2018-3-4

《我們?nèi)祟惖幕颉?:生物學(xué)家的神兵利器

| 音頻轉(zhuǎn)述師：懷沙 |

你想必聽說過 23andMe，這是一家專門提供個(gè)人基因測(cè)序服務(wù)的公司,。我最早知道這家公司大約是十年前,，是因?yàn)樗膭?chuàng)始人是 Google 的謝爾蓋·布林的老婆，當(dāng)時(shí)大概只有極客圈的人對(duì)這事兒感興趣,。我現(xiàn)在想起來這家公司,，是因?yàn)樗麄兓鹆?。去年圣誕節(jié)期間，23andMe 的測(cè)序服務(wù)包是最新流行的圣誕禮物,。

而且現(xiàn)在他們都開始贊助冬奧會(huì)轉(zhuǎn)播了,。這項(xiàng)服務(wù)已經(jīng)變得非常簡單。你買個(gè)測(cè)序包,，里面有個(gè)小塑料瓶,。你要做的就是把自己的唾液注入塑料瓶，然后用附帶的回郵信封把塑料瓶寄回公司,。幾周之后,，你就會(huì)收到一份對(duì)自己基因的分析報(bào)告。

花99美元,，就能知道你的祖先構(gòu)成是怎樣的,，比如百分之幾是漢人、百分之幾是蒙古人,、百分之幾是東南亞人,。花199美元,，你還能知道你的基因?qū)ι眢w健康的影響,，也就是你得一些常見疾病的概率 —— 比如說，你將來有多大的可能性會(huì)得阿茲海默癥（也就是老年癡呆癥）,。

我說這些可不是為了給他們做廣告,。事實(shí)上中國的深圳華大公司似乎正打算把這項(xiàng)服務(wù)的價(jià)格降到100元人民幣以內(nèi) [1]。

我想說的是,，你難道不覺得這件事很神奇嗎,？僅僅需要一點(diǎn)唾液！科學(xué)家早就知道有關(guān)基因的一些知識(shí)了,，但是你可要知道,，僅僅在15年前，這樣的服務(wù)都是根本不可想象的,。

而這件事的意義,，這個(gè)技術(shù)帶給我們的新認(rèn)知，更是令人贊嘆,。今天開始咱們就講一本有關(guān)人類基因研究最新進(jìn)展的書,，《我們?nèi)祟惖幕颍喝祟惖臍v史與未來》（ A Brief History of Everyone Who Ever Lived: The Stories in Our Genes ），作者是科學(xué)作家亞當(dāng)·盧瑟福（Adam Rutherford）,。

剛剛有基因技術(shù),、但是這個(gè)技術(shù)還很貴的時(shí)候，我們可能會(huì)對(duì)基因有各種猜測(cè)，有各種誤解,。等到這個(gè)技術(shù)便宜到能讓你隨便研究每一個(gè)人,，你才能獲得一個(gè)系統(tǒng)性的認(rèn)知。

而我們發(fā)現(xiàn),，這個(gè)系統(tǒng)性的認(rèn)知,，跟我們之前想象的，可是有點(diǎn)不一樣,。

1.基因組計(jì)劃

有關(guān)基因的知識(shí)幾十年前就已經(jīng)進(jìn)入中學(xué)教科書了,。我們知道人有23對(duì)染色體，DNA 是雙螺旋結(jié)構(gòu),。如果所有 DNA 是一本書，基因就相當(dāng)于書中的一個(gè)個(gè)段落,?；驔Q定了蛋白質(zhì)的編碼，蛋白質(zhì)又是構(gòu)成身體的基本單位,，所以人是按照基因長的,。

但是你的中學(xué)教科書里可能沒寫，人到底有多少個(gè)基因,。這個(gè)問題最近才解決,。上世紀(jì)九十年代，基因測(cè)序技術(shù)取得了突破,，科學(xué)家才有條件在1997年開啟“人類基因組計(jì)劃”,，目的就是了解人類所有的基因。到2003年這件事才做成,。

我先說說這個(gè)“了解人類所有基因”是什么意思,。你肯定聽說過，每個(gè)人的基因都是不一樣的 —— 那現(xiàn)在科學(xué)家憑什么說已經(jīng)測(cè)量了所有的基因呢,？為此你要區(qū)分“基因”和“基因的版本”,。

其實(shí)基因都是這些基因，但是每個(gè)基因都有不同的版本,。每個(gè)人都有決定頭發(fā)顏色的基因,，而且都是由同一批基因決定。但是每個(gè)基因可以有不同的“版本”,，也可以說是“變體”（也叫“遺傳型”,，genotype），是一些微小的差異,。比如說一個(gè)基因上有好幾千個(gè)堿基對(duì),，其中有一個(gè)堿基對(duì)，在你那里是A，而在我這兒是G,。就這么一點(diǎn)微小的差異,，就可能導(dǎo)致咱倆身上某些功能不一樣，可能我是黑色頭發(fā),，而你的頭發(fā)有點(diǎn)發(fā)紅,。基因和基因變體這兩個(gè)詞經(jīng)常被人混用,，你得結(jié)合上下文才知道具體的意思,。

