生，最終會(huì)使兩個(gè)物種之間的差異越來越大。兩個(gè)物種一點(diǎn)點(diǎn)地分離，雖然速度很慢，但確實(shí)越來越不一樣了。
卡住鎖的鑰匙
長期分離而再次相遇的種群通?？梢猿晒Ψ毖芟乱淮?。分隔時(shí)間越長，兩個(gè)基因社會(huì)的差異越大，要使它們彼此重新融合也就更困難。
繁衍有生育能力的下一代并不是一件絕對(duì)的事。分開的時(shí)間越長，風(fēng)險(xiǎn)越大，直到兩者再也無法孕育出可以存活的下一代。這兩個(gè)分開的群體不再僅僅是彼此分隔的不同種群（population），它們已經(jīng)成為兩個(gè)不同的物種（species）。
達(dá)爾文將他具有革命意義的著作命名為《物種起源》，但他當(dāng)時(shí)并沒有足夠的信息來了解新的物種是如何產(chǎn)生的。如今，我們知道基因社會(huì)是這一過程的核心。大多數(shù)的基因組變化是在隨機(jī)過程中發(fā)生的，我們?cè)诘谒恼路Q之為“漂變”。
關(guān)于基因組的變化，有一項(xiàng)重要的聲明：基因的每個(gè)變化絕不可傷害其攜帶者。若某個(gè)突變對(duì)其攜帶者有害，那么它將很快從基因社會(huì)里消失。換句話說，每一個(gè)沒被立即淘汰的新突變都要能夠與其他基因現(xiàn)存的等位基因彼此兼容。但是一旦某個(gè)突變變得普遍，以后新的突變就需要和現(xiàn)在的新基因社會(huì)——包括此前出現(xiàn)并變得普遍的這個(gè)突變——相兼容。
因此，基因突變的積累有一個(gè)歷史過程。某一特定突變的傳播有可能促進(jìn)或阻止新突變的崛起。要想了解為什么不可能存在猩人，就要知道很重要的一點(diǎn)：種群在演化中積累了一系列變化，這些變化可彼此兼容，但這不一定與該種群祖先的基因版本兼容，而這些變化與同時(shí)發(fā)生在其他種群身上的變化就更不可能相兼容了。
演化的結(jié)果有賴于基因社會(huì)的分子歷史。如果再現(xiàn)大自然的演化過程，幾乎可以肯定的是，演化結(jié)果在細(xì)節(jié)上是不同的。畢竟，每一段演化進(jìn)程都有著隨機(jī)性的作用。因此，當(dāng)兩個(gè)各自獨(dú)立演化的種群首次結(jié)合時(shí)，混亂是不可避免的：不同基因社會(huì)的成員已經(jīng)不知道該如何相互作用了。
一次感人至深的合家團(tuán)聚
人類和黑猩猩那4%的差異應(yīng)該是均勻分布在染色體上的：所有的染色體以同樣的速度積累基因突變，但是由于Y染色體“無性”，即不與其他染色體交換片段，所以它被排除在外。
然而我們進(jìn)一步觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，那4%的差異并不是均勻分布的——人類和黑猩猩的X染色體含有的不同點(diǎn)比其他染色體大約少20%。且這種情況只存在于人類和黑猩猩的比較中。如果將人類和大猩猩的基因組相比較，所有染色體，包括X染色體，基因突變的數(shù)目都更小。
人類和黑猩猩兩個(gè)譜系在分開許久之后，兩者間極可能還交配繁殖過，那時(shí)雙方的基因組中就已經(jīng)積累了我們今天所見的大量差異。我們可以將那時(shí)候的它們看成是早期人類和早期黑猩猩，雖然它們雙方很可能都有和它們的共同祖先一樣的染色體數(shù)量——2乘以24條。雙方成員之間的交配使得黑猩猩基因融入了人類血統(tǒng)，或者反過來，人類基因融入了黑猩猩血統(tǒng)。
如果在使自身基因組融入人類血統(tǒng)的黑猩猩中，雄性和雌性同樣多，那么X染色體上的混種區(qū)域應(yīng)該和其他染色體上同樣多。但如果進(jìn)入早期人類社會(huì)的只有黑猩猩中的雌性，那情況就不一樣了：所有影響人類基因社會(huì)的交配都發(fā)生在黑猩猩雌性和人類男性之間。因此，它們女兒的基因組就正好是半猿半人；它們的兒子將會(huì)從父親那里繼承人類的Y染色體，從母親那里繼承黑猩猩的X染色體。人類的Y染色體上不會(huì)有黑猩猩母親基因的痕跡；但是因?yàn)楹⒆訌漠惙N通婚那里繼承的X染色體中有三分之二來自黑猩猩母親，所以人類的X染色體就會(huì)比其他染色體留存更多異種通婚的痕跡，即使經(jīng)歷多代后依然如此。
