對科學家而言，還來不及細細領悟為什麼我們大部分的 DNA 都無所事事，更多意想不到的研究發現就冒出了頭。首先是德國、然後是瑞士的研究人員做了一些相當奇特的實驗。其中有一個實驗，他們把控制老鼠眼睛發育的基因，注入了果蠅幼蟲的體內，期待著有一些新奇的怪物質生成。結果，老鼠眼睛的基因使果蠅又長出了一隻活的蠅眼 。要知道，老鼠和果蠅的進化在 5 億年前就分道揚鑣了，但它們卻可以像親屬那樣交換基因。
我本來以為多長出一隻眼睛這種事情太過神奇，有點難以置信。結果查閱資料後發現，長出眼睛，對研究人員來說可能是司空見怪的事情。根據《科學》雜誌的報道，1995 年的時候，由瑞士伯爾尼大學的遺傳學家華爾特·格林（Walter Gehring）領導的一個小組發現了一種“EY”基因。通過一些方法操控這個基因，研究人員就使果蠅長出了多餘的眼睛，而且令人吃驚的是，這些眼睛居然可以長在翅膀、腿和觸角上。同樣的事情還發生在了休斯敦貝勒醫學院的發育遺傳學家格萊美·馬登（Graeme Mardon）發現的 DAC 基因上。[1]
無論研究人員怎麼折騰，結果都是一樣的。他們發現可以把人類的 DNA 注入果蠅的某些細胞中，果蠅會像接受自己的 DNA 那樣接受來自人類的 DNA。出人意料的是，超過 60% [2] 的人類基因本質上與果蠅是一樣的。而有將近 90% [3] 的人類基因在某種程度上可以與老鼠身上的基因對應起來。（我們和老鼠甚至有著同樣的長出尾巴的基因，要是激活了，我們就有尾巴啦。）研究人員跨越了一個又一個領域，他們發現無論在哪種生物上實驗，不管是線蟲還是人類，他們經常都是在研究本質相同的基因。生命似乎都是圍繞著同一張藍圖而誕生的。
進一步的研究揭示了主控基因的存在。每個主控基因指揮一個身體部分的發育，這類基因被稱為“同源異形”基因，希臘語裡是“相似”的意思。同源異形基因解開了這個長久以來令人困惑的問題：從單一受精卵中產生的數十億個胚胎細胞，明明攜帶著完全相同的 DNA，它們又是怎麼知道該去哪裡該做些什麼的呢，比如這個細胞成為了肝細胞，這個細胞成為了伸縮性神經元，這個生成了血泡，這個是拍動的羽翼上的光點……原來正是同源基因在指揮著它們，它們對於所有的生物都是以同樣的方式發出指令。
為什麼說進化論是一個科學界普遍認可的堅實理論，因為支撐它的證據最初是那些博物學和考古學上的證據，可是隨著現代生物學的發展，我們對基因瞭解的越多，進化論的證據也就越多。大家可能平時會看到一些攻擊進化論的文章，但這些攻擊性的文章很少有從基因的角度去反駁的，然而，來自基因的證據恰恰才是進化論最堅實的證據。科學理論的發展有一個顯著的特點，那就是新理論不但要能解釋新的現象，還必須完美地解釋所有舊理論能解釋的現象。我們有時候經常會看到一些宣稱自己找到了取代進化論的理論，可是你會發現，這些理論往往只能解釋某一個特定的現象。比如，去年我參加華大基因的一次科普活動，當研究古生物的周忠和院士講完的時候，臺下就站起來一個人，大聲問：蛇的四足為什麼會消失？周院士老老實實地回答，這個不是我的專業，我回答不了。然後那個人就突然衝到臺上來，拿起話筒，就跟大家說，我能解釋蛇的四足為什麼會退化，根本不需要用到進化論。然後就開始了滔滔不絕如長江之水，直到被忍無可忍的主持人打斷。說實話當時他說了些什麼，我真的記不住了，只是我記得我當時很想問他一下，那麼您的這個理論是否能解釋蛇的基因為什麼與其他爬行動物的基因相似性問題呢？當然，在當時那樣的情況下，我想我最好還是不要給活動添亂比較好。我們繼續來講基因。
有趣的是，基因的數量和組織方式並不一定，或者說通常不能反應攜帶它的生物的複雜程度。我們有 46 條染色體，但有些蕨類植物有 180 多條，而有一種屬於酷灰蝶亞屬的蝴蝶是所有動物中擁有染色體最多的物種之一，有 268 條染色體[4]。
