当基因不是“说明书”：一场关于生命的新叙事

如果要给生命找一个类比，来直观地描述和体现其运作机制，你会怎么选择？

早期的科学家常常用机器来类比生物体，这个不妥当的比喻显然过时了。后来，人们借用了技术革命的伟大产物——计算机。不过，这个类比也不准确，甚至充满了误导性。

事实上，人类制造出来的任何技术产品都不适合用来类比生物体。生命的复杂性超出了我们此前的想象，任何简化都会带来诸多问题。这就是我们为什么需要一种全新的生物学，来帮助理解神秘又复杂的生命运作机制。作者在本书中就探索了这一新的生物学，揭示出基因、蛋白质、细胞、组织和神经系统等每一个层级都有自身的规则和原则，生命正是自这些层级的相互作用与协同运作中涌现。

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下文节选摘编自该该书“序言”

2000年6月26日，时任美国总统的比尔·克林顿宣布，科学家绘制了第一幅人类基因组序列草图。也就是说，他们推导出了构成人类DNA（脱氧核糖核酸）的基本化学构件（约30亿个碱基对）是按照何种顺序串联在一起的。克林顿说：“此时此刻，我们正在学习上帝创造生命的语言。”

他错了，但错的地方不（只）是你想的那样。

当然，大家对政客说错话（包括但不限于科学领域的情况）都司空见惯了。不过，当时在场的两名科学家也没有立刻纠正克林顿。相反，其中一人——彼时的美国国家卫生研究院院长、曾任美国前总统乔·拜登的科学顾问的弗朗西斯·科林斯——表达了同样的观点，为人类掌握了阅读“自身说明书”的新能力而欢欣鼓舞，毕竟，“此前掌握这项能力的只有上帝”。

许多科学家都会因为这些言论宗教色彩浓重而感到愤怒，但实际上，这还不是问题所在。（除非你是无神论者，或是神学家。）时至今日，提到人类基因组，“生命的语言”和“人类的说明书”这两个比喻仍是最常出现的。完成（几乎）全面分析人类基因组任务的，一是人类基因组计划（HGP）这个国际项目，二是生物技术企业家克雷格·文特尔私人资助的并行计划。文特尔也出席了克林顿宣布这项成就的仪式，他曾公开声明自己是个无神论者。

20多年过去了，事实表明，人类基因组计划联盟提供的信息，以及后续对数万个人类个体基因组的测序结果，正是生物医学研究的重要资源。当然，这就是人类基因组计划一直以来的愿景和重要任务。这些信息不仅让我们距了解生命本身这个目标稍近了一点儿，更是在某些方面向我们证明：人类与真正实现这个目标之间的距离比我们预想的远得多。因为，即便真的存在某种类似生命语言的东西，我们也不可能在基因组中找到——基因组与人类制作的任何说明书都不一样。

然而，这类带有误导性的基因组比喻一如既往地流行。其中，“蓝图”的比喻是流传最广的，其背后的含义是：这30亿个字符串构成的“密码”中蕴含着构筑人体的方案，我们只要知道如何破译密码就好了。

实际上，“密码”这个概念本身就暗示基因组类似计算机程序，是生命运行的某种神秘算法。我们甚至赋予“生命之书”这个比喻更为具体的物理含义：基因组由总共109本不同的书构成，分为23卷（每一卷代表一对人类染色体），每一页上都密密麻麻地写着由4个字母（A，T，C，G）按各种顺序组成的文字，这4个字母就是构成DNA的基本组分。我很乐意让读者自行判断哪本书——你正在读的这本或图中的那本——更清楚地描绘了生命的运作机制。我这本书的目标就是诠释为什么上述比喻都不恰当，为什么它们需要更新，以及为什么只有抛弃这些不恰当比喻，才能理解生命的运作机制。另外，本书也会尝试用更合适的比喻代替现有的误导性比喻。实际上，关于基因组本身的比喻从来就没有少过，比如乐谱或剧本。在诸多比喻中，有一些比我们最常见到的“密码”和“生命之书”更为贴切，但没有一个是完美的。关键在于，为了解释生命的运作机制而探究基因组，很像是为了理解文学作品而查阅字典——当然，这个比喻也不完美。