人類祖先和尼安德特人能成功繁衍下一代，這說明當(dāng)時(shí)二者并不是兩個(gè)獨(dú)立的物種。尼安德特人也是人類：他們有自己的部落，且獨(dú)立生活了很長一段時(shí)間，不過時(shí)間沒有長到讓他們積累太多的突變，因此他們的基因社會(huì)與我們的尚能兼容。
比性更好
除非你是近代非洲后裔，要不然你的基因組里就會(huì)含有古人類種族的等位基因。但是你的基因組中不會(huì)有其他物種的基因，比如現(xiàn)代黑猩猩、大猩猩或者紅毛猩猩的基因：正是因?yàn)椴豢赡艽嬖谶@種異種通婚，所以它們才是和我們不同的物種。
性的作用決定著種類：如果你的基因組能和另一個(gè)基因組融合，并產(chǎn)生沒有明顯的問題的后代，那么你們兩個(gè)屬于同一物種，你們的基因同屬一個(gè)基因社會(huì)。
即使是在無性的情況下，我們依然可以將“物種”定義為內(nèi)部成員能融洽共處的一個(gè)團(tuán)體，這種定義對(duì)細(xì)菌仍然適用。
性的本質(zhì)是混合基因組，使得基因社會(huì)的等位基因在每一代中形成新的聯(lián)盟。細(xì)菌可以通過無性方式形成這種新聯(lián)盟。
在動(dòng)物的有性生殖中，同源重組（homologous recombination）要求細(xì)胞機(jī)器能在兩個(gè)來自父親和母親的配對(duì)染色體里識(shí)別出彼此對(duì)應(yīng)的區(qū)域。在細(xì)菌里的類似過程中，這個(gè)要求同樣適用：外來DNA要想融入細(xì)菌基因組，則其兩側(cè)的字母片段要能近乎完美地與細(xì)菌自身染色體中對(duì)應(yīng)的字母片段配對(duì)。
細(xì)菌的物種定義由此有了一個(gè)極其簡單的解釋：當(dāng)兩個(gè)細(xì)菌基因組的配對(duì)部分相似度達(dá)到99.5%，那么它們就可以成功重組。這些細(xì)菌的基因同屬于一個(gè)基因社會(huì)，因此這些細(xì)菌屬于同一種類。從人類到細(xì)菌，令每個(gè)物種與其近親物種區(qū)別開來的遺傳差異數(shù)目都在同一個(gè)數(shù)量級(jí)上——考慮到同源重組在性這一過程中起著核心作用，這一現(xiàn)象也許并非偶然。
要性，不要戰(zhàn)爭
從尼安德特人的角度來看，人類走出非洲的遷移屬于入侵。現(xiàn)代人類則極可能將尼安德特人視為威脅，至少也是食物和房屋的可惡競爭者。多次交手之后，我們的祖先有可能想殺掉尼安德特人。如果真是這樣，那他們可是非常利落，因?yàn)槿缃癜l(fā)現(xiàn)的尼安德特人骸骨中，距今最近的也來自至少40000年以前。
但是和近代的入侵一樣，有些現(xiàn)代人類和尼安德特人之間發(fā)生了性關(guān)系，而非戰(zhàn)爭。如此一來，尼安德特人的遺傳基因便牢牢地嵌入了現(xiàn)代人類的基因社會(huì)中。類似的情況遍布世界，例如，也有基因組證據(jù)顯示丹尼索瓦人和尼安德特人之間發(fā)生過性關(guān)系。
基因社會(huì)一直在不斷演化。當(dāng)一個(gè)基因社會(huì)分裂成兩個(gè)時(shí)，這兩個(gè)基因社會(huì)將不可避免地漸行漸遠(yuǎn)，無法挽回。倘若一個(gè)物種要演化出一項(xiàng)新的天資，比如更大的大腦，它不一定需要新的基因，它可以改變對(duì)同一個(gè)基因的調(diào)控方式——和產(chǎn)生新基因的方式相比，改變調(diào)控方式導(dǎo)致的變化要常見得多。
第七章 關(guān)鍵是你怎么用
大聲表達(dá)
