- 基因革命:跑步、牛奶、童年經歷如何改變我們的基因
- (美)沙倫·莫勒姆等
- 11154字
- 2021-04-30 12:33:35
第2章 當基因表現失常
蘋果公司、好市多和丹麥捐精者的啟示
過去幾年中,非凡的丹麥精子捐贈者,成了廣受歡迎的遺傳物質的提供者,當他的精子與全球那些充滿期待的母親們的遺傳物質配對時,會產生完全可預測的、身材高大魁梧的金發兒童。
有段時間,似乎每個人都想分一杯羹。
在丹麥,每份精液樣本可獲得500丹麥克朗(約合85美元)的報酬,很多符合條件的年輕人(通常擁有極佳的身體素質、智力水平以及足夠多的精子數)都來捐精了,以此維持收支平衡。丹麥社會的容忍態度和維京人的魅力,讓人類的精子變成了熱門出口產品。[1]
但即使按斯堪的納維亞人的標準,拉夫爾也算得上是真正的“多產者”。
因為擔心毫不知情的兄弟姐妹們,在未來的某個時刻可能會偶遇——甚至結婚——像拉爾夫這樣的捐獻者,應該在成為25個孩子的父親之后,停止捐精。但是,似乎無人能說清,如何界定某人已達標。而拉爾夫——檔案里的照片把他描繪成一個騎著三輪車、穿著阿迪達斯短褲和紅色背心的人——是如此受到追捧,當他主動停止捐精時,一些準備要孩子的夫婦,卻堅定不移地想要得到他的基因,甚至求助于網絡留言板,尋求裝有拉爾夫冷凍精液的小瓶子。
最終,這個被大多數受贈者稱為7042號捐贈者的男人,可能至少是多個國家中的43個孩子的生父。
然而,事實真相是,拉爾夫并不只是在播種他的北歐“燕麥”,也在不知不覺中播撒了不良的種子——傳給孩子們這樣一個基因,可誘發多余的身體組織,帶來令人尷尬、改變命運的后果,包括巨大松弛的皮囊、嚴重面部缺損,還有類似深紅色覆蓋全身的癤腫等生長物。這種會引發腫瘤的疾病,被稱為1型多發性神經纖維瘤(neurofibromatosis type1, NF1),它也會引發學習障礙、失明以及癲癇。
7042號捐精者和他那些不幸后代的故事擒住了公眾的目光,并導致丹麥法律的迅速修改,以把控同一捐贈者的孩子數量。[2]但對于某些家庭而言,這一做法來得太遲了。
DNA已經傳遞,嬰兒已經出生,基因已被繼承?,F代基因學之父——格里戈·孟德爾早在19世紀中葉就首創的這些理論,在21世紀的今天,盡管不完美,卻仍然有效。
那么,為何拉爾夫的子女們飽受疾病的折磨,而拉爾夫本人卻看似無恙呢?
格里戈·孟德爾最初對豌豆沒那么有興趣。這位有著強烈好奇心的青年修士想拿老鼠做實驗。
一位名叫安東·恩斯特·沙夫戈奇的嚴厲老人改變了孟德爾的方向——沙夫戈奇也因此改變了歷史。
瞧吧,在孟德爾那個時代,如果你是一位專注于藝術或科學探索的隱士,你所做的不會比布呂恩城(現捷克城市布爾諾)的山腳下小小的圣托馬斯修道院里的修士更職業。
圣托馬斯的隱士一直以來都是一群頑皮的修道士。當然,他們向來清楚自己的首要職責是為上帝服務。他們被禁閉在修道院破損的磚墻之內,卻發展出了熱愛探索的學院派文化。在那里,伴隨著他們禱告的是哲學,伴隨著他們冥想的是數學。他們還有音樂、藝術和詩歌。
當然,他們也有科學。
時至今日,他們的集體發現、富有洞察力的觀點,還有刺耳的爭論都令教堂的領導者心痛難忍。在羅馬教皇派厄斯九世漫長的獨裁統治過程中,他們的豐功偉績完全是顛覆性的。主教沙夫戈奇并不以此為樂。
實際上,孟德爾的日記顯示,主教只是“默認”了修道院的一些課外活動,因為他對此知之甚少。
起初,孟德爾在研究小鼠交配習性方面的工作看上去非常簡單。然而漸漸的,沙夫戈奇感覺孟德爾越來越過分了[3]。首先,在孟德爾寬敞的、石頭鋪地的住處,這些籠中的嚙齒動物散發著惡臭,這讓沙夫戈奇覺得與奧古斯丁式的隱士應有的整潔生活極不協調。
