DNA是掌管人类遗传的分子,它携带着一整套命令,指引一个微小的受精卵发育成人。自从詹姆斯 · 沃森和弗朗西斯 · 克里克揭示了它的结构,这半个世纪里的伟大发现方才拉开了序幕。为了向我们的23对结构紧密的染色体表示敬意,本文列举了——
预言未来的形状
DNA的形状犹如两股细线相互缠绕,包裹在一根中心轴线上形成曲线柔美的双螺旋。这个立刻能叫人辨别的结构就是20世纪最富影响力的偶像之一了,就连沃森和克里克自己也认为它是如此简约而又美妙以至于无法不成为正确的结构(又被称为科学界的“蒙娜丽莎”)。与此同时,它神秘的对称性也极有说服力地预言了基因信息保留和传递的规律。
解释了基因
几百年来,哲学家们一直为“遗传”所困扰,试图解释何以子女是父母的混合体。DNA结构的破译解释了基因作为最基本的遗传单位是如何工作的以及从一个细胞被复制到另一个细胞,从亲代复制到子代的机制。既然已经认识到了基因的分子构型,那么对于基因损坏和基因突变等问题的机理也都能迎刃而解了——基因突变往往会引发致命疾病,但偶尔产生的优良性状可能开创进化的新趋势。
理解遗传性疾病
镰刀形红细胞贫血症是最先从DNA水平上解开谜团的遗传病之一。这种血液病的患者主要来自非洲以及流行疟疾的地中海地区。控制血红蛋白的基因的单个突变影响到全身血液的输氧能力。从父母双亲各遗传了一套突变基因的患者症状最严重;而那些只遗传了一套突变基因的人症状较轻,且能免疫于疟疾。这个发现告诉世人,在一个人群中基因突变的危害如何会大大增加——有益的突变除外。
治疗遗传性疾病
在理解了基因如何会病变之后,科学家们将很可能寻找到纠正它们的方法。2002年4月,里斯 · 埃文斯(RhysEvans)成为英国首例采用基因疗法而被治愈遗传病的儿童。该基因疗法是通过大量培养健康基因来修复缺陷基因的。埃文斯从母亲那里遗传了有缺陷的伽马C基因,这意味着他的免疫系统完全失效,即使危险性最低的传染病对他而言也是致命的。他的生命只能在一种无菌的“玻璃罩”中度过。但在输入了经过基因修饰的血液后,他的缺陷消除了。这个18个月大的婴儿才得以第一次接触真实的世界。
预先判断遗传性疾病
有一部分疾病是几种基因缺陷共同作用的结果,癌症是个典型的例子。其病因是一系列突变诱发的一连串细胞畸变。但有时癌症的发生只涉及到家族中的一个基因缺陷,比如乳腺癌的基因BRAC1和BRAC2。这些知识已被运用于对有乳腺癌家族史的女性的检查。
主持公道
1988年,科林 · 皮奇福德(ColinPitchfork)因为杀害女童而被判终身监禁,他是第一个用DNA技术捕获的杀人犯。鲜为人知的是,这项被称做“DNA指纹术”的技术也曾被用于另一个自己承认谋杀的人,测试结果表明凶手并不是他。“DNA指纹术”是对刑事侦查的革命,它保护了无辜者而使罪犯得到应有的惩罚。
帮助寻找生父
对孩子进行DNA检测来确认生父已毫无悬念可言,即使两个同时被认为是“父亲”的男子有兄弟的血缘关系(虽然对两个DNA顺序也一模一样的兄弟是个例外)。
宠物的身世
DNA检测技术也运用于鉴别宠物猫犬的血统、赛马与家畜的种系等。它也可用来确认被非法收藏的鸟蛋和珍稀物种。
人类的起源①
DNA分析的结果又一次证明了人类约在10万年前起源于非洲的观点。它还显示,最初的耕作者是由中东地区迁徙至欧洲的。同时,也提供了人类祖先何时进入澳洲、搭上船只来到太平洋岛屿、渡过冰封的白令海峡踏上荒芜人烟的北美大陆的大致时间。
人类的起源②
对人骨化石的DNA测试结果表示,尼安德特人与现代人并无密切联系。科学家们现在认为,与现代人共同存在了几千年的尼安德特人中从没有发生过近亲婚配现象。对活人进行的DNA测试也揭示了其他一些关于种族与祖先起源的信息。比如,许多冰岛妇女来自于爱尔兰而非挪威。而相当一部分祖籍在黑加勒比海地区的英国男子都是从奴隶买卖时期的白人祖先那里遗传了染色体。
埃及木乃伊与俄国沙皇
对英国皇室成员的DNA检测帮助确认了这样一个事实:在俄罗斯一个小坑里发现的人类骸骨正是沙皇尼古拉二世及其家属。他们是1918年在叶卡特琳堡的一个地下室里被苏维埃政府处决的。考古学家用此技术确立了其他死亡时间久远的历史人物的家庭关系——从埃及法老到玛雅贵族的木乃伊。
种族之谜