FOXP2基因給予了人類說話的能力，但是其他哺乳動(dòng)物或者鳥類同樣擁有這種基因，卻并沒有說話的能力。FOXP2 是一種“隨便”的基因，它在所有哺乳動(dòng)物和鳥類的胚胎器官發(fā)育中扮演多重角色。
答案不在于FOXP2 是什么，而在于它是如何發(fā)揮作用的。FOXP2 作為管理者的同時(shí)也是被管理者。其他管理者事先預(yù)定好了一套人體內(nèi)的時(shí)間和地點(diǎn)，合適的時(shí)候就啟動(dòng)FOXP2 。比如在肺和腸道的發(fā)育過程中，F(xiàn)OXP2 就會(huì)被啟動(dòng)。
與黑猩猩和其他猿類的FOXP2 基因不同，人類的FOXP2 在大腦中一個(gè)名為“X區(qū)域”（area X）的特殊區(qū)域是非常活躍的。神經(jīng)學(xué)家認(rèn)為該“X區(qū)域”負(fù)責(zé)語言。人類的基因社會(huì)似乎并不需要新成員來促進(jìn)語言的使用。語言的出現(xiàn)是由于管理發(fā)生了改變而不是接收了新基因成員。
鳥類不會(huì)說話，但是從某種程度上講，鳥鳴對(duì)于鳥類而言就相當(dāng)于人類的語言。鳥鳴比簡單的鳴叫要長得多，也復(fù)雜得多。它與求偶和交配行為都有密切聯(lián)系。鳥鳴有自己的語法，從其表達(dá)的多樣性和規(guī)律的節(jié)律來看，鳥鳴的結(jié)構(gòu)與人類的音樂類似。很多鳴禽的鳴唱至少有一部分是從父輩那里學(xué)到的，從而發(fā)展出了當(dāng)?shù)伉B類特有的“方言”——這與人類語言的發(fā)展類似。
大腦理論
在解釋黑猩猩和人類之間的差異時(shí)，管理方式的改變似乎并非特例，而是極為常見。事實(shí)上，沒有任何一個(gè)基因是人類或黑猩猩獨(dú)有的。此外，人類和黑猩猩中由于基因的差別而導(dǎo)致的氨基酸序列差異其實(shí)很小，對(duì)蛋白質(zhì)功能的影響并不大。實(shí)際上，在人類和黑猩猩中，管理者基因及執(zhí)行者基因幾乎是一樣的，但是管理者基因發(fā)出的指示是不同的。
人類每個(gè)細(xì)胞的基因組包含20000個(gè)基因，由此產(chǎn)生了各種各樣數(shù)不勝數(shù)的基因組活動(dòng)。簡而言之，一個(gè)細(xì)胞能打開或關(guān)閉它的每個(gè)基因：每個(gè)基因要么被讀取并生產(chǎn)蛋白質(zhì)，要么不被讀取并保持休眠狀態(tài)。實(shí)際上，基因組活動(dòng)有著無窮個(gè)不同的可能狀態(tài)，盡管并不是所有狀態(tài)都是可行的。想象一下電路——同樣的電阻和電容以一種方式被綁在一起可以發(fā)出火災(zāi)警報(bào)，以另一種方式則可以形成一個(gè)無線電。
人體內(nèi)各種細(xì)胞的功能都是由該細(xì)胞中基因活動(dòng)的模式?jīng)Q定的。盡管所有細(xì)胞實(shí)際上都擁有一套相同的基因，但并非所有的基因在任何時(shí)候都處于“打開”狀態(tài)。例如，某種特定的肝細(xì)胞會(huì)有它自己的開/關(guān)設(shè)置：只有這種肝細(xì)胞所需的基因會(huì)被開啟，其他的基因都處于關(guān)閉狀態(tài)。通過改變管理模式，即對(duì)于哪些基因該開啟、哪些該關(guān)閉的具體設(shè)置，人類的基因組編碼了人體多種不同類型的細(xì)胞。從理論上來講，基因組能夠控制的細(xì)胞類型比人體內(nèi)已有的還要多得多，因此，通常沒有必要?jiǎng)?chuàng)造新基因。
要比較人類和黑猩猩，更準(zhǔn)確的方法是既關(guān)注兩者基因本身的差異，又關(guān)注兩者的各類細(xì)胞中基因分子開關(guān)的差異。如果對(duì)大腦、肝臟和血細(xì)胞進(jìn)行這種比較，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)人類和黑猩猩在基因表達(dá)方面的差異在大腦中最為明顯。這也不奇怪，因?yàn)榇竽X是區(qū)別人類和其他動(dòng)物的主要器官。或許，人類較其他物種更高的智力水平或許真的是基因管理改變的結(jié)果。