其次,還涉及“性”。
像托馬斯的所有修道士一樣,孟德爾對神圣的貞潔宣過誓,但他對那些毛茸茸的小動物如何進行交配似乎過于著魔。
這在沙夫戈奇看來,太出格了。
因此,嚴厲的主教命令這個好奇的青年隱士關閉他那耗子妓院。如果孟德爾的興趣,如他宣稱的那樣,純粹只集中于生物特性如何代代相傳,那么他應該滿足于不那么有挑逗性的東西。
好比豌豆什么的。
孟德爾被逗樂了,這位頑皮的隱士覺得主教似乎不明白,“植物也有‘性’這回事。”
因此,在接下來的8年里,孟德爾種植并研究了近30 000株豌豆。通過盡職盡責的觀察和記錄,他發現植物的若干特性,比如莖稈尺寸和豆莢顏色,都延續著上一代的特定模式。這些發現奠定了我們理解基因的基礎?;蚴浅蓪参璧模斠粋€基因相另一個基因為顯性(或者兩個隱性基因組合到一起跳探戈)時,一種明確的特征就會出現。
我們無法推測,如果孟德爾繼續在老鼠身上做實驗,將會發生什么。研究行為模式更為復雜的生物,他可能會錯過孜孜以求培育綠色光滑的長稈豌豆時的發現。話說回來,如果給這位一絲不茍的隱士更多時間,讓他去觀察老鼠雜亂的胡須,那么他十分有可能誤打誤撞到更具革命性的發現——他的追隨者們在一個多世紀之后才開始領悟到的那些知識。然而事實卻是,當孟德爾初次將他的發現發表在晦澀難懂的期刊——《布隆自然歷史協會會刊》上時,他的成果遭到了科學界的集體冷落。直到進入20世紀,人們重新發現了他的研究,孟德爾已被葬在城市的中央公墓很久了。
但是,就像很多有遠見卓識的大作直到作者死后才受到重視一樣,孟德爾的發現有著強大的生命力,最初是發現了染色體和基因,隨后是DNA的發現和排序。一個基本觀點貫穿于研究道路上的每一步:我們的特性是完全可以預測的,由祖先遺傳下來的基因所決定。
孟德爾把他所發現的法則定名為“遺傳定律”。[4]其后的歲月我們對遺傳基因的看法,就像是代代相傳的雙重指令,繼承者并不真心渴求卻無法丟棄,好似一件老舊的傳家寶。
或者像拉夫爾的基因遺傳那樣是個悲劇。那么,到底為什么拉夫爾偏離了孟德爾的“豌豆定律”——本人沒有明顯的基因病變跡象,而他的那么多子女卻有呢?
通過拉爾夫的血緣關系所傳遞的基因病變,遵循常染色體顯性遺傳模式。也就是說,你只需要一個基因突變就會繼承某種疾病。如果你的的確確繼承了這樣一個惱人的基因,那么將它傳給你的每個孩子的概率都是50%。長期以來,孟德爾的遺傳定律告訴我們,如果你不幸繼承了某個突變的基因,按照這種顯性遺傳規律,你也必然會表現出同樣的病癥。
或許這就是你在學校里學到的遺傳學知識,那里繪制出的家譜圖讓這一切顯得太過簡單,而且相當有誘惑力,以至于談到使我們成為這副樣子的微觀分子魔法時,竟然相信自己很清楚在說些什么。當然,近年來情況變得復雜起來。這一切都源于基因是成雙成對的經典想法,當一個基因對另一個基因為顯性時,它就表達為一種明確的特征。從褐色的眼睛到卷舌的技巧,從背面長毛的手指到分叉的耳垂,這一切都被認為是顯性基因占支配地位的結果。相應地,我們也認為當兩個隱性基因配對時,就不大可能出現諸如藍眼睛或拇指反向彎曲癥這樣的特征。
但是,如果基因遺傳總是以這種方式運作,拉爾夫——以及天天看著他進進出出捐精機構的那些人——怎么會對他那足以改變人生的疾病毫無頭緒呢?因為孟德爾,盡管對科學貢獻至偉,卻錯失了一個至關重要的衡量基因變異的指標:變異基因表達度[I]。
