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除了偶然的突变可能引起的麻烦，更大更根本的问题是，这个由四个碱基组成的长长的链条是怎样编码了整个人体结构的呢？现在，我们对DNA怎样复制自己，怎样产生RNA，RNA又怎样产生蛋白分子，这些蛋白分子又怎样结合起来组成了各种微观结构有了一点了解。然而，在零星的知识岛屿周围，还是茫茫无际的未知海域。例如，我们知道激素对组织生长发育调节的某些因果关联及机制细节。不过，这类零星的发现只意味着我们才刚刚开始了解动物和植物的发育。
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虽然到目前发育遗传学还有许多谜团，遗传传递的模式却已经得到阐明。当受精时，我们的每一条染色体上的每一个基因都分别从父亲和母亲那里各取得一份拷贝。一套完整的互补的基因，组合起来就是基因组。在每一个细胞内，所有的基因都一定有两份拷贝，各自组成一个完整的基因组，于是我们就有两套基因组，它们构成了我们的基因型。在有机体的发育过程中，我们所观察到的现象称为表现型。基因型在个体发育过程中的表达受到许多因素的影响。在有性生殖过程中，双亲的基因型随机混合，组成了每个子代独特的基因型。从每一个基因的角度来看，这种随机混合可能有两种结果：如果它从两个亲本得到的是同一基因的两个完全一致的拷贝，子代在这个位点上就是纯合子；如果两个拷贝不一样，便是杂合子。
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一个基因的功能如何？就持续多代的整体而言，我们会有一定的了解，但是它对具体个体的作用却难以预料。基因与基因之间，基因与环境之间的作用都会影响表型。因此，有性生殖所产生的个体，在许多方面都是独特的，可能与双亲有很大的差别。
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我们为什么会生病 罕见的基因引起疾病
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大多数遗传病都很罕见，人群中的比例不到万分之一。而且，这些遗传病大多又是隐性的。也就是说，除非两个相同的隐性基因拷贝碰到一起，否则不会造成任何麻烦。这种风险在近亲通婚时概率显著增加，因为亲属比非亲属更有可能携带同样的基因，所以近亲婚姻生出患有隐性遗传病的婴儿的可能性较大。
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自然选择很难清除有害的隐性基因。自然选择甚至不能进一步降低它在人群中的频率。如果有害的隐性基因在人群中的频率是千分之一，人们又不与近亲通婚，那么纯合子的概率只有千分之一的平方，即百万分之一。即使这些不幸的个体统统夭折，自然选择的影响也是非常小的。在这种条件下，新的突变会源源不断地产生，速度达到自然选择淘汰的限度。为什么会这样？因为当基因出现的频率下降时，纯合子个体的出现率下降得更快（纯合子的频率=单个基因频率的平方——校者注）。假设某个基因突变使新生儿致命的概率是百万分之一，那么，该突变基因在人群中的比例将是千分之一。这便是自然选择所能达到的极限。
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显性基因的情形与此不同。只要有一个拷贝的显性致病基因，携带者就会得病，一半子女也会得病。最为人们熟知的是引起亨廷顿病（Huntington’s disease）的基因。大多数病人在40岁以前没有症状，40岁以后记忆衰退，肌肉抽搐，某些神经细胞逐渐退化，直到不能走路，不能自理生活，甚至不记得自己的名字。这种病是一个特别的例子，因为它的病理特征、临床表现非常明确；已知的病例也都能追溯到17世纪的若干欧洲家族。其中一位男子移居到加拿大的新斯科舍省，这个基因和疾病也就传给他的几百名后裔，包括著名的民间歌手伍迪·噶思里（Woody Gathrie）。在18世纪60年代，有一个来自德国的西班牙水手安东尼奥·贾斯托·多里亚（Antonio Justo Doria），在委内瑞拉的马拉开波湖（Maracaibo）的西岸住下来，他的后代是现在最集中患此病的一群人。遗传学家经过不懈的努力，最终发现亨延顿病基因位于第四号染色体的短臂上。
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这就把我们带回到原先的疑问：为什么这个破坏性的基因没有被剔除掉？答案是：因为它在40岁以前的危害很小，而40岁之后才患病的病人生的子女一般不会比正常人少。事实上，有些研究提示，女性病人的子女甚至比平均数要高，男性的生育率似乎要低一点。总之，在现代社会中，自然选择对这个基因的清除影响很小。据估算，美国人群中亨廷顿基因的频率大约是两万分之一。
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亨廷顿病又一次说明了本书第2章中强调的原理：自然选择不选择健康，只选择成功的生殖。只要一个基因不减少存活后代的数量，即使它有破坏性也仍然会保留下来。还有一些致病基因甚至有可能增加生殖的成功率，至少在现代社会是如此，其中一个例子是引起狂躁抑郁症的基因群。狂躁使有些病人性冲动增强，好勇斗狠；而另一些人则才华出众，立下功绩，极富吸引力。如果一个基因能增加生殖的成功率，那么即使它有害处，也将扩散开来。