顯然，基因的數量並不是最重要的，重要的是它們對你做了什麼事。之前我們一直猜測人類至少有十萬個基因，這還是保守的估計。但人類基因組計劃的第一批研究結果就修正了這個數字，使得這個數字大幅跳水，把它定在了 20000-25000[5]。直到今天，科學家們也還在為人類基因的數量到底是多少爭論不休。原因還在於不同的生物學家對基因的定義也略有不同，這也會導致基因的數量不同。但不管怎麼說，我們現在已經可以肯定，人的基因數量還不如一隻青草蟲。可見基因也是貴在精而不在於多。
《科學》雜誌 2015 年11 月刊登的一項研究表明，人體 20000 多個基因中，大約有 15%，具體數字是 3230 個基因，是我們無法或缺的，只要對它們稍作改動，你可能連出生的機會也喪失了。一旦這些基因突變，胚胎通常就會死亡，或者一個人太虛弱而失去了生育能力。這些極其重要的人類基因中，許多都與動物一樣，有著相同的作用，比如構建生產蛋白質的工廠。但這項研究結果只是初步的。
不過仍然很高興，至少你我都有著 3230 個基礎 DNA，我們才能溝通交流，成為智慧的文明生物。對了，你可能會跟我有同樣的感受，似乎我們人類的弱點越來越多的都被歸結於基因惹的禍，前不久在哪裡還看到過一篇文章，說美國的一個刑事案件，律師是以基因缺陷為嫌疑人辯護的。這幾年，不斷有科學家欣喜若狂地宣佈找到了導致各種頑疾的基因，例如肥胖、精神分裂症、犯罪、暴力、酗酒、甚至是商場偷竊和流浪的幕後黑手都成了基因。著名的《科學》雜誌，在1980 年刊登的一篇研究文章中說，遺傳基因決定了女性在數學方面的表現天生就不如男性。好在現在的我們知道了，一個單一的基因導致人的某個特定的疾病是少見的，至於基因影響人的數學能力，這個就更加武斷了。事情遠遠沒有那麼簡單。
基因不是一個蘿蔔一個坑決定一個個顯著特徵的。因為如果單個基因就能決定單項顯著的特徵，比如身高、患糖尿病的概率、是否容易禿頂，那麼相對地，我們也更容易分離和修正這個基因。不過，兩萬多個獨立運作的基因是無論如何造不出一個令人滿意的複雜人類的。這也清晰地意味著，基因與基因之間必須協同合作。有一些疾病，比如血友病、帕金森症、亨廷頓舞蹈症和囊性纖維化是由單個基因的功能失調引發的。但通常，在這些破壞性的基因對一個物種（比如我們人類）造成永久性的麻煩之前，依照自然選擇的規律，它們就會被淘汰掉。決定我們命運和舒適度的絕大多數特質，哪怕只是眼睛的顏色，也是由複雜的基因相互運作共同決定的，而不是單個基因就能說了算的。這就是我們難以搞清基因共同運作方式的原因，這也決定了定製一個未來的奧運冠軍嬰兒是多麼科幻的事情。
基因對一個人的性格到底有多大影響呢？有一個很有趣也很著名的個案。有一對叫詹姆斯的同卵雙胞胎兄弟，一個月大時被兩個不同的家庭收養，團聚時，兩人已經 39 歲了。1979 年，明尼蘇達大學心理學家[6] 伯恰德見到了兄弟倆，見證了他倆命運的高度相似，當時《華盛頓郵報》還對此進行了報道。兄弟兩人都結過兩次婚，愛好是機械繪圖和木工，上學時最喜歡數學最討厭拼寫，兩人日常的吸菸量和飲酒量相同，一天中容易發生頭痛的時間點也相同。總之，充滿了驚人的相似，似乎他們的命運是基因寫就的。
在科學研究中，個案是不能得出因果性的結論，這倆兄弟的故事並不能成為充分的證據，巧合有時候比我們想象的要更容易發生。但是，不可否認，很多科學研究的線索都來自於個案研究。典型個案也是有意義的。
英國衛報 2015 年 3 月 19 日刊登了一篇報道《基因是否決定了你的一生》，說明尼蘇達雙胞胎和家庭研究中心是一家世界領先的基因與行為研究結構。研究人員發現，我們的許多特徵 50% 以上是遺傳的。這些特徵包括是否會服從權威、是否能抵抗壓力或主動尋求冒險。他們還表示，在宗教和政治領域，我們的選擇更多取決於我們的基因，基因起到的決定性作用遠超過我們的想象。