就像很多其他的遺傳疾病一樣,1型多發性神經纖維瘤會以多種不同方式表達,有時太過細微,以至于無法察覺。這就是為什么沒有人知道這個可怕的秘密——很顯然也包括拉爾夫本人。
由于基因表達的不同,拉爾夫身上的癥狀一直不明顯。這就是為什么,相同的基因能夠以不同的方式改寫我們的生活。在不同的人身上,相同的基因并不總是有相同的表現——DNA完全相同的人亦然。
就拿亞當和尼爾·皮爾森兄弟來說吧。作為單一卵子,或叫同卵雙胞胎,這對兄弟被認為攜帶著完全相同的基因組,包括一個引起1型多發性神經纖維瘤的基因突變。但是,亞當有著一張腫脹、類似毀容的臉——看起來如此糟糕。以至于有一次,夜總會里一個喝醉的老主顧以為那是張面具,試圖撕扯下來。但是尼爾,從某個角度看上去,很像湯姆·克魯斯,卻有健忘癥和偶發性癲癇。[5]
相同的基因,卻有完全不同的表現。那么,如何理解我在第一章里向你展示的那些身體跡象呢?這些跡象只是最普遍的表現,通常會反映出某些基因發生病變,但是那些特性顯然不能涵蓋所有基因病變的表現。
所有這一切都促使我們發問:為什么基因相同表現形式卻如此不同?這是因為基因并不以二元的形式來回應我們的生命。我們將會看到,與孟德爾的發現相悖的是,即使我們繼承的基因是非常確定的,它們卻能以任何形式來表達自己。盡管,人類最初對遺傳規律的理解,是通過孟德爾非黑即白的鏡頭,但今天,我們正在看到基因表達那豐富多彩的力量。
這就是為什么,作為內科醫生,我們正面臨著新的挑戰。病人找到我們,期待著清晰而明確的回答:是良性還是惡性,是能夠治愈還是無藥可醫。在向病人解釋遺傳學的時候,最困難的地方在于,我們了解的一切并不是一成不變、黑白分明的。找到向病人解釋的最佳方案變得越來越重要,因為他們需要最準確的信息,作出對生命最為重要的決定。
因為你的行為能夠,也的確可以控制你的基因命運。
為此,現在我想和你談談凱文。
那時他20多歲,高大、健康,英俊、迷人,并且聰明。如果當時我知道有人正好在找一個鉆石王老五的話——只要并不過分違背道德——我或許會去撮合他們。
或許是因為我們年齡相仿、背景相近,抑或是都在醫療衛生行業——他在東,我在西。無論如何,我們好像真的心有靈犀。
我和凱文結識于他母親過世之后不久。凱文的母親曾與轉移性胰腺神經內分泌瘤(metastatic pancreatic neuroendocrine tumors)進行了長期而勇敢的搏斗。在她離世前,一位敏銳的腫瘤學家建議她做一個遺傳學檢測——進一步揭示她的林島綜合征腫瘤抑制基因發生的突變。
林島綜合征(Von Hippel-Lindau syndome, VHL),是一種能導致人體產生腫瘤和惡性腫瘤的遺傳疾病,腫瘤可能產生的部位包括大腦、眼睛、內耳、腎臟和胰腺。一些研究者認為,聲名狼藉的哈特菲爾德-麥考伊家族夙怨,[6]在某種程度上,或許就是由VHL引起的,因為很多麥考伊的后代都患上了腎上腺腫瘤,這種腫瘤會讓人脾氣變差。當然,并非每個罹患VHL的人都有那種癥狀——又一個表達性不同的例子。
就像拉爾夫遺傳給子女的導致1型多發性神經纖維瘤的突變基因一樣,引起VHL的基因也是以常染色體顯性遺傳的方式來傳遞的。也就是說只要你從父母一方繼承到出錯的基因拷貝,你就會患上該病。因為VHL是一種常染色體顯性遺傳病,我們知道凱文有50%的概率從他母親那里繼承這個問題基因。這足以說服他去做同樣的突變檢查。事實證明他確實繼承了。
VHL無法治愈。不過,一旦我們知道某人攜帶突變基因,就能夠在癥狀產生之前加強對腫瘤的監控。這正是我對凱文的建議。至少,大多數遺傳了突變或缺失的VHL基因的人,仍舊可以依賴另一個正常的基因來維持正常的細胞生長,并阻止腫瘤和惡性腫瘤的形成。
