书城科普读物先天后天:基因、经验及什么使我们成为人
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第5章 万物之灵(4)

到了1998年,瓦尔基知道了我们为什么会这样特殊:一个由92个字母组成的序列,从人类6号染色体的CMAH基因上消失了,这个基因正是制造Gc所需的酶。之后他发现了这个序列是如何消失的。这个基因的正中间有一个Alu序列,这是一组会侵入人体基因组的”跳跃基因“。猿猴体内也有一个稍微有些差别的古老的Alu序列,但是人体内的这个Alu序列已知是人类所独有的。

因此,在人类和猿类展开进化分离一段时间以后,Alu序列表现不凡,它跳入CMAH基因,与较老的Alu序列交换了位置,偶然之中抹去了那个92个字母的序列,成为现在的这个样子。(如果这听起来像是费解的遗传学语言,那么你可以这么想:一个电脑病毒毁了你的一个文档。)起初,科学界对瓦尔基的发现呵欠连天,提不起兴致。那又怎样呢?

你只不过发现了一个基因在人体内降格了,在猿猴体内却没有,这有什么大不了的。但是,瓦尔基没有那么轻易沮丧,至今他仍然对人类和猿类之间差异的主题深感兴趣。他的第一个任务便是要精确指出基因发生突变的具体时间。DNA不能从人类祖先的古化石中得以还原,但唾液酸可以。他发现尼安德特人(Neanderthals)和我们一样,体内有Ac,却没有Gc;但是一些更老的化石(出自爪哇和肯尼亚)来自有着温暖气候的地域,可以发现他们的唾液酸有着较大程度的退化。然而,通过统计死者体内CMAH 基因的数目变化,并运用分子钟分析,他的同事高田友纪(Yuki Takahata)已经能够估计出,这个突变大约在250万年前或300万年前在某个人体内发生,这个人是如今所有活着的人的祖先之一。

瓦尔基接着探索突变还可能导致其他哪些结果。大多数动物,即使是海胆,体内都有这个基因在起作用。但如果将老鼠胚胎里的这个基因”关闭“,它长大后也会很健康并具有生殖能力。唾液酸是细胞外部的一种糖,就像是细胞表层生长出的一种花儿。它是会引发感染的病原体,包括肉毒中毒、疟疾、流感和霍乱等病毒攻击的首批目标之一。一般来说,缺乏某种唾液酸,会让我们多多少少比猿类更容易受到病毒侵害。(细胞表层的糖是免疫系统的第一道防线)可有趣的是,Gc这种唾液酸几乎可发现于哺乳动物身体的各个部分,但除了大脑。瓦尔基所说的这种基因在哺乳动物大脑中处于闭合状态。哺乳动物的大脑若要正常运作,就得关闭这个基因,这一定有某些原因。瓦尔基像得到缪斯的启示一样,他灵感一现,推测也许200万年前,人类大脑加快扩容,有可能正是因为人类在进化中多走了一步,将体内的这个基因全部关闭。他承认这是一个疯狂的想法,因为对此他并无证据;他正在探索一片全新的疆土。有意思的是,这以后,他还发现了另一个有关处理唾液酸的基因也在人类身体中关闭。

即使是像这样限于小范围的研究,也会带来一些现实的影响。它强有力地证明了我们必须摒弃异种移植的想法,即将动物器官移植入人体,那么人体对Gc 的过敏反应是不可避免的。既然你可以在人体组织内找到这种唾液酸的痕迹,那这些唾液酸估计应该源于动物食品。近来,瓦尔基一直在喝稀释过的唾液酸,来测试自己的身体会如何应付它。他怀疑,一些由于吃红肉而引起的疾病,可能与要处理动物体内的糖相关。但是瓦尔基也第一个承认,人类和猿类的巨大差异,不能简化为一种糖分子的差异。

我们和其他哺乳动物动物有着大致相同的一套基因,但是却有了不同的演化。这是如何达成的呢?如果两套近似的基因能够形成差异如此之大的两种动物,如人类和黑猩猩,那么显而易见,差异一定源于别处而非基因。我们一直生长在先天——后天这样的两分之中,发生在我们身上的显著变化归于后天。那么,我们可以做一个效果明显的实验。将人类的一颗受精卵植入猿猴的子宫里,再反向做一次。如果后天起决定性作用的话,那么人会生出人来吗?猿猴会生出猿猴来吗?有谁愿意一试吗?