不過並不是所有的人都贊成基因決定論，根據英國《每日電訊報》2013年10月16日的報道，歷史上有一次事件，證明了環境同樣能對人的特徵起到決定性的作用。這是一次饑荒事件，發生在二戰快要結束的時候，當時納粹封鎖了荷蘭西部，時間長達半年，平均每個荷蘭人每天攝入的食物熱量只有 580 大卡，超過 22000 人死於營養不良，嬰兒體重過輕更是常事。幾十年後，研究人員細緻分析了當時的醫療記錄。他們發現，在饑荒中倖存下來的嬰兒，更容易被健康問題所困擾。
在健康領域，贊成環境決定論的大有人在。哈佛大學公共健康學院的一篇報道中是這樣說的[7]：有一點越來越清楚，那就是遺傳因素對肥胖的影響微乎其微，我們的基因不是我們的命運。攜帶所謂肥胖基因的人，並不是一定都會變成大胖子，健康的生活方式可以抵消遺傳因素。
而在 2011 年7月的《歐洲個性期刊》中，有一篇文章名為《分子遺傳學時代的遺傳性》，作者在摘要中寫道：現在，遺傳對於行為特徵的影響已經被普遍接受，但我們需要認識到遺傳的侷限性，並理解基因與環境的相互作用在發育過程中起到的作用。
事實上，基因與品質之間的聯繫是一個頗為熱門的研究領域，這一領域的一個研究重點就是雙胞胎，尤其是同卵雙胞胎。倫敦國王大學的斯派多克投入這個領域已經超過 20 年了。從上世紀 90 年代的初出茅廬到現在的資深研究員，他的結論始終沒有變過，那就是同卵雙胞胎之間的相似度一般高於異卵雙胞胎。但他也承認，他和這個領域裡的一些人確實經歷過“基因決定論”的階段，認為基因在很大程度上決定了我們的智商、個性和信仰。但這個狂熱期已經過去，現在的研究人員更理性，希望弄懂更多深層次的“為什麼”。
事實上，我們對基因瞭解得越多，就會發現基因比想象的還要複雜得多。有研究表明，即使是思考，也會影響基因的運作方式。我有時候會在飯桌上跟朋友這樣開玩笑，當然，這種玩笑不能在有女性在場的時候開。我問別人，你相信能用意念改變自己的鬍子生長速度嗎？絕大多數人都會說我胡扯，還嘲笑我怎麼當上的科普作家。然後，我就會一本正經地解釋道：科學研究發現，鬍子的生長速度取決於人體的睪酮激素的值，而性幻想能刺激睪酮激素的分泌。所以，你完全可以用意念控制鬍子生長速度，閉上眼睛多想想美女就是了。每當這種時候，我就會很得意，趁他張大了嘴的時候，趕緊吃菜。你下次也可以試試，這種以科學知識打底的玩笑和段子會比講一個隔壁老王的葷段子更博得欣賞。
上世紀 90 年代初，科學家有了一項意義更為深遠的發現。他們從老鼠的胚胎中去除了一些被認為至關重要的基因，結果發現出生的老鼠不僅是健康的，甚至有時比胚胎正常培育的同胞更健康。研究表明，當一些重要的基因遭到破壞時，其他基因會填補上它們的缺位。我們人類作為一種生物，當然熱烈歡迎這個好消息。但這也意味著，我們要理解細胞的運作方式，變得更難了。我們在這個領域才剛起步，它神秘的外衣又添了一層。
現在，科學家們對人類基因組追根溯源的任務才剛剛開了個頭。就如同麻省理工學院的艾力克·蘭德所說：“基因組就像是人類身體的部件清單：它告訴了我們，我們是由什麼構成的，卻沒說它們是如何運作的。”他說的沒錯，我想現在需要的就是能下達運作指令的操作手冊。我們離這個目標還相去甚遠。
現在的當務之急是破解人類蛋白質組。這個概念還很新，十年前，“蛋白質組”這個術語都還不存在。蛋白質組是製造蛋白質的信息庫。 2002 年春天，《科學美國人》發出了這樣的感嘆：“很不幸，蛋白質組比基因組複雜多了 。”
這麼說還是客氣的。要知道，蛋白質負擔著所有生命系統的運行，每時每刻每個細胞中可能就有數以億計的蛋白質在辛勤忙碌。它們的活動如此之多，所以有很多需要搞清楚的地方。但麻煩的是，蛋白質的行為和功能不僅僅是由它的化學物質所決定的，形狀也會影響它的運作，這一點和基因相同。要想發揮作用，蛋白質必須把必要的化學成分聚集起來，然後摺疊成一個特定的形狀。這裡使用的術語是“摺疊”，但這個詞有誤導，因為事實上蛋白質的形狀不會是稜角分明整整齊齊的。蛋白質繞著圈，立馬會捲曲成誇張又複雜的形狀。它更像是破破爛爛揉成一團的舊衣服，而不是整齊疊好的毛巾。
