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该承认了:基因并非生命蓝图

  对公众传达的生物学观点通常过于简化和过时。一本新书主张,科学家必须澄清事实。

  菲利普·鲍威尔(Philip Ball)的新作《How Life Works: A User’s Guide to the New Biology》指出,长久以来,科学家一直习惯于借助“生命系统简单地像机器一样运行”的懒惰比喻。然而,重要的是要公开生物学的复杂性,包括我们所不知道的部分,因为公众对生物学的理解影响政策、医疗保健和对科学的信任。鲍威尔写道,“只要我们坚持认为细胞是计算机,基因是它们的代码”,生命就如同“充满了看不见的魔法”。但实际上,“现实要远远有趣和奇妙得多”,就如他在这本不可错过的生物学用户指南中所解释的,无论是对生物学专家还是非专家都是如此。

  2001年人类基因组被测序时,很多人认为它将成为生命的“说明书”。但事实证明,基因组并非蓝图。实际上,大多数基因并没有能够从它们的DNA序列中确定其预设功能。

  相反,基因的活性——比如它们是否表达,或者它们编码的蛋白质的长度——取决于各种外部因素,从饮食到生物体发育的环境。而且每个特征都可能受到许多基因的影响。例如,近300个基因的突变被确认与一个人患上精神分裂症的风险有关。

  因此,鲍威尔指出,说基因导致了某种特征或疾病是极为简化的观点。事实上,生物体非常强壮,即使关键基因被移除,某些特定功能通常仍能执行。例如,尽管HCN4基因编码一种作为心脏主要起搏器的蛋白质,但即使该基因发生突变,心脏仍能保持节律1。

  鲍威尔批评的另一个隐喻是,一个形状固定的蛋白质与其靶标结合类似于钥匙插进锁孔。他指出,许多蛋白质都有无序域——形状不固定、不断变化的部分。

  这种“随意性和不精确性”并不是草率的设计,而是蛋白质相互作用的一个重要特征。无序使得蛋白质成为“多功能的传达者”,能够迅速响应细胞中的变化,在不同情况下结合不同的伙伴并传递不同的信号。例如,当铁稀缺时,蛋白质顺式甲酰辅酶能够从代谢糖转变为促进红细胞摄取铁。近70%的蛋白质域可能是无序的。

  经典的进化观念也应该受到质疑。进化常常被视为“让随机突变将一个氨基酸替换为另一个,然后看看会产生什么效果”的一个缓慢过程。但事实上,蛋白质通常由几个称为模块的部分构成——对这些模块进行重新组合、复制和改进是产生有用新蛋白质的常见途径。

该承认了:基因并非生命蓝图

(示意图)

  在书的后面部分,鲍威尔探讨了一个哲学问题:是什么让一个生物体具有生命力。主题是代理能力——生物体带来对自己或环境的变化以达到目标的能力。他认为,这种代理能力归因于整个生物体,而不仅仅是它们的基因组。基因、蛋白质和进化等过程并没有目标,但人类当然有。植物和细菌也有,在更简单的层面上——例如,细菌可能会避开某些刺激并被吸引到其他刺激。这种方式上的推翻基因组的地位颠覆了当前对生物学的标准观点,我认为这样的挑战是当下迫切需要的。

  鲍威尔并不是唯一一个要求彻底重新思考科学家们如何讨论生物学的人。过去一年,我和其他人写了一系列这类的出版物,都强调重新界定基因的功能。所有这些出版物都强调了生物体如何控制其基因组的生理过程。所有这些都主张代理能力和目标是被传统以基因为中心的生物学观点所忽视的生命的明确特征。

  这一系列活动显示了一种失望的思想,“是时候对旧观点产生不耐烦了”,正如鲍威尔所说的。遗传学本身不能帮助我们理解和治疗许多造成最大医疗负担的疾病,比如精神分裂症、心血管疾病和癌症。作者指出这些情况本质上是生理性的——尽管具有遗传成分,它们仍然是由细胞过程出现故障所造成的。我们必须理解这些整体的过程,如果我们希望找到治疗方法。最终,鲍威尔得出结论:“我们正在对生命运作方式进行深刻的重新思考。”在我看来,“开始”是关键词。科学家必须小心,不要用新的教条来替代旧的教条。是时候不再假装,以旧观点为基础,我们知道生命是如何运作的,除了一些片段。相反,我们必须让我们的观念随着未来几十年的发现而演进。坐在不确定中,努力进行这些发现,将是21世纪生物学的重大任务。

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