基因開啟鍵
電腦的“大腦”——中央處理器是由數(shù)百萬個(gè)這種簡單邏輯門構(gòu)成的?；蚪M同樣能夠執(zhí)行單個(gè)邏輯門所進(jìn)行的這類型運(yùn)算，我們?cè)谌樘遣倏v子中看到的便是這一原理的體現(xiàn)：轉(zhuǎn)錄管理者將它們周圍的信號(hào)傳送到基因組中的特定位置，而轉(zhuǎn)錄因子則相互組合構(gòu)成了邏輯門，以誘導(dǎo)或阻礙轉(zhuǎn)錄機(jī)器進(jìn)入被管理的基因。
基因社會(huì)中管理上的成功并不是因?yàn)榛蚓哂兄橇蛱囟康?。參與管理的蛋白質(zhì)沿著染色體跳躍，但這其實(shí)只是它們分子間親合力的結(jié)果：由于其形狀以及表面電荷，這種蛋白質(zhì)能吸引某些特定的分子，其自身也可能被吸引到某些大分子上，比如DNA字母的特定序列。觀察大腸桿菌的乳糖操縱子可以讓我們初步了解人類基因社會(huì)是如何管理的，當(dāng)然人類基因社會(huì)遠(yuǎn)比大腸桿菌的基因社會(huì)復(fù)雜得多。
在大腸桿菌的乳糖基因里，一整套基因都是一起管理的；而在人類的基因組里，每個(gè)基因都有自己的運(yùn)算單元。這一過程可以建立起復(fù)雜的管理網(wǎng)絡(luò)。成套的基因共同作用以行使某一功能，而轉(zhuǎn)錄因子通過級(jí)聯(lián)反應(yīng)來對(duì)這些基因進(jìn)行管理。如此一來，一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子本身的活動(dòng)由其他轉(zhuǎn)錄因子控制，從而構(gòu)成復(fù)雜的信息加工鏈。
由于在很多系統(tǒng)中，偶爾的短暫變化對(duì)穩(wěn)定性而言舉足輕重，因此這種前饋循環(huán)就會(huì)一次又一次地在你的基因組里形成。同樣地，正反饋循環(huán)（它確保系統(tǒng)一旦啟動(dòng)就一直處于打開狀態(tài)）和負(fù)反饋循環(huán)（一旦一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子有了足夠多的拷貝，它就會(huì)停止該轉(zhuǎn)錄因子的生產(chǎn)）是經(jīng)常能派上用場(chǎng)的，這也使它們成了基因組管理結(jié)構(gòu)里的重要部分。
目前為止，我們只談了一種調(diào)控機(jī)制，或者說是一種計(jì)算回路：轉(zhuǎn)錄因子與你的基因組結(jié)合，誘導(dǎo)或抑制基因表達(dá)。但是你體內(nèi)每個(gè)細(xì)胞內(nèi)部的“計(jì)算機(jī)”要比這種計(jì)算回路復(fù)雜得多。進(jìn)化是一個(gè)多面手，它用盡一切手段做好計(jì)算。完成計(jì)算的方式多種多樣，除了上面提到的計(jì)算回路外，還可以通過蛋白質(zhì)和RNA干擾轉(zhuǎn)錄和翻譯、破壞或者穩(wěn)定信使RNA以及蛋白質(zhì)，以及通過化學(xué)修飾來關(guān)閉或打開你基因組中的某一整段。
主控者和帶來希望的怪物
1900年，英國遺傳學(xué)家威廉·貝特森（William Bateson）發(fā)表了一本關(guān)于上述變化的編目。其中有人多了一對(duì)乳頭，有的多了一對(duì)肋骨。貝特森得出結(jié)論：自然的改變通常是間斷的，也就是說它們呈跳躍式出現(xiàn)。而這與達(dá)爾文的觀點(diǎn)——演化是一個(gè)漸進(jìn)的過程——相矛盾。
盡管達(dá)爾文是對(duì)的，大多數(shù)情況下演化是漸進(jìn)的，但是偶爾的跳躍式發(fā)展也并不違背規(guī)律。在基因社會(huì)的歷史中，漸進(jìn)式變化更為普遍，只是因?yàn)檫@樣的變化更不容易擾亂它們編碼的生存機(jī)器。盡管如此，貝特森記載的各種改變充分證明演化是可以呈跳躍式發(fā)生的。