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表7—1提供了一个基于疾病基因“收益”（beneficiary）的分类法。虽然许多疾病是由突变或者自然选择的限制引起的，这些病在疾病中所占的份额相对很小。在大多数病例中，其过程要更加复杂、更加有趣。
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表7—1 致病基因的益处
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我们为什么会生病 常见的基因引起疾病
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引起疾病的基因可能同时有一定的益处，镰刀型贫血症就是一个经典例子。引起镰状细胞贫血的基因大都来自非洲，那里疟疾流行。在携带这个基因的杂合子里，这个基因改变了血红蛋白的结构，加快了清除血液中受疟原虫感染的细胞，因而在一定程度上对疟疾有限制作用。携带两份该基因的纯合子则患有镰刀型贫血症，他们的红细胞扭曲成新月形或镰刀形，以致不能正常循环，所以引起出血、气短、骨痛、肌痛、腹痛等症状。患病儿童的病情十分可怕，一般无法活到生育年龄。有正常等位基因的纯合子个体的红细胞虽然完全正常，但他们缺乏对疟疾的抵抗作用。镰状型细胞基因体现了杂合子优势（heterozygote advantage）。因为杂合子对疟疾的抵抗性比两种纯合子都要好些：有镰状细胞基因的纯合子因镰刀型贫血症而不能生存，没有生育机会；有正常等位基因的纯合子又因为易感疟疾而不适应生存。这两种选择力的相对强度决定了这个位点的基因频率。因此，引起致命疾病的基因和使人易感疟疾的基因可以同时在人群中维持很高的频率。
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虽然镰状型细胞基因是用来说明疾病被保留下来的经典例子，但它仍然是一种不多见的基因，原因有三。首先，它的分布不广，仅发现于热带非洲。其次，血红蛋白的改变是一种简单的适应。许多别的适应，例如色觉视力和发热的能力，都更加复杂，涉及密切相关的几个系统，因而需要许多基因才能形成；相反，镰状细胞等位基因与正常基因的差别，是只有一个T代替了一个A。这个基因翻译成血红蛋白时，氨基酸也只有末端的缬氨酸代替了谷氨酸，这种分子改变使红细胞体现出异常的形态及性质。最后，有特别强大的选择力针对一个基因位点；很可能在人类群体中，杂合子的优势很普遍，但是对纯合子的负选择很弱，其作用难以检出。
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在疟疾不多见的地区，可以预见，镰状细胞等位基因的频率会下降。实情确实如此，非洲裔美国人已在没有疟疾的地区生活了十代之久，在他们中间该基因的频率比非洲人的频率更低。看来，自然选择已经使镰状细胞基因频率在疟疾不多的地区下降，这是可以根据演化理论推断出来的。
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其他遗传性血液异常也有防御疟疾的作用，最具戏剧性的有葡萄糖6—磷酸脱氢酶（G6PD）缺乏症。有这种异常基因的人接触氧化剂如奎宁时，会发生溶血，病得很重。而奎宁又是最原始的、现在仍然有效的抗疟药。当疟原虫在红细胞中生长并消耗氧气时，缺乏G6PD的红细胞就会破裂，从而抑制了疟原虫的繁殖。在这种情况下，某些疟原虫演化出了自己合成G 6 PD的能力，这是宿主与病原体之间“军备竞赛”的又一个例子。
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4%的北欧人带有一个引起囊性纤维化的隐性基因，70%的携带者只有单个突变等位基因（△F508），人类基因组计划的负责人弗朗西斯·柯林斯（Francis Collins）说，这“提示可能有某种杂合子选择，或者这个突变基因在北欧人中有很强的奠基者效应”。具体是什么好处维持了囊性纤维化基因的频率？现在仍然不清楚，有资料提示可能是它降低了腹泻所致的死亡率。
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戴萨克什病（Tay-Sachs disease）中所有的纯合子都在生殖年龄以前死亡，但该基因在阿什肯纳茨（Ashkenazic）犹太人中出现的频率仍然有3%～11%。维持这样高的频率，意味着杂合子比正常纯合子的生殖优势要高6%。根据有关感染率和人群分布的资料，它对杂合子的益处可能是预防结核病，这在犹太人的历史上曾经是一个重要的选择力量。X染色体易裂症（fragile X syndrome）也是一种常见的遗传病，每两千名男性婴儿中有一个智力发育停顿。有充分的证据表明，女性杂合子的生殖成功率更高。
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