所以人類基因組計(jì)劃并不需要把所有人的基因都測(cè)一遍，它只要測(cè)一個(gè)人,，我們就已經(jīng)知道人都有哪些基因了,。而僅僅做到這些，就有兩件事讓科學(xué)家們非常震驚,。

第一件事是人身上的基因很少,。以前科學(xué)家們?cè)O(shè)想過人有多少個(gè)基因，有人說十萬個(gè),，有人說二十萬個(gè) —— 結(jié)果最后測(cè)出來發(fā)現(xiàn)人只有兩萬個(gè)基因,。要知道很多低等動(dòng)物的基因個(gè)數(shù)都比人類多！比如像蛔蟲,、香蕉,、水蚤，它們的基因個(gè)數(shù)都比我們多,?？磥砣酥詤柡Γ皇强炕騻€(gè)數(shù)多取勝的 —— 就好像書重不重要不在于長短一樣,。

第二件事是我們身上的絕大多數(shù)基因是沒有用的,。以前科學(xué)家估計(jì)80%的基因都有用，2014年的認(rèn)知 [2] 是只有8.2%的基因有點(diǎn)用,。而這本書說,，真正參與到對(duì)人體有用的蛋白質(zhì)編碼的基因只占到了2%。盧瑟福打了個(gè)比方,，說這就好比《罪與罰》這本小說中總共有20多萬個(gè)單詞,，但是其中有大段大段重復(fù)的話，有的話作者已經(jīng)刪除了但保留在小說中,，還有許多毫無意義的垃圾話 —— 真正有意義的,，一共只有300句話。

這顯然是個(gè)好消息,?？茖W(xué)家的研究工作量大大減少了，只要把這些有用的基因研究明白就可以了 —— 23andMe 也不用看你所有的基因，只要查看關(guān)鍵的幾個(gè)就行了……其實(shí)這么說不一定對(duì),，但咱們今天先說說它對(duì)的一面,。

有了完整基因測(cè)序這個(gè)神兵利器，生物學(xué)家簡直是大殺四方,。今天咱們單說一個(gè)例子,。

2.另一*種*人

從1856年開始，陸續(xù)有一些不同于我們智人的“人類”骸骨被發(fā)掘出來,，當(dāng)時(shí)人們就判斷這是另外一個(gè)人種,，并且根據(jù)第一個(gè)發(fā)掘地點(diǎn)命名為“尼安德特人”。

科學(xué)家推測(cè),，智人是在6萬多年前到達(dá)歐洲,，而那個(gè)時(shí)候尼安德特人已經(jīng)在歐洲了，從此后智人和尼安德特人共同生活過一段時(shí)間,，然后在大約3萬多年以前,，尼安德特人就消失了。尼安德特人的腦容量比我們的還要大一點(diǎn),，身體比我們強(qiáng)壯得多,，身高跟我們差不多,，長相似乎也不太難看,。他們也會(huì)用火，而且好像有不遜于當(dāng)時(shí)的我們的文明程度,。但是現(xiàn)在既然他們滅絕了而我們統(tǒng)治了地球,，想必還是我們更高級(jí)。

在共同相處的那幾萬年間,，尼安德特人和智人之間究竟發(fā)生了什么,？

現(xiàn)代技術(shù)還原的尼安德特人長相

基因測(cè)序可以告訴我們很多。早在1997年,，人們就從那個(gè)1856年發(fā)現(xiàn)的尼安德特人的肱骨（也就是上臂骨）中提取了一段 DNA,。當(dāng)然骨頭早就都硬化了，但是那個(gè)部位曾經(jīng)是一段軟組織,，科學(xué)家居然可以提取出 DNA,。這次基因測(cè)序開啟了基因古人類學(xué)（Paleogenetics）的時(shí)代?？茖W(xué)家是2003年才第一次繪制出了人的完整 DNA,，而到了2010年，我們就得到了尼安德特人的完整 DNA,。

把他們和我們的 DNA 一比對(duì),，科學(xué)家得到一個(gè)有點(diǎn)無奈的故事。

3.對(duì)尼安德特人的破案

DNA 發(fā)生偶然變異，這個(gè)差異化的速度是恒定的,，所以科學(xué)家就可以推測(cè)出智人和尼安德特人在演化的道路上分道揚(yáng)鑣,，大約是在50萬年以前。這五十萬年的時(shí)間并沒有讓我們和他們成為截然不同的兩種人,。