我們管這個叫“克努森(2次打擊)假說”。我們體內的基因有兩個或兩個以上的改變,就很有可能發展出癌癥。正如凱文通過遺傳檢測發現的那樣,如果你知道自己只差一個基因就會得癌癥,就應該更加小心地對待你的遺傳基因。接觸輻射、有機溶劑、重金屬、植物和真菌的毒素,都是損害基因讓其發生不利改變的方式。
可問題是,VHL能以眾多表現方式貫穿患者一生。我們永遠不知道它將在何時何地冒出來。這意味著我們不得不密切監視一切。患者需要終生接受醫生和保健人員的定期篩查治療。
毫無疑問,凱文想要知道等待他的是什么。但是因為VHL的表現方式如此多種多樣,我發現很難回答這個問題,只能重申篩查方案以及判斷他最易患哪種腫瘤和惡性腫瘤。
“那么你是在告訴我,”他說,“我們根本不會知道我將死于何因?”
“VHL引發的多種腫瘤都有治療方法,特別是在早期發現時。”我答道,“我們根本不知道,你是否會死于VHL?!?/p>
凱文咯咯笑著說:“每個人都會死的。”
我頓感羞愧,“確實,但隨著治療……”
“伴隨我的余生?!?/p>
“是的,很有可能,但……”
“沒完沒了的預約和篩查,持續不斷的監測和血樣,永遠無法確知……”
“是的,的確很多,但其他的選項——”
“總有很多其他的選項?!彼χf,我猜他已作出了選擇。
幾年后,他被確診患上了轉移性腎細胞腫瘤(cell metastatic renal carcinoma),一種腎癌。聽到這個消息,我備感傷心。他再一次拒絕了任何常規治療,很快去世。
你可能對此疑惑不解:這如何成了表達性差異的例子呢?畢竟,跟他的媽媽一樣,凱文過早地悲慘離世。但是,凱文死于一種不同的癌癥,且比母親更早夭折。所以不幸的是,有時表達性差異的確能使基因以不同于前代或同代人的方式表達出來。如果醫療團隊采用醫學監護技術密切關注凱文的身體狀況,確診之后,凱文本有時間啟動針對他那一類型的腎癌的早期治療方案。但他選擇了拒絕。即便凱文遺傳了突變基因,如果能了解自己所需的影像監測手段,并在隨后堅持的話,他或許不會過早離世。涉及我們自身的健康和生活時,這些選擇只能由我們自己作出。我們的遺傳基因的多種表達方式,在很大程度上由我們自己來決定。如果我們知道該問什么問題,在得到答案之后又該做些什么呢?[7]
為了更好地理解基因遺傳靈活性的概念基礎,讓我們去法國南特市(法國西部港口城市)的讓·雷米圖書館走一遭吧。幾年前,一位圖書管理員仔細查閱了一些舊文件,發現了一份被長期遺忘的樂譜。
樂譜的紙張又黃又脆,墨跡已然褪色成古老的紙漿色。但是樂譜上的符號仍舊清晰可辨,供人們彈奏出旋律。研究者們沒費多少工夫便作出判斷:這一張小紙——歸檔后被遺忘在圖書館檔案室里一個多世紀的樂譜——是由沃爾夫岡·阿瑪多伊斯·莫扎特親手完成的稀世珍品。[8]
正如莫扎特600多首為人所知的作品一樣,這段旋律是D大調的幾個小節,被認為是作曲家去世前幾年完成的,是一組古典作曲家對所有后世音樂家的指令。莫扎特似乎是一位倚音迷——一種與主音不和諧的短促、刺耳的音符,就是它讓阿黛爾那令人心碎的民謠《似曾相識》充滿了一種奇特的、沮喪的魅力。[9]盡管現代作曲家大多會使用16分音符代替倚音,這不過是音樂演進道路上的一小步而已。所以,諸如奧地利薩爾茨堡的莫扎特基金會研究主任烏李?!とR辛格這樣的鋼琴家,能夠依照手稿彈出失傳已久的曲調。而幸運兒萊辛格就是在220多年前,莫扎特譜寫了很多協奏曲的同一架61鍵古鋼琴上彈奏的。[10]