类似的实验已经做过,不过不是用猿类。动物园里,人们常把一些雌性动物的子宫借以孕育其他动物的胎儿,当然这是出于保护动物。结果,最乐观地来看,这样生育出的动物也是混杂的。家牛肚子里生育出的印度野牛和爪哇野牛,出生后会很快死亡。还有其他一些相似的失败例子,比如绵羊怀胎育出的欧洲盘羊,羚羊怀胎育出的紫羚羊,家猫怀胎育出的印度沙漠猫和非洲野猫,以及家马怀胎育出的格兰特氏斑马。这些失败的实验表明,代孕母亲一定不能顺利生产出黑猩猩胎儿。但是,他们至少证明了,在这些例子中,出生的胎儿更像它们生物意义上的父母,而非代生父母。这些实验原本是想通过在家养动物子宫里大量繁殖稀有的物种,从而挽救珍稀动物。

这是一个显而易见的结果,实验似乎没有什么意义。我们都知道,将驴子的胚胎移植进马的肚子里,生出来的会是骡子。(驴子和马在基因上的相似性,比人与黑猩猩之间的相似性更强。)类似于两种猿类之间的差异,马也比驴子多一对染色体。染色体数目的不相配说明了为什么骡子没有生殖能力,这也暗示如果男人与一只雌黑猩猩交配,生出的婴儿即使可以存活,也会成为一个没有生育能力的猿人,但倒是有很大的杂种优势。有传言说20世纪50年代里曾有人做过这个实验,但似乎不会有人真的去尝试这个虽简单却不合伦理的实验。

因此,这个难题变得愈加难解。基因,而非子宫,决定了物种。但是,即便人类和黑猩猩有着大致相同的一套基因,二者的外形却相差甚远。一套基因如何演化为两个物种?我们的大脑如何发展为黑猩猩大脑的3倍,而且可以学习说话,其他动物却又没有额外的一套基因来实现这一切呢?

启闭开关

我忍不住要做一个文学上的类比。查尔斯·狄更斯(Charles Dickens)在《大卫·科波菲尔》(David Copperfield)中开篇写道,”让人们明白本书的主人公是我而不是别人,这是本书必须做到的。“J.D.塞林格(J.D.Salinger)的《麦田的守望者》(The Catcher in the Rye)中第一句是,”你要是真想听我说,你想要知道的第一件事可能是我在什么地方出生,我倒霉的童年是怎样渡过的,我父母在生我之前干些什么,以及诸如此类的大卫·科波菲尔式废话,可我无意告诉你这一切。在两本书接下来的内容里,极为相似的一点是,两位作家用了同样的几千个单词。当然,塞林格使用的一些单词并没有在狄更斯的书里出现,例如电梯或废话;狄更斯也用了一些塞林格没有使用的单词,例如胎膜和易怒。但相比他们共同使用过的单词,这些只是寥寥可数。可能两本书中至少90%的词是相同的,但它俩是完全不同的两本书。这个差异并不是取决于是否使用同一系列单词,而是取决于这一系列单词的组合和顺序。同样,人类和黑猩猩的差异,并不是源于不同的基因,而是源于同样的3万个基因以不同的顺序和模式排列。

我说这些的时候信心百倍,这源于一个重要的原因。当科学家们首次揭开动物基因组的真相时,他们最感震惊的是,在有着不同野生习性的动物中,有几套相同的基因。20世纪80年代早期,研究蝇类的遗传专家兴奋地发现,数目不多的一组同源基因(hox genes)决定了蝇类早期发育阶段的身体结构——大致决定了头的位置、腿的位置和翅膀的位置,等等。但是他们也不清楚接下来究竟会发生什么。研究老鼠的同行们发现,老鼠体内也有这套同样顺序的同源基因,并起着同样的作用。如同决定蝇类翅膀的位置,这套基因也决定了老鼠肋骨的位置(而非生长方式),这说明你甚至可以将这类基因在不同物种之间互换。生物学家们对此毫无准备,大感震惊。这实际上说明,所有动物的身体结构规划,早在6亿年以前就由早已灭绝的祖先体内的基因组确定了,自那以后便一直遗传至后代体内。(包括你在内)同源基因用于形成“转录因子”蛋白,它们的功能就是“打开”其他基因。一个转录因子是这样运作的,它将自身结合在DNA 的一个特定区域里,即启动子。

在蝇类和人类这样的生物中(除了细菌这类),启动子区域包括5个分散的DNA 片段,通常位于基因的上游,偶尔位于基因下游。每一组这样的基因序列都会吸附一个不同的转录因子,后者再来启动(或阻碍)该基因的转录。在转录因子结合如启动子区域后,大多数基因才能被激活。每一个转录因子都是基因组里其他位置的另一个基因的产物。许多基因的功能就在于帮助打开或闭合其他基因。而且,一个基因是否易于开启或闭合,取决于这个启动子的敏感度。如果该启动子已经转换或改变了序列,那转录因子就会更容易发现启动子,该基因就会更加活跃。或者,如果这种转换让启动子吸附了起阻碍作用的转录因子,而非促进转录的因子,这个基因就不会那么活跃。