對(duì)于胚胎發(fā)育中基因管理者的研究讓我們有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。200年前，一位傳奇人物——生物學(xué)家卡爾·恩斯特·馮·貝爾（Karl Ernst von Baer）遇到了一個(gè)有趣的困境。他有許多樣品瓶，分別裝有爬行動(dòng)物、鳥類和魚類的胚胎，但是瓶子上面的標(biāo)簽都已經(jīng)磨損得看不清了。所以，這位世界上最偉大的胚胎學(xué)家嘗試著通過肉眼分辨出各種胚胎，然而他失敗了。他發(fā)現(xiàn)胚期的某個(gè)階段，所有的脊椎動(dòng)物看起來基本上是一樣的。
胚胎發(fā)育的這一特殊時(shí)期叫作“種系特征”發(fā)育階段（“phylotypic”stage）。這個(gè)時(shí)候胚胎開始呈現(xiàn)出脊椎動(dòng)物典型的可識(shí)別特征。種系特征發(fā)育階段顯示出了一種大致的結(jié)構(gòu)，這以后會(huì)發(fā)育成各種動(dòng)物獨(dú)有的特化特征——比如說烏龜?shù)臍?、豬的口鼻部，以及人類較大的大腦。在《物種起源》里，達(dá)爾文借用馮·貝爾的觀察，作為所有物種都源自同一祖先的證據(jù)。
人們花了100多年才搞清楚為什么各種動(dòng)物在某個(gè)特定的胚期如此相像。
不同動(dòng)物的同源異形基因不僅字母序列極其相似，還能互換。如果一條線蟲或者一只小鼠的一個(gè)同源異形基因拷貝受損或殘缺，那么可以用果蠅的相應(yīng)基因來挽救，使其正常發(fā)育。大多數(shù)動(dòng)物有同源異形基因簇（有些動(dòng)物沒有，比如櫛水母）。由于同源異形基因決定著每個(gè)身體部位最終發(fā)育成什么，我們現(xiàn)在知道為什么在某個(gè)階段，不同動(dòng)物的胚胎看起來如此相似了：它們的高級(jí)主管是一樣的，擁有同樣的同源異形基因。
不僅是同源異形基因，在不同動(dòng)物的基因組中，控制發(fā)育的部分也是驚人的相似。例如，三個(gè)監(jiān)管肌肉發(fā)育的關(guān)鍵管理者基因在所有動(dòng)物中都是一樣的，不過發(fā)育結(jié)果大不相同，比如果蠅和小鼠的肌肉就極為不同。這一結(jié)果并不是因?yàn)檫@些基因本身不同，而是因?yàn)樗鼈兿嗷プ饔玫姆绞讲煌?。管理相互作用的是一個(gè)由合作與阻撓組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，其中有些相互作用在所有動(dòng)物中都是一樣的，但是有些卻在演化過程中變得完全不一樣了。
在過去的60年里，我們學(xué)會(huì)了如何解讀和理解大多數(shù)的基因組語言，但是對(duì)于如何說它們的語言，我們知之甚少。
基因調(diào)控使得同一套基因有了很多種可能的表型。但并非所有新特征都是混合和配對(duì)的結(jié)果。有的時(shí)候，向基因社會(huì)中引入新成員是非常必要的。
第八章 剽竊、模仿和創(chuàng)新之源
以眼還眼
基布茲和莫沙夫孩子們的情況代表了一個(gè)社區(qū)的新成員不同的謀生方式：通過專業(yè)化形成新的行業(yè)，或者將他們的技能用于另一個(gè)社區(qū)。同樣，專業(yè)化和技能轉(zhuǎn)移也是新成員融入基因社會(huì)的兩大主要方式。
基因重復(fù)（gene duplication），亦稱基因倍增，是一種特殊的基因突變。這種突變可以通過DNA復(fù)制錯(cuò)誤發(fā)生：當(dāng)聚合酶DNA復(fù)制機(jī)器滑到其模板上，并重讀已經(jīng)復(fù)制過的部分，便會(huì)導(dǎo)致基因重復(fù)。另一類導(dǎo)致基因重復(fù)的常見事件則發(fā)生在減數(shù)分裂的重組過程中。
