揭开基因编码的奥秘

先跟大家明确几个现代遗传学里的基本概念。只要你对于过去几年非常不寻常的经历,还有一点点残留的记忆，那么你一定还记得“核酸检测”“基因检测”，或者是“DNA检测”，这些本来不应该成为常用语的常用语。说它们在中国已经家喻户晓肯定是不过分的。这里的“核酸”、“基因”，还有“DNA”讲的都是同一样东西吗？恐怕很多人并不是很清楚。

先说核酸。这里的“核”是指细胞核，而不是与核武器相关的原子核，千万不要搞混了。第一次从细胞核里提取出来的一些酸性物质，被科学家们称为“核酸”，这是顺理成章的。后来，科学家们对这些酸性物质进行了深入的研究，发现这些酸性物质都有一个共同的化学结构单元，是一个糖分子；而这个糖分子又区别于葡萄糖和果糖等我们常见的糖分子，于是这个从细胞核里提取出来，新发现的糖分子就被命名为“核糖”。这样一来，原先的核酸也就被更准确地命名为“核糖核酸”，英文的缩写是RNA。再往后，科学家又发现，“核糖核酸”也分两种，其中一种糖分子上少了一个氧原子，被命名为“脱氧核糖核酸”，而DNA就是脱氧核糖核酸的英文缩写。因为DNA研究的发展，比RNA更加迅速和深入，目前在绝大多数语境里，如果不加说明，“核酸”一般就是指脱氧核糖核酸DNA；核糖核酸RNA反而是要特别说明一下的。

那么“基因”呢？基因又是什么呢？与核酸不同，基因不是一个化学术语，而是遗传学术语，它是指包含着遗传信息的物质。在我们所能观察到的生命世界里，所有“永久性”包含遗传信息的物质都是DNA分子，也就是脱氧核糖核酸分子，无一例外。这也是为什么在很多语境里，“基因”与“DNA”是可以相互替换的。严格地讲，所有的基因都是DNA，但反过来并不成立，有些DNA并不包含遗传信息，这些DNA就不能被称为“基因”。

那么，DNA分子是如何包含遗传信息的呢？要讲清楚这个问题，就要了解DNA的化学结构了。DNA是一种链状的分子。如果我们把人体细胞核里的DNA分子全部连起来，然后拉直，它的长度大概有1米！当然它还是足够的细，肉眼还是无法看见的。在这段总长度大约1米的DNA分子里，包含了大约2万到2.5万个蛋白质分子的准确结构信息。这些信息可以存在于一段完整的DNA里，也可能存在于几个不同的DNA片段里，组合之后才成为一个完整基因。

这些蛋白质分子的结构信息又是如何被包含在DNA分子片段里的呢？让我们进一步解析DNA分子的化学结构。DNA分子含有，而且仅含有4种不同的核糖体结构单元，这4种不同结构单元的英文缩写分别是：A、T、G、C。不管这个链状的DNA分子有多长，都是由这4种不同的结构单元按照一定顺序，依次连接而成的。所以任何一段DNA的分子，都可以用这4个字母缩写的序列来表示，比如ATTGCAAATC……乍一看，这像是一串毫无意义的字母序列，但是经过研究，科学家们发现，整个生命世界的蓝图,就包含这些由DNA分子组成的“字母序列”里。

具体来说，每3个字母，也就是3个DNA的结构单元，组成一个高级的单元，称为“三联体”。如果说ATGC这4个DNA结构单元是生命世界的“字母”，那么它们的三联体，比如AGC，就是一个“词汇”，对应一个组成蛋白质的天然氨基酸。科学家们把这种化学结构上的一一对应关系称为“编码”或“DNA编码”。了解了这些编码，也就是具体的结构对应关系，我们就可以通过测定DNA分子结构单元的排列顺序，通常被简称为“DNA序列”，来推测出它所对应，或者说“编码”的蛋白质分子的一级结构，也就是蛋白质的氨基酸顺序。在这个“三联体”的词汇库里，竟然还有“起始”和“终结”这样的“标点符号”，你说神奇不神奇！

我们平时所说的“基因检测”也好，“核酸检测”也好，或者“DNA检测”也好，讲的就是测定DNA分子结构单元的排序，简称“DNA测序”。

用这个方法来检测疾病的时候，其实是反过来的。当我们知道了某一种病毒带着一种病毒特有的蛋白质，那么它就一定有一段与之相对应的DNA分子片段，也就是这种蛋白质的基因。因为这个蛋白质是病毒特有的，有唯一性，所以它的基因序列也是有“唯一性”的。通过“核酸检测”我们可以确认受试者体内，是否已经存在这个DNA分子片段，从而诊断这个人是否已经被该病毒感染。虽然直接检测病毒或蛋白质更准确，但是核酸检测更快捷，更廉价，更适合大面积推广。好了，大致讲清楚了“核酸”“DNA”和“基因”，我们可以讨论“转基因”了。

首先，我们有理由相信，DNA分子，作为这颗星球上所有生命体的遗传信息载体是亿万年“物竞天择”的结果，而不是随机出现的，因为DNA分子具有作为遗传信息载体所必需的各种条件。第一，作为遗传信息的载体，它必须具有高度的稳定性，不能因为环境变化而出现变动，否则物种的稳定性就不存在了。前面我们说了，DNA是脱氧核糖核酸。正是因为脱掉了这1个氧原子，核酸分子的稳定性才得以大大提高，才能胜任“稳定信息载体”的重任，而没有脱掉氧原子的RNA只能承担过渡性的生物功能。

第二，作为遗传信息的载体，它还必须具有高度的可复制性，必须能把它所包含的遗传信息，不出差错地复制到新的DNA分子上，传给下一代，否则就不能称其为“遗传”物质了。完成这一使命的就是我们所熟知的另一个遗传学术语：“DNA双螺旋”。正是因为这个非常特殊的、在生物学家眼中非常优美的“双螺旋结构”，使得一条链状DNA分子可以被准确无误地，拷贝到一条新生成的DNA分子链中去。今天在这里就不展开了。

第三，任何一个可进化的物种，它的遗传信息载体还必须有一点点“可变异性”。也就是说，DNA的稳定性和可复制性不是百分之一百的，必须留出一点点变化的可能性。正是这“一点点”变异的可能性，使得我们今天所能看到的所有物种，都可以在不断变化的自然环境中适应生存。这，就是达尔文进化论的底层逻辑。

这些天然的、随机的基因变异每时每刻都在改变着人类。当我们的生存环境相对稳定的时候，绝大多数随机的基因变异都是“表观无效”的，也就是说该基因变异的携带者不会出现任何表观上的异常；即使有少数随机的基因变异，引起了一点点表观上的变化，比如头发的颜色变深了，也不会影响或基本上不会影响这些变异基因携带者的生存率；但是，只要假以时日，只要人口的基数足够大，总是会出现一些对生存率有影响的基因变异。在这里，我把这些天然的、随机的，而且对携带者的生存率有切实影响的基因变异，称为“上帝的转基因”。正是这些“上帝的转基因”，许许多多悲欢离合的故事就上演了。