當他彈奏時,這首曲子穿越了時間和空間,就像Dr. Who(神秘博士,英國科幻電視劇主角)那快要散架的穿越時空的老式警察崗亭,得以在現代世界生機勃勃地再現。對于萊辛格那受過訓練的耳朵而言,這些音符奏出的曲調明顯是信經曲(Credo)——一種禮拜儀式上的旋律。它就像漂流瓶一樣帶給我們非常重要的信息,因為盡管莫扎特年輕時譜寫了很多宗教音樂,但一些學者質疑后來的他是否還有強烈的宗教信仰。
通過對紙張和筆跡的分析,研究人員得出結論:樂譜寫于1787年前后,當時莫扎特有在歌劇團寫歌劇的穩定工作,不需要因經濟原因而為教會寫作。萊辛格相信,這顯示去世之前的莫扎特依然對宗教興趣濃厚。
一切推理都源于那幾十個音符。
這大致就是我們長期以來對DNA的理解。通過解讀音符現代音樂家可以讀懂莫扎特的指令,并且幾乎原封不動地把它們演奏出來,揭示出隱藏其中的復雜性。我們希望讀懂自身的遺傳基因上譜寫著的生命樂章。從某種程度上來說,的確是這樣。
故事還遠未結束,我們開始對自身的基因甚至演化的譜系有了全新的認識。人類遠不會被DNA因有的編碼所奴役,好像一個廢舊的iPod永遠卡在一首安魂曲上。我們開始知道自己的身體有很大的靈活性。有一種天生的能力來變調,演奏屬于自己的不同樂章,以此替代之前對孟德爾式二元論遺傳宿命的理解。
這是因為生命,以及支持其運轉的基因,并非一張破碎的紙片,而更像一家燈光昏暗的爵士樂俱樂部?;蛟S它也像泰圖酒店里的Jazzamba俱樂部,地處埃塞俄比亞首都亞的斯亞貝巴悸動的市中心,來自地球各個角落的紅男綠女,喝酒吸煙、放聲大笑、意亂情迷。
你聽:
觥籌交錯的酒杯,移來換去的椅子,呢呢喃喃的低語。
隨后,昏暗的舞臺上傳來貝斯的聲音:
Baum-baum-baum bada baum-baum bada.
然后是輕柔的小鼓在悄悄訴說:
Sha-sssss sha-sssss sha-sssss——sha-sha-sssss.
老式柔化的小號:
Braaaght bra-der-dah braaaght-der-der-bra-dah.
最后的是性感迷人的女歌手:
Oooooo-yah bada baaaaaagh. Hayah hayah hayah bada-yagha.
只需一條基礎低音線——生命全部的威嚴和悲劇就會一一累積其上。
的確,為了穿越每一個標志性的發育歷程而步入成年,我們確實需要高度復雜的基因交響樂。我們的一切始于一份總譜,比莫扎特還久遠,有些音符甚至與地球上的生命一樣古老。
但是,仍有很大空間讓即興創作進入我們的生命。時機、音色、音調、音量、動感音效通過細微的化學過程,你的身體正在使用著你所傳承下來的每個基因,就像音樂家彈奏樂器一樣,鏗鏘低柔,或急或緩。甚至,如果需要的話,以不同方式來彈奏。就像無與倫比的馬友友,能用他那把產于1712年的大提琴,演奏從勃拉姆斯到藍草音樂(源于美國南部的一種快節奏民間音樂)的一切樂曲。
這就是遺傳信息的表達。
遠在表面之下,我們體內每一處深邃微小的部位,都是遺傳信息的表達。利用微弱的生物能,改變基因的表達方式,滿足我們生命的需求。就像生命的高潮和當下的境遇會影響音樂家們演奏樂器的方式,我們的細胞被每一瞬間你已做和將做的事所引導著、表達著。
想想這件事吧,然后讓我們來做一個小小的實驗:伸個懶腰,動下身體,找到舒服的位置。現在,試著關注你的呼吸,吸氣,然后呼氣。在幾次呼吸之后,大聲對自己說(或者至少低聲說)你在世上所做的事對自己和周圍的人都非常有價值?,F在,體會一下這么做是多么充滿力量——或者只是很傻。