有個成語挺適合用來形容蛋白質在生物世界裡的表現，這個詞就是——它做事看心情，就著新陳代謝，它可以被磷酸化、糖基化、乙酰化、泛素化、法尼基化、硫酸鹽化，還可以與糖基磷脂酰肌醇錨著點（GPI 錨）連接上。說實話，我跟你們一樣，完全不懂這個化那個化，這個連接與那個連接到底是些什麼樣的生物化學含義，我想要完全搞懂這些，恐怕讀一個博士都不一定夠，但這不妨礙我們熱愛科學。科普有很多個層次，像我這樣的層次也就是給大家添一些精神上的樂趣。我從來沒有把自己定位成一個科學家型的科普人，就像五星餐廳和大排檔，都能滿足人民群眾的不同需求。你們覺得呢？
看上去，蛋白質要發生改變不費吹灰之力。正如《科學美國人》指出的那樣，喝一杯酒就可以實質性地改變你係統裡大部分蛋白質的數量和類型。所以，喝酒怡人。但對於試圖理解蛋白質運行原理的遺傳學家們來說，這卻是杯苦酒了。
看起來蛋白質複雜到令我們難以想象，在某些方面，它也確實如此。但所有這些的背後也蘊藏著一份簡單的統一，這也是亙古不變的，生命的運行同樣離不開這份簡單。通過核苷酸眾志成城的努力，所有激活細胞的微小的靈活的化學過程，把 DNA 轉錄成了 RNA，這在進化史上只發生過一次。自此之後，這個化學過程在整個自然界裡一直保持著非常穩定的狀態。對此，已故的法國遺傳學家雅克·莫諾德曾半開玩笑地說：“大腸桿菌和大象都是這麼運作，這一點也不誇張！”這就是作為生物的相似性。
其實呢，每一個生命都是在原始計劃的基礎上擴展而來的，人類只是擴展得更充分而已。我們人類用了 38 億年擴容自己，我們每個人身上都記載了這一路上我們這個物種的調整，無論是小修小補還是大興土木，還有我們為此做出的適應，如果有本記錄本，那它簡直太長太長了。值得一提的是，我們和水果蔬菜有著密切的聯繫。要知道，
在香蕉裡發生的化學反應，有一半和發生在我們身上的化學反應，在本質上一模一樣的。
有一句話怎麼多說都不嫌嘮叨——生命同根同源。事實已經一次次驗證了這句話，我想未來還會繼續應證下去。它是對生命最深刻最真切的闡述。好了，關於生命的物質，我們終於講完了，從下一集開始，我要給你詳細講講人類起源的故事了。
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[1] http://www.sciencemag.org/news/1997/01/fly-eyes-have-it-second-master-gene
[2] https://www.genome.gov/11509542/comparative-genomics-fact-sheet/
[3] http://education.seattlepi.com/animals-share-human-dna-sequences-6693.html
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_organisms_by_chromosome_count
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Human_Genome_Project
[6] https://www.theguardian.com/science/2015/mar/19/do-your-genes-determine-your-entire-life
[7] https://www.hsph.harvard.edu/obesity-prevention-source/obesity-causes/genes-and-obesity/
說明：
《宇宙自然生命簡史》是我重譯、改編的《萬物簡史》。
1、修正了原書中不準確的知識點。
2、更新了最近這 10 年來的科學進展。
3、補充新增大量相關知識點。
4、直接翻譯自英文原著，沒有使用原譯。
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