当生物学家被问到为什么基因组（既有我们人类的，也有许多其他物种的）解码工作没有为我们认识所谓的生命过程提供多少真知灼见时，他们通常会表示，事实证明，解码基因组比预想的复杂得多。荷兰生物学家贝·维林加整个职业生涯都在研究基因如何影响生命与健康。2018年，他在退休时说：“（完成人类基因组计划后）我们觉得搞定了一切。当然，现实证明并非如此。实际上，不确定的问题反而更多了。”

维林加还相当尖锐地补充说：“说实话，我之前真的认为细胞和分子之间的关系应该会简单一些（就像基因及其编码的分子之间那样）。”实际上，我们都是这么认为的。人类基因组计划很大程度上也是基于这种想法启动的。讽刺的是，这个项目本身反而成了一个证明我们应该放弃这种幻想的绝好证据。

然而，放弃这种幻想并不一定就是投降——在令人困惑无比的诸多问题面前，维林加似乎屈从了。相反，人类基因组计划的发现恰恰像是一封邀请函，上面写着：“这个问题当然不简单！我们怎么能想象生命本身究竟是什么样子呢？但是，我们在基因组中发现的是何等辉煌、巧妙且有用的创造力啊！”

我们尤其不能把生命等同于计算机这种特殊的机器。诚然，生命会执行某种计算，也确实可以用信息论（这个理论的提出是为了描述现代信息技术）相当好地理解生物学的关键特征。此外，将生命比作机器，有时是一种思考生命过程中各个部分具体运作方式的有效途径，我偶尔也会做这样的类比。称我们的细胞拥有类似泵、发动机、传感器、存储器和读出设备的功能，确实是一种浅显易懂的说法。然而，这迥然不同于现代生物学研究的一种发展趋势——通过将生物体与电路、计算机或工厂类比，来讨论生物体的基本特征。就目前的情况而言，没有任何计算机的运作方式与细胞类似，至于计算机未来是否会向此方向发展（或者说，仿照细胞工作模式是否会成为设计和制造计算机的一种好方法）则更是远没有定论的事。实际上，迄今还从未出现任何与生命系统足够类似的人类技术制品。生命是一种与任何机器都不同的实体，有自己的逻辑，无法用别的事物做类比。

在整个生物学历史中，如何定义“生命”始终是一个悬而未决的问题，并且至今都没有形成公认的答案。不过，描述生命实体的最佳方式之一就是不借助我们通常认为可以定义生命的任何特征或属性，比如自我复制、新陈代谢和进化。相反，生命实体本身就是意义的创造者。生物体从环境（包括自己的身体）中挖掘对它们有意义的事物，比如水分、营养成分、适宜的温度。毫不矫情地说，按同样的逻辑推导，对人类来说，这些有意义的事中还有一件是爱。

把生命类比成机器之所以会失效，一大关键在于，细胞在分子尺度上工作，而分子世界的情况与日常世界大为不同。分子运动随机、不可预测、充斥着噪声，在这些混乱的特性面前，生命与其说是在努力维持秩序，不如说是在尝试充分利用这种特性。生命蓬勃发展的基础便是分子层面的噪声与多样性，是偶然出现的意外和波动。要是分子失去了这种混乱的特性，生命就无法运作。

因此，没有任何特别的地方供我们寻找生命运作方式的答案。生命是一种多层级过程，每个层级都有自己的规则和原理：基因有基因的规则，蛋白质有蛋白质的规则，细胞、组织及其他身体模块（比如免疫系统和神经系统）也各有规则。对生命来说，这些规则都不可或缺，而且没有优先级、重要性之分。就像诺贝尔奖得主、生物学家弗朗索瓦·雅各布写的那样：“生命可不是一种单一组织，而是一系列像俄罗斯套娃那样互相嵌套的组织。每一种组织内部都隐藏着另一种组织。”

因此，正如法国巴黎高等师范学院生物学教授米歇尔·莫朗热所说：“生物功能是在跨越全部生命尺度（从分子到整个生物，甚至要囊括所有生物群落）的各种复杂组织结构中产生的。只有在这种层级结构中才能找到复杂生物功能的起源与解释，而不是在简单分子组分这种基因表达的直接产物中寻找。”生命生来就与“众多”二字联系在一起。

这种模式竟然真的有效，这确实令人惊诧。如果你和比尔·克林顿一样，认为创造生命的荣耀属于上帝，那么我希望你能体会到一点：上帝应该比人类基因组计划所体现的聪明得多，创造力也强得多。如果你觉得不必将生命同上帝联系在一起，那么我建议你细细品味生命的精巧与神奇。