此時此刻,在你的體內,基因已開始工作,來回應你剛剛的所作所為,從你開始伸懶腰的那一刻就已啟動。有意識的身體運動由大腦信號引發,經過神經系統,傳導到下一級運動神經元和所有的肌肉纖維中。在這些纖維中,叫作肌動蛋白和肌凝蛋白的蛋白質共同享用著生物化學之吻,將化學能量轉化成機械運動。伴隨著這種轉化,你體內的基因必須立即開始對化學成分進行修復,以聽從大腦每一個動作或一組動作的指令——從按遙控器按鈕,到跑馬拉松。
同樣,你的思維也持續地影響著基因,基因不停地變化著,以使你的細胞機制與設定的期望和已有的體驗相匹配。你正在創造記憶、情感和期待,所有的一切都在我們的細胞里進行了編碼,就像一本舊書頁邊的注釋。使這一切得以進行的大腦內數以萬億計的神經突觸,連接著神經元和細胞。神經信號完成溝通的任務之后必須被取代,并由體內產生的微小劑量的化學物質供給。很多神經元時刻處于警戒之中,以制造新的聯結,同時維護那些已存在了幾十年的舊聯結。
所有的一切都是為了應對生命的需求。
所有的一切都改變著你?;蛟S只是倚音和16分音符的差別,又或許,比這個差別更為細微。
但憑借遺傳表達的靈活性,你的生命已經改變了你所繼承的曲調。
感覺自己很特別嗎?理應如此,但是也請保持謙遜。因為我們即將看到,所有種類的生命體,無論大小,都會有類似的改變。不僅僅是生命體可以調節自己,以應對生命的挑戰,很多公司也采用相同的策略,來控制市場或調節他們的產品。
我們將會看到,有些策略遠在你出生之前就已制定好了,每當有人虔誠祈求,這些策略就會奏效?,F在,是時候用另一種方式來理解遺傳表達的靈活性了。
如果你想在市場上尋找人生第一塊寶石,抑或更高級的石頭,那么你或許想了解一些鉆石生意的秘密:和很多其他的寶石不同的是,鉆石實際上并非那么稀有。
是的。世界上有很多鉆石,很多很多,大的、小的,藍色、粉色,還有黑色的。它們遍布數十個國家、各個大洲,除了南極洲之外。但是近期澳大利亞的研究者聲稱,在南極附近找到一種名為金伯利巖的富含鉆石的火山巖,因此,在世界各地找到鉆石只是時間問題而已。[11]
現在,如果你在鉆石上花費不菲,如果你也了解鉆石的供需關系,那么情況似乎不太合理。地球上有如此多的鉆石,為什么還會如此昂貴?
這都是拜德比爾斯公司所賜(全球最大的鉆石開采公司)。
這家飽受爭議的公司創辦于1888年,總部位于盧森堡大公國,是坐擁世界上最多的鉆石庫存的公司之一,大多數閃閃發光的石頭都被藏了起來。德比爾斯公司控制著從鉆石開采、生產加工、再到手工制作的整個流程,幾代人都壟斷著幾乎全世界的鉆石交易。它適時向市場投放一定量的產品供給,以便讓價格持續走高,保持市場穩定,并保證一塊相對普通的石頭在其持有者眼中(或錢包里)顯得非常珍貴。[12]
余下的工作就看市場營銷的把戲了。在第二次世界大戰之前,沒有幾個人交換訂婚戒指,而鑲嵌于訂婚戒指上的石頭種類有很多,鉆石不過是其中一種。可是在1938年,德比爾斯公司雇傭一位名為格雷德·勞克的麥迪遜大道廣告商,讓他想辦法說服年輕人相信,一塊閃閃發光、壓縮緊密的碳,是用來向心上人表達訂婚意愿的唯一選擇。到20世紀40年代初,勞克的營銷術,成功說服了好多西方人,鉆石確實是女孩子們最好的朋友。[13]
實業家亨利·福特也喜歡用同樣的方法壟斷市場。他很可能曾密謀此事,但是福特的產品及其生產過程在當時太過復雜了,因此他別無選擇,只能與許許多多的供應商合作。
這令福特遭遇了無盡的挫敗。被稱為人民大亨的他,或許是世界上第一位工業生產效率的著名信徒,我們現在可以理解,效率是我們的基因所采用的相同策略,通過表達得以展現。不出所料,福特花費了大量時間,來研究如何盡可能多地使用流水線生產汽車。
