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我们为什么会生病 基因的功能
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关于人体的说明书都写在DNA分子的文库，压缩在23对染色体里。DNA怎样储存和使用这些构筑人体的信息呢？其中大量的细节非常惊人，我们现在才刚开始了解。一个DNA分子就像一架螺旋的梯子，两边由交替变换的磷酸和脱氧核糖的单元构成。信息就放在梯子的横杠上，这些横杠由成对的碱基分子组成，包括A、C、G、T。遗传密码的信息含量之巨大，几乎难以想象。人体的每一个细胞中的DNA都含有一串120亿个A、C、T、G符号，这相当于一个中等大小的图书馆的信息量。一个细胞里的DNA分子如果不绕起来而是拉直，大约有2米长。如果算上全身大约十万亿个细胞，这个长度有200亿千米，与地球到冥王星的距离相当。
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人类大约有95%的DNA并不编码蛋白质，另外5%的DNA可以分成大约十万个功能单位，它们被称为基因。每个基因编码一个蛋白质。DNA链上的许许多多的ACGT怎样翻译成一个个蛋白，这是分子生物学研究的内容。分子生物学是一个迅速蓬勃发展的学科，对人类生活的影响可能不亚于电。目前，已经有先知先觉者呼吁要注意这些变化的政治和伦理影响。用不了多久，这些信息就会传递到更广泛的公众中。现在，开拓者们可以通过DNA克隆合成新的药物，种植含有细菌基因的食用植物，尝试向人体细胞中插入替代基因去治疗过去没有希望治疗的疾病。人寿保险公司有可能在血液常规检查时从DNA序列中读出某些顾客患病的风险，这也许又是一件不大受欢迎的事情。在妊娠早期筛查某些常见的遗传问题已经是一种常规检查，让怀有畸形胎儿的母亲有机会选择终止这次妊娠。
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15年后的一天，玛丽发现她怀孕了。“是的，你已经怀孕了，玛丽，祝贺你！护士马上就来向你解释正常的检查手续，现在我想知道你是否要做标准的基因筛查，我希望你做。”
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“好的，包括一些什么项目？”
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“现在已经没有任何风险，不过比较昂贵，如果你有全面医疗保险的话，这不是问题。”
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“我确实有全面医疗保险，不过这些检查能够告诉我些什么呢？”
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“主要是筛查40种严重的遗传病，然后你还可以补充检查诸如近视、注意力差和酒瘾等。许多人认为值得做这些检查。”
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“如果发现有问题又怎么办呢？”
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“那时……那时我们再谈怎么办的问题。也许酒瘾的问题也不影响你的决定，但是早知道为好。不管怎么说，现在发现问题比出了问题再想办法好，你觉得呢？”
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“好的，我想是这样的，但是，如果我的孩子长大之后是一个近视眼，那我应当怎么办？”
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“那……”
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想要做这套全面检查，只要再等几年就可以了（本书著于1994年，当时的许多设想在今天已经实现了——校者注）。我们现在已经知道了许多基因的染色体位置以及密码序列。人类基因组计划的目的是查明全部密码，测出那十万个基因的ACGT的顺序。一旦我们掌握了整套密码，我们就可以将任何一个人的遗传密码与这些标准密码比较，发现不正常的基因。
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但是，问题来了：什么是所谓的“标准密码”呢？难道存在“正常”的人类基因组吗？当然，我们每一个人的基因都不完全一致，约有7%的基因是因人而异的；大多数蛋白质的变异率比较低，大约只有2%；对某些酶类和血液中的蛋白而言，28%的基因有许多不同的版本。往往，这些不同版本的基因功能是相同的。不过有另外一些情况，只有一个版本（等位基因，allele）是正常的，另一个等位基因是有缺陷的。在大多数情况下，这种有缺陷的等位基因是“隐性”的，就是说，它与另一个正常的等位基因配对时缺陷不会显示出来。可是，如果这种缺陷基因是“显性”的，那么，只要有一个缺陷的版本就能引起疾病。
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演化学家要回答的是“为什么”有遗传病这个问题。那位讲近视的教授说得对吗？我们的身体有可能有引起疾病的“大量遗传缺陷”，而自然选择未能清除它们吗？不完全如此。的确有一些非常罕见的遗传缺陷是因为自然选择还没有来得及清除它们，但是它们的比例要小得多。不同的是，即使它们引起疾病，自然选择还是把它留下了。我们马上就会探讨为什么引起疾病的基因会被留下来。现在，首先要考虑基因的正常活动如何，以及为何会出现罕见的基因异常。
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只要一个精子或卵细胞中的DNA出现了一个错误，比如一个C代替了一个T，或者一个T丢失了，这就可能引起遗传病。这类错误可能源于复制过程中出错、电离辐射或者化学损伤。真正令人惊奇的是这种错误并不多见。据估测，每一代中基因被改变的概率大约是百万分之一。这意味着，平均而言，约5%的人在生命之初就带有一个双亲没有的基因。在大多数情况下，这种突变并没有什么可以察觉的后果，只在极少数人身上是致命的。
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在个体从一个单细胞发育成成人的十万亿个细胞的过程中，更多的错误将悄然发生。在体内大多数细胞里，这些错误多半只是很小的问题。许多突变基因编码的蛋白质同样可以工作，或者这个突变基因根本不在这类细胞中表达。即使突变对这个细胞是致命的，也可能没有个体层次的后果，因为通常还有许多别的细胞可以承担这一任务。然而，如果某个突变涉及调节细胞生长和分裂机制的关键环节，就可能会引起重大问题。只要有一个细胞的增殖失去控制，就能产生肿瘤，进而危害整体。我们将在第12章中讨论对付这种危险的多种机制。
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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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