基因的倍增，即將一個(gè)基因的第二份拷貝插入到基因組中的另一個(gè)位置上，它解答了創(chuàng)造新特征涉及的概念性問題：假如基因突變改變了一個(gè)基因里面的一個(gè)或者多個(gè)字母，且突變版正好獲得了有用的新功能，而在突變之前，這個(gè)基因很可能在基因社會(huì)中相當(dāng)有用，那么，它原先的功能怎么履行呢？
如果該基因在突變之前便被復(fù)制形成基因重復(fù)，那么它就可以有一個(gè)能保留原先功能的拷貝。生物學(xué)家大野乾（Susumu Ohno）在1970年首次承認(rèn)了這種觀點(diǎn)的重要性，用他的話說就是“自然選擇所做的不過是修改，冗余才是真正的創(chuàng)造”。大野乾認(rèn)為基因社會(huì)的絕大多數(shù)創(chuàng)新都來自于已有基因的倍增。自然選擇會(huì)確保有一個(gè)拷貝保留了原先的功能，而其他基因就可以履行新功能，這些新功能可能被自然選擇留下，從而其重要性得到進(jìn)一步提高。
其實(shí)一個(gè)新復(fù)制的重復(fù)基因與其模板是一樣的，因此它們的功能也是高度相似的。但是基因的重復(fù)拷貝也可以發(fā)展出和模板完全不同的特性。
酶分飾兩角的情況并不罕見，很多酶同時(shí)履行好幾種職能，這些職能可能彼此相似，也可能極為不同。這種多功能實(shí)際上為新的基因功能提供了一種不錯(cuò)的漸進(jìn)式演化模式：如果有一個(gè)工作需要完成，那么附近任何一個(gè)稍微有一點(diǎn)相關(guān)能力的基因都可以為之所用。隨后，自然選擇會(huì)安排新的隨機(jī)突變（或者等位基因中已有的變異）去優(yōu)化基因的表達(dá)和字母序列以完成新增的任務(wù)。
然而通常情況下，這兩種功能不會(huì)都盡善盡美，就像沒有一個(gè)工匠能同時(shí)精于造船和制作樂器一樣。當(dāng)編碼這些多功能蛋白質(zhì)的基因有了復(fù)制出更多拷貝的機(jī)會(huì)時(shí)，演化可能會(huì)抓住這個(gè)機(jī)會(huì)將一個(gè)工作分成兩個(gè)，并創(chuàng)造兩個(gè)基因行使特化的功能。
正常情況下，當(dāng)一個(gè)基因突變削弱原始基因正常工作的能力時(shí)，這個(gè)突變?cè)谘莼^程中也不會(huì)得到好果子吃。由于突變的等位基因使其攜帶者處于不利地位，因此該等位基因會(huì)從基因社會(huì)中消失。這個(gè)過程叫作“負(fù)選擇”（negative selection），是本書討論的正選擇（positive selection，或稱達(dá)爾文選擇，Darwinian selection）的對(duì)立面。在正選擇中，如果某突變使其攜帶者的適合度得到提高，則該突變的數(shù)量會(huì)不斷增加。
全部家族成員
在任何一個(gè)復(fù)雜的基因社會(huì)里，基因重復(fù)都是很常見的。盡管我們自己的基因組中也有基因只有一個(gè)拷貝，但是基因重復(fù)仍然在我們所有基因中占據(jù)大頭。幾輪復(fù)制以后形成的基因重復(fù)會(huì)組成基因家族，各個(gè)基因家族大小不一。我們已經(jīng)知道，最大的家族就是氣味受體，大約有1000個(gè)基因，而視蛋白基因家族卻相當(dāng)小。
較為古老的基因重復(fù)中的突變已經(jīng)超出當(dāng)今人類認(rèn)識(shí)的水平，就像在大多數(shù)人類家族中其遠(yuǎn)親只能追溯到幾代人以前。按照這種邏輯，幾乎你所有的基因應(yīng)該都來自同一個(gè)大家族，即便是那些我們以為只以單個(gè)拷貝存在的基因也是如此。它們的祖籍可能要追溯到只有幾個(gè)基因的時(shí)候。通過一長串的復(fù)制和修改，那幾個(gè)基因最終成了人類豐富的基因社會(huì)。
基因重復(fù)的規(guī)模是沒有限制的。一個(gè)重復(fù)可能只包含幾個(gè)字母，其結(jié)果僅僅是延長了一個(gè)基因；但它也可能包含染色體上的整段區(qū)域，影響很多基因；甚至還有可能，由于細(xì)胞分裂時(shí)的錯(cuò)誤，細(xì)胞中多出一整條染色體的重復(fù)。