比如說,，尼安德特人很可能也有語言能力。有個(gè)基因叫 FOXP2,，科學(xué)家相信它和語言能力密切相關(guān),。人類和猩猩都有 FOXP2 基因，但是“版本”不同,，而且只有兩處差異,。也許就是這點(diǎn)微小的差異決定了人能說話而猩猩不能。但是尼安德特人的 FOXP2 基因,，跟人的完全相同,。

我們甚至可以知道尼安德特人對(duì)某些氣味的感知。你知道豬的口水是什么味的嗎,？其實(shí)不同的人聞起來是不一樣的味道,。有的人覺得豬的口水是像尿一樣惡心的味道，有的人則覺得是甜味,，還有的人覺得沒什么味道,。你對(duì)這種味道有什么感覺，完全取決于一個(gè)叫做 OR7D4 的基因,，在你身上是什么變體,。而測(cè)序表明，安德特人身上 OR7D4 基因的變體,，會(huì)讓他們覺得豬的口水很惡心,。

還有一個(gè)基因叫 MC1R，它能決定頭發(fā)是否是紅色的 —— 只有少數(shù)人有這個(gè)變體,?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)尼安德特人身上有這個(gè)基因變體，所以至少有一部分尼安德特人有紅頭發(fā),。同樣道理,，科學(xué)家還知道有些尼安德特人是白皮膚 —— 而你要知道，三萬年以前,，智人還沒有變異出白皮膚來,，基本都是黑人。

像這樣的知識(shí),，只有基因測(cè)序才能告訴你,。尼安德特人留下的遺跡很少,，你無法從骨骼判斷他們會(huì)不會(huì)說話和對(duì)味道有什么感覺。他們也根本就沒留下任何頭發(fā),。但是我們現(xiàn)在居然知道這些,！

而基因告訴我們的還不只是這些。

2010年的那些研究發(fā)現(xiàn),，現(xiàn)代人和尼安德特人有99.7%的基因相同,。而對(duì)比之下，我們跟猩猩有98.8%的基因相同 [3],。這說明我們距離尼安德特人似乎并不怎么遙遠(yuǎn),。請(qǐng)注意這里我們必須再次區(qū)分“基因”和“基因版本，或者叫基因變體”這兩個(gè)概念,。99.7%是基因相同,，而基因變體的相似度沒有這么高。

現(xiàn)代歐洲人身上,，大約有2%的基因變體,，非洲人沒有，但是尼安德特人有,。這說明這些基因是繼承于尼安德特人,。這說明智人曾經(jīng)和尼安德特人發(fā)生過雜交！雜交了還有后代,，而且后代也有生育能力,，這就說明尼安德特人和智人并不是完全不同的物種，至少?zèng)]有遙遠(yuǎn)到有生殖隔離,。

東亞某些人身上有高達(dá)4%的尼安德特人基因,。那這個(gè)雜交,，到底是怎么發(fā)生的呢,？

把現(xiàn)代人身上的尼安德特人基因往前推，就能發(fā)現(xiàn)最早的時(shí)候,，人類 X染色體上的尼安德特人基因很少,，而 Y染色體上的尼安德特人基因比較多。我們知道 X染色體來自于母親,，Y染色體來自于父親,。這說明，最早的雜交,，是發(fā)生在尼安德特人中的男性和智人中的女性之間,。

換句話說，很有可能,，是尼安德特人強(qiáng)暴了智人,。

而這些雜交帶給人類的可不是什么優(yōu)勢(shì),。有研究認(rèn)為這些來自尼安德特人的基因給人類帶來了糖尿病、回腸炎和吸煙上癮 [4] ,。這還不算那些在此后幾萬年中被智人在演化中清洗掉的尼安德特人基因,。

| 由此得到

1. 僅僅從基因出發(fā)，我們就能得到如此多的新知識(shí),。

2. 人類的歷史遠(yuǎn)比我們想象得更復(fù)雜,，也更精彩。

所以,，好消息是基因測(cè)序告訴了我們很多此前不知道的消息,。壞消息是這些消息未必是好消息。

那你能不能說,，尼安德特人污染了智人的基因,？你能不能說智人比尼安德特人優(yōu)等？一說到這些就不可避免地涉及到種族主義,。其實(shí)只要說到基因就會(huì)牽扯到種族主義,。像這樣的問題到底應(yīng)該怎么理解呢？咱們后面慢慢說,。

參考文獻(xiàn)

[1] 華大發(fā)布兩款最新測(cè)序儀,，基因測(cè)序?qū)⑦M(jìn)入百元時(shí)代？ 2017-10-28 搜狐新聞

[2] People Use Just 8.2% of Their DNA, Study Finds, By Laura Geggel, Staff Writer | July 24, 2014 https://www./46986-human-genome-junk-dna.html

[3] Neanderthals, Humans Interbred—First Solid DNA Evidence, By Ker Than, for National Geographic News MAY 8, 2010.

[4] Neanderthals gave us disease genes, By Paul Rincon, BBC News, 29 January 2014.