DNA分析技术也对传统的种族思维定势产生了不小的冲击——一旦上升到了分子水平,即便是种族的生物学概念也开始变得毫无意义了。当科学家们将以色列犹太人与阿拉伯人的DNA进行比较时(这两个民族历来在宗教和种族渊源上有着文化隔阂),他们发现了两者遗传密码的相似性,而这只能归结于在并不久远的过去,两个民族曾有密切的关系。事实上,不同种族的DNA之间的差异微乎其微。这种全球范围的DNA相似性说明,人类曾度过一段“遗传瓶颈”时期,而这又是由于最初从非洲迁徙出来的人人数较少(大约在几千人以内)的缘故。
干净的药物
蛋白质因子8是一种凝血因子,存在于正常人的血液里,以防止他们割伤或受到撞击时出血致死。20年前,由于基因缺陷而缺乏该蛋白质的血友病患者只能依靠接受输血而生存;而传染性肝炎和艾滋病之类的接触性病毒传染病也因此传播。现在,通过被基因改造的微生物,人工制造无病毒的蛋白质因子8已成为现实。其他经过生物工程处理的药物,比如胰岛素、人生长激素等,同样使患者免受传染病的威胁。
肿瘤鼠
早在上世纪80年代,一只被基因改变而带有致癌基因的实验鼠成为有史以来首只就动物实验的是非而饱受争议的生物。肿瘤鼠对科学的价值极高,因为它的肿瘤是基因注定了要发生的,因此,推迟或阻止这种“命运”的发生将是抗癌的有效途径。肿瘤鼠引发的争论一直延续到现在,但实验室里仍有更多动物经过基因改造被用于生物医学研究。
喂饱这个世界?
关于基因改良作物的试验始于1980年代。从那以后,科学家们不断利用DNA技术,把具有抵御虫害、杂草的基因引入农作物,或改进它们的营养成分,比如在稻谷中添加β-胡萝卜素。美国和中国都种植了上千平方公里的转基因作物,但欧洲还在怀疑这场农业革命是否走得太远了。不管你喜不喜欢它,转基因作物正改变着世界。
制造死亡
基因工程的一个极端事例就是蓄意操纵致命微生物,使之更具传染性,毒性也更强。去年,科学家们利用在因特网上购得的实验设备及DNA试剂,制造出了完整的脊髓炎质炎病毒,并且该病毒能使实验鼠瘫痪并死亡。由此,人们担心那些恐怖主义者将制造出更致命的病毒,如炭疽甚至是天花,这将使它们更具威胁。
延缓衰老
对DNA本质的理解也开启了衰老的神秘之门。人们现在已经知道,某些基因能延长果蝇的寿命。1984年,科学家们发现,专门修复染色体端点的端粒酶能使个体细胞的寿命延长。但距离找到长生不老的秘诀,我们显然还有很长的路要走。
威力无比的注射
给病人直接注射未经加工的DNA可谓是一种极端的免疫手段。目前,用此方法实现免疫的可行性正在检验中。DNA疫苗可以通过一次注射实现对多种传染病的检疫。
自由意志的终结
1994年,美国人史蒂芬 · 莫布里被判死刑,而他的律师请求宽恕处理,因为来自罪犯家庭的史蒂芬遗传了暴力倾向。去年,科学家们证实,身体受过虐待的男孩如果其X染色体上有某个特殊基因,那么,这个人长大后的反社会和暴力的倾向可能性要大大增加。DNA不仅重新引发了关于先天与后天的古老争论,它还告诉人们,其实初生的婴儿并非白纸一张。
道德的地雷阵
遗传本质的发现使社会陷入了一个全新的道德怪圈。年轻人是否有知晓自己遗传了亨廷顿氏症的权利?该病症将使他在中年时精神紊乱衰弱至死亡,并且毫无救药。那么,保险公司又是否有权知道这些信息呢?父母是否有权选择孩子的性别?一些家庭成员又何尝不能改变自己的生殖细胞以去除遗传疾病呢?如果这些可以被接受的话,那么,父母又为何不能通过基因工程改进子女的智力、身高或是对异性的吸引力呢?人类基因组计划
如果将人类基因组完整的字母按顺序写下,恐怕要占去800册圣经的体积了。今年将公布的完整序列将是终极的生命之书。实际上,它是制作人类的菜谱,所不同的只是要以DNA的形式编码,它将可以被装入一个微小的细胞核中。
电影迷
好莱坞从DNA提供的可能中找到了极大的乐趣(并且狠狠捞了一把)。如《侏罗纪公园》讲的是通过蚊子化石中保存着的恐龙DNA使恐龙复活的故事——当然这是极不可能的。
肯定了达尔文
一切动植物均享有同种DNA密码。对DNA结构及其编码遗传信息过程的认识已经证实,地球上的生物来自共同祖先。这已经证明了达尔文理论的正确。
即使存在地外生命,那么,它基本上也不可能具有与我们相同类型的DNA,因为我们的DNA十有八九是只属于地球生物的。
[The Independent,2003年2月26日]