福特在他1922年完成的一本書《我的生活與工作》中寫道:“我們發現只購買當下所需的原材料是最劃算的,我們僅購買與生產計劃相匹配的原材料,只要稍微顧及當下的運輸狀況即可。”[14]
“唉……”福特哀嘆道,“運輸狀況非常糟糕,如果運輸狀況是完美的,完全沒有必要保持庫存。原材料的運輸將會按期到達,以計劃好的數量及順序,讓鐵路車廂直接進入生產車間。這能節約一大筆錢,因為流通速度快,壓在貨物上的資金量會因而減少?!?/p>
福特的話確有先見之明,但他還沒來得及解決這個問題,就撒手人寰了。最終,日本汽車制造商肩負起這一責任,把供應鏈綁定在當前急需的生產體系上,邁出了很大的一步。這個過程就是我們現在常說的準時制,或稱為“JIT生產”。日本豐田汽車公司的高管們采用的就是JIT生產模式,而在20世紀50年代的美國,這種生產模式并非由他們所拜訪的美國汽車公司首創,而是首先由顧客順道光顧的名為皮格利·威格利(Piggly Wiggly)的自助式雜貨店所采用。這家連鎖雜貨店一個新穎的創意就是,當貨物被顧客從貨架上取走時,會自動調配庫存進行補充。[15]
應用這種技術有很多好處,當運用得當的時候,這套系統既能為商家賺錢,也能幫他們省錢。當然,它也并非十全十美,最大的一個缺陷就是整個體系易受供給的影響。像自然災害、工人罷工等因素,會打亂原材料的供給。一旦這些情況出現,工廠就將完全停產,顧客也會空手而歸。
蘋果公司則遭遇了JIT生產方式的另一個缺陷:當公司無法將原材料及時送進工廠時,一個對iPad Mini不期而遇的需求大潮超過了公司的生產能力。
了解商業領域采用和遺傳表達類似的策略,有助于我們理解自身大多數細胞所采用的生物策略,是如何降低了生存成本的。就像一家企業,我們的身體也有一條無情的底線。這樣做讓生命持續的存在成為可能。
在此方面,相比于沃爾瑪的運營模式,我們向好市多公司借鑒的更多一些。因為利用基因制造東西是有生物學成本的,所以我們要從制造的東西中得到最大的收益。就像好市多公司的雇員那樣,我們的生物學旨在提高勞動生產率,這意我們的目的是使用最少數量的酶,完成需要完成的工作。酶像微觀分子機器一樣運作,是一個由我們的基因所編碼的結構。一些酶能夠加速化學反應過程,其他的酶,比如胃蛋白酶原,被激活的時候能幫助我們消化蛋白質食物。還有一些酶,比如隸屬于P450酶系的酶,則能幫我們解除體內有意無意吸收了的毒素。
總體來說,我們的身體只在必要時制造所需要的東西,并把身體庫存限制在最低量。我們是通過遺傳表達來實現這一過程的。
就像耗費數百萬年、歷經多次擠壓而形成的鉆石,在生物層面上,酶的產生要付出昂貴的代價。為了降低成本,我們體內很多酶的產生都是被誘發的。也就是說,當我們需要某種酶的時候,身體能調動資源以產生更多的酶備用,這就是生物學意義的生產更多iPad Mini以滿足增長了的需求。你或許繼承了制造酶的基因,但是不一定總會用到它。
在生命中的某個時刻,其實你已經體驗到這個過程,只是并未意識到在這個過程中自己的主動作用。如果你曾在某個長假的周末飲酒作樂,那么你就經歷過這個過程了。作為對你尋歡作樂的反應,你的肝臟細胞超負荷工作,生產所需的各種酶來分解過量飲用的瑪格麗特酒。
你一直都有辦法提高產量以滿足需求,這一回是產生乙醇脫氫酶來分解酒精,這個能力就潛藏在你的肝細胞內,為你下一次的飲酒狂歡做好了準備。但是,它或許不會大量儲存,就像擺放在工廠地面上的多余零件,這些酶不僅占地方,而且當你并未過度飲酒時,生產和維護它的代價比較昂貴。