基因重復(fù)的一個(gè)極端例子是整個(gè)基因組的倍增。細(xì)胞機(jī)器得以優(yōu)化是為了處理兩套配對(duì)染色體，而不是四套。因此如果一個(gè)動(dòng)物胚胎遺傳了這種巨變，那它存活的概率很小。即使一個(gè)倍增的基因組可以產(chǎn)生并控制一個(gè)能活下來的生命體，這個(gè)生命體也無法和它的配偶——每個(gè)染色體有正常的兩個(gè)拷貝的生命體——生出健康的后代。它們的孩子會(huì)繼承每個(gè)親代一半的基因組，那么孩子們的每條染色體就會(huì)有三個(gè)拷貝。如此一來這些后代就沒有生育能力，因?yàn)楫?dāng)它們產(chǎn)生卵子或者精子的時(shí)候，這些染色體拷貝無法平分。但是，盡管有這一大阻礙，整個(gè)基因組卻成功倍增過一次，而且該倍增保持的時(shí)間還很長。我們?nèi)祟愖约旱幕蛏鐣?huì)便是源自整個(gè)基因組的倍增，這種倍增是在大約4億年前我們的祖先還是魚類的時(shí)候發(fā)生的，且發(fā)生了兩次。
基因組倍增在基因社會(huì)中留下了巨大的痕跡，一個(gè)很好的例子就是基因社會(huì)最高管理者——同源異形基因家族。我們?cè)诘谄哒乱呀?jīng)討論過，同源異形基因通過控制發(fā)育中胚胎里其他基因何時(shí)何地打開，來建立起動(dòng)物的形體構(gòu)型。線蟲和果蠅只有一個(gè)同源異形基因簇，在它們的一條染色體上（果蠅的同源異形基因簇被分成了兩部分），但是人類基因組中有四個(gè)同源異形基因簇，位于四條不同的染色體上，這是整個(gè)基因組連續(xù)兩輪倍增的結(jié)果。
隨著身體結(jié)構(gòu)的專業(yè)管理者越來越多，相應(yīng)的基因社會(huì)能塑造出更為復(fù)雜的身體。脊椎動(dòng)物的形體構(gòu)型越來越復(fù)雜，其根源可能正在于那位于四條染色體上的四個(gè)同源異形基因簇——這種排布相當(dāng)不同尋常。就拿大拇指來說，其他所有的手指中都表達(dá)有來自于同一個(gè)同源異形基因簇里的三個(gè)基因，但是這三個(gè)基因在大拇指中卻不活躍，這也就是大拇指與其他手指形狀不一樣的原因。
基因組倍增并不限于人類社會(huì)，在植物、真菌類和魚類中也發(fā)生過?；蚪M倍增是基因社會(huì)偶爾的大步跳躍，這種跳躍與達(dá)爾文漸進(jìn)式演化的觀點(diǎn)相沖突?；蛏鐣?huì)中的大多數(shù)變化都是漸進(jìn)式的，但是基因組倍增的次數(shù)雖少，其影響卻深遠(yuǎn)。
基因組倍增對(duì)基因社會(huì)而言意味著什么呢？如果我們把全部基因視為一個(gè)社會(huì)，那么每個(gè)基因就都是多個(gè)等位基因所爭奪的一個(gè)產(chǎn)業(yè)。倍增一個(gè)基因就好像倍增了一個(gè)產(chǎn)業(yè)，而倍增整個(gè)基因組就是倍增了所有的產(chǎn)業(yè)。在這樣一個(gè)經(jīng)過倍增的基因社會(huì)里，很多新增的基因是多余的，就相當(dāng)于有兩個(gè)產(chǎn)業(yè)致力于烘焙、汽車維修等，而實(shí)際上每行一個(gè)就夠了。很多因倍增而重復(fù)的產(chǎn)業(yè)在基因組中存活的時(shí)間不長，因?yàn)樽匀贿x擇使隨機(jī)突變悄然地終結(jié)了多余基因的功能。
一個(gè)重復(fù)基因能長時(shí)間存活的唯一機(jī)會(huì)就是擁有專業(yè)能力，即特化。就好像一個(gè)綜合面包店將業(yè)務(wù)分成三部分，一個(gè)專做面包，一個(gè)專做貝果面包圈，第三個(gè)專做甜甜圈。重復(fù)基因的時(shí)間是有限的，這就像是一種試用期，在這段時(shí)間里，重復(fù)基因要承擔(dān)起新角色，然后才會(huì)受自然選擇的保護(hù)以免遭基因突變對(duì)其的削弱。
基因社會(huì)的樂高玩具套裝
樂高最初的想法是比較簡單比較理想化的。他們相信憑著樂高矩形積木的設(shè)計(jì)，只要有足夠多的積木塊，人們可以建造出任何他們能想到的物體。很多基因也是由類似的高效模塊化的積木式系統(tǒng)構(gòu)建而成的。在基因社會(huì)中有著不斷倍增的簡單積木，我們稱之為結(jié)構(gòu)域（domain），這些基因就是通過對(duì)結(jié)構(gòu)域進(jìn)行組合而組建出來的。
我們現(xiàn)在已經(jīng)在基因組中發(fā)現(xiàn)了幾千個(gè)樂高積木式的結(jié)構(gòu)域。每個(gè)結(jié)構(gòu)域通常只執(zhí)行一個(gè)特定功能。人體內(nèi)80%的基因都包含至少兩個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域，這些結(jié)構(gòu)域的組合使它們得以組成特定的復(fù)雜分子機(jī)器。這些結(jié)構(gòu)域的新組合可以創(chuàng)造出近乎無窮無盡的新基因。這類似于人體免疫系統(tǒng)通過對(duì)基因組中的可變多樣連接（VDJ）區(qū)域進(jìn)行重組而創(chuàng)造大量抗體的策略（參見第二章）。但有一樣重要的不同之處：結(jié)構(gòu)域的重排并不是由特化的分子機(jī)器完成的常規(guī)事件，而是罕見的基因組事故。假設(shè)有兩個(gè)蛋白質(zhì)，它們有一個(gè)結(jié)構(gòu)域類型相同，但除此之外，這兩個(gè)蛋白質(zhì)其他的結(jié)構(gòu)均不相同。那么，這兩個(gè)蛋白質(zhì)中至少有一個(gè)極可能來源于結(jié)構(gòu)域的混編——即從前多個(gè)基因的不同部分被意外混合了。因此，新基因通常來源于其他基因的重復(fù)，或者來源于已有基因的某些部分倍增后的重新混合。
進(jìn)出口業(yè)務(wù)
基因的剽竊稱為水平基因轉(zhuǎn)移（horizontal gene transfer），可以將它看作是一個(gè)比基因社會(huì)內(nèi)部的基因倍增還要高效的復(fù)制系統(tǒng)。如果有兩種有親緣關(guān)系但是需要適應(yīng)不同環(huán)境的細(xì)菌里，它們都有著同一個(gè)基因，那么該基因在這兩種細(xì)菌里的拷貝也許會(huì)朝不同的方向演化。如果后來由于水平基因轉(zhuǎn)移，這兩個(gè)拷貝又回到了同一個(gè)基因組里，那么這一結(jié)果就類似于一次基因倍增，只不過倍增導(dǎo)致的重復(fù)拷貝之間存在著差異。對(duì)于一個(gè)基因的水平轉(zhuǎn)移可以視為是整個(gè)細(xì)菌生態(tài)系統(tǒng)的大規(guī)模基因倍增。人類基因只能和人類基因社會(huì)中的其他基因相混合，但是細(xì)菌基因社會(huì)原則上可以從所有細(xì)菌共享的一個(gè)通用基因庫中吸收新基因。即使是這樣，細(xì)菌也不太可能遇到生活環(huán)境完全不同的同類。能讓它們獲益的基因多半來自于它們自己生活的環(huán)境，或者來自于與它們比較相近的物種。
這種基因剽竊就像一個(gè)生活在以色列莫沙夫，并持續(xù)擴(kuò)張的大家庭。大家庭里的孩子離開家分散到各地，把自己的技能獻(xiàn)給其他莫沙夫。從接受他們的莫沙夫社區(qū)的角度來看，這種轉(zhuǎn)移顯然是有益的，能讓這些莫沙夫走上一條全新的發(fā)展道路。
在基因社會(huì)里，復(fù)制和剽竊是整合新基因的主要機(jī)制。大部分變化都是漸進(jìn)式的，但是偶爾也會(huì)有不可思議的效果。當(dāng)整個(gè)基因組倍增后，新功能大道也就敞開了。在第九章我們會(huì)看見，對(duì)整個(gè)基因組的剽竊盡管罕見，卻是可能的，而且這種剽竊帶來的結(jié)果甚至有著更加重大的效應(yīng)。