生物世界中幾乎一切事物都以同樣的方式運轉著,以便降低生活成本。這種運轉方式確有必要。如果把所有能量都耗費在用不著的酶上面,你就無法將寶貴的資源用于其他日常事務,比如持續不斷的大腦適應過程。
航天員就是個很棒的例子。在登陸國際空間站后不久,他們的心臟就比原來縮小了近1/4。[16]
這就好比,用一輛不到150馬力的Mini Cooper替換一輛300馬力增壓的福特野馬汽車,這能在加油的時候給你節省一大筆錢,太空中的失重環境意味著航天員并不需要過于強勁的心臟動力。[II]但這也是太空旅行者在返回地球,重新適應重力環境時,經常感到頭暈,有時甚至昏厥的原因:這就像Mini轎車,想要攀上陡峭的山路——他們的心臟無法推送足夠多的血液以及血液中所運載的氧氣進入大腦。
你根本無須去空間站走一遭,心臟就會縮小。在床上躺幾周,你的身體就始萎縮。[17]但是,我們的身體也有著令人驚奇的恢復能力——只需要讓它知道,自己需要這種力量。這不難做到,因為我們的細胞具有難以置信的可塑性。我們每天所做的事,對基因指示細胞做的事具有很大影響,這是另一個基因遺傳方面的動力,把你從沙發上請出來。
在我們講完基因表達之前,還有一件事我們可以共同探索一下。
乍看上去,毛茛屬植物苔(ranunculus flabellaris)或許沒有什么值得大驚小怪的。多生長于美國和加拿大南部森林濕地的黃色水毛茛屬植物,其實沒什么可看的,然而當你找到其中一棵時,你所看到的是一株能完全改變外表的植物,這取決于它距離水的遠近。我們把這種改變叫作異形葉性。
這種毛茛屬植物通常沿著河床生長,對植物來說這可能很危險,因為河流會隨著季節的變化而定期泛濫。對于這樣一種嬌弱的小花來說,簡直就是滅頂之災。但是生活在這種棲息地的邊緣,并未抑制其生長,反倒讓它生機勃勃,因為遺傳表達讓它有能力完全改變葉子的形狀——從圓形刀片狀到像細線般的細長葉形,這樣一來,當河水溢出河堤時,它能漂浮在水上。[18]
外形改變的同時,這種毛茛屬植物的基因組保持不變。對于匆匆過客,它看上去是一株完全不同的植物,但在其內部,它的基因并沒有任何變化。改變了的只是它的表現型,或可見樣貌。
正如一個宇航員的身體可以從野馬汽車變為Mini Cooper,再從Mini Cooper變回野馬汽車,基于生存條件,毛茛屬植物生長環境的另一種變化——伴隨換季而出現的河面高度的下降——這種植物又變回了原先的葉子生長的類型。這種變化完全是為了生存下去。
表現形態只是植物、昆蟲、動物甚至人類所采用的眾多策略之一,以應對生活的嚴峻。然而,在所有策略中,只有一個關鍵因素:那就是靈活性。
我們現在所了解到的就是,我們的基因是更大的靈活之網的一部分。這與我們已知的基因理論是相反的。我們的基因并不像大多數人所認為的那樣一成不變、僵化死板。如果基因真是這樣的話,我們將無法適應環境——像水里的黃色毛茛屬植物那樣——適應生命中不斷變化的需求。
孟德爾在他的豌豆實驗中沒能發現,并且他身后數代遺傳學家繼續忽視的就是,不僅僅基因賦予我們的非常重要,我們賦予基因的也同樣重要。因為事實證明——后天能夠并確實超越了先天。
正如我們即將看到的那樣,這個過程一直在上演。
[I]變異基因表達度是一個用來衡量變異基因或基因疾病在一個人身上的表達程度的指標。
[II]我們的心臟要付出很大力量讓血液擺脫重力束縛而得以傳輸。在空間軌道上,我們的血液會處于失重狀態,我們的身體可以以同樣的方式進行血液循環,且所需要的力要小很多。這就是為什么我們在太空中心臟會變小。