第一部分　DNA突變體

DNA在科學(xué)界被發(fā)現(xiàn)時并不出彩。

故事開始于一位近乎失聰?shù)娜鹗酷t(yī)生弗里德里克·米舍。19世紀(jì)中期，他在意識到自己再也聽不見患者的聲音后，就一頭扎進(jìn)了實驗室。米舍對研究無比狂熱，據(jù)稱他曾拿家里的瓷器當(dāng)試驗設(shè)備，還在結(jié)婚當(dāng)天將新娘丟在圣壇邊干等（她最后還是嫁給了他）。米舍沉迷于膿液的化學(xué)反應(yīng)，他會從附近的醫(yī)院收集用過的繃帶，把上面的白色物質(zhì)刮進(jìn)燒杯里，這些燒杯堆滿了實驗室的各個角落。[1]同時代的記錄表明，他并不擔(dān)心培養(yǎng)基的來源，只是抱怨說，盡管他做了最大努力，但還是無法獲得更多、更新鮮的膿液。

在研究這些刺鼻的樣本時，米舍意外地發(fā)現(xiàn)：除了科學(xué)家筆下提到的分子，膿液中的細(xì)胞還包含一種富含磷原子的線狀物質(zhì)。米舍此前對這樣的東西一無所知。他不確定它在細(xì)胞里起什么作用。他立刻意識到，自己發(fā)現(xiàn)了新的東西，而事實也將證明他是對的。

1871年，米舍在一份科學(xué)期刊上發(fā)表了關(guān)于這種奇怪物質(zhì)的論文。這篇論文冗長而枯燥，長達(dá)20頁，[2]但是它不但沒有贏得贊揚(yáng)，反而很快招來了嘲笑。一些科學(xué)家認(rèn)為，這種神秘分子只是米舍在試驗中偶然引入的污染物。還有一些科學(xué)家懷疑這其中藏有陰謀，質(zhì)疑他的科研誠信。即使那些認(rèn)為試驗安全可靠的人，也不相信他發(fā)現(xiàn)了具有遺傳性的分子。當(dāng)時，米舍本人認(rèn)為這種分子的化學(xué)性質(zhì)過于簡單，不可能包含構(gòu)成和運(yùn)行地球上各種生物多樣性的指令。

米舍發(fā)現(xiàn)的線狀分離物質(zhì)很快被命名為脫氧核糖核酸，簡稱DNA，但很少有人認(rèn)為它與遺傳有關(guān)。[3]因此，在接下來的80年里，DNA幾乎被遺忘了。科學(xué)家把注意力集中在蛋白質(zhì)上。蛋白質(zhì)是一種具有多樣性而且高效的分子，擔(dān)負(fù)著維持細(xì)胞生命的重任。當(dāng)時的研究人員認(rèn)為，蛋白質(zhì)這種能力驚人的分子，同時也應(yīng)該是一種包含血統(tǒng)遺傳特性的物質(zhì)才合乎邏輯。科學(xué)家認(rèn)為，蛋白質(zhì)至關(guān)重要，其他的東西都是廢物。

直到1944年，事情才有了轉(zhuǎn)機(jī)，這多虧了奧斯瓦爾德·埃弗里醫(yī)生。埃弗里是一位即將退休的加拿大細(xì)菌學(xué)家，他下巴尖、前額寬，看上去就像是頭蓋骨特意伸出來好容納大腦似的。[4]他衣著儉樸，在紐約市洛克菲里研究所中一個由廚房改造的、未經(jīng)裝修的實驗室里工作。

和米舍一樣，埃弗里也做過內(nèi)科醫(yī)生，但后來放棄了臨床醫(yī)學(xué)——治療那些因肺部疾病而窒息的患者讓他感到很無力。他轉(zhuǎn)向研究臺，試圖進(jìn)一步了解一種叫肺炎球菌的細(xì)菌，這種細(xì)菌是最常見的病原菌之一。[5]

埃弗里的一位前輩已經(jīng)發(fā)現(xiàn)肺炎球菌具有學(xué)習(xí)新技巧的非凡能力。在科學(xué)家手中，無害的細(xì)菌菌株只要和傳染病菌的殘骸混合，就能變得具有傳染性。這就像吉米·亨德里克斯在已故音樂家的墓前轉(zhuǎn)上幾圈就能學(xué)會彈吉他一樣。埃弗里意識到，這也類似于父母把一些特征遺傳給孩子。

埃弗里希望弄清細(xì)菌是如何從環(huán)境中獲得新特征的——它們?nèi)绾螐臒o害變?yōu)榫哂袀魅拘浴榱苏业酱鸢福囵B(yǎng)了兩瓶細(xì)菌，一瓶是傳染性肺炎球菌，另一瓶是非傳染性肺炎球菌。起初，他重復(fù)前輩的工作，殺死傳染性細(xì)菌，并證明其糊狀殘骸里的某些東西可以使非傳染性細(xì)菌變得有傳染性。然后，他開始使用排除法尋找造成這種現(xiàn)象的分子。

為了測試蛋白質(zhì)的重要性，埃弗里在試驗過程中添加了一種化學(xué)物質(zhì)，這種物質(zhì)可以破壞傳染性細(xì)菌中的蛋白質(zhì)。令他驚訝的是，這對試驗結(jié)果幾乎沒有影響。無害的細(xì)菌依然會變得具有傳染性。與主流的科學(xué)觀念相反，蛋白質(zhì)分子并不像想象中那樣對遺傳至關(guān)重要。

接著，埃弗里試著破壞了傳染性細(xì)菌殘骸里的DNA。仿佛裝配線上少了一個部件似的，試驗無法繼續(xù)了。無害的細(xì)菌不再變得危險。是DNA而非蛋白質(zhì)使細(xì)菌從環(huán)境中獲得了新技能。這一試驗首次說明，DNA才是人們長期尋找的、承載遺傳特征的分子。在DNA被發(fā)現(xiàn)近一個世紀(jì)后，科學(xué)家終于認(rèn)識到它就是使孩子與父母相似的分子。

我們現(xiàn)在知道，人們體內(nèi)幾乎每一個細(xì)胞都含有一個完整的DNA——除了紅細(xì)胞（成熟后無核）、精子和卵細(xì)胞（各有一半遺傳信息）。但在幾乎每一個細(xì)胞里，DNA都被分成了46個被稱為染色體的片段，每一個片段都包含數(shù)百萬個核苷酸。

如果你把人類DNA的整個序列看作一本英文書，那么染色體就是章節(jié)，核苷酸就是字母。但和英文中的26個字母不同，人類DNA只含有4種核苷酸：腺嘌呤、胸腺嘧啶、鳥嘌呤和胞嘧啶。為方便起見，分別把它們縮寫為A、T、G和C。人類DNA只包含4種核苷酸，難怪米舍覺得DNA不可能是遺傳分子。成分如此少的物質(zhì)怎么能生成足夠的編碼信息，使地球上的人類、植物和動物呈現(xiàn)出多樣性呢？

米舍不知道的是，人類每一個細(xì)胞中的DNA序列都有將近30億個核苷酸那么長——科學(xué)家要再過一個世紀(jì)才會發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)。DNA在細(xì)胞中并非緊密盤繞，而是首尾相連，如果伸展開，其長度是地球與太陽之間距離的數(shù)倍。人類的基因彼此不同，并不是因為我們的DNA具有許多不同的核苷酸，而是因為這些核苷酸首尾相連形成了一個非常龐大的密碼，每個人的DNA序列都不同。

大多數(shù)情況下，DNA突變不會產(chǎn)生有害影響。在DNA密碼的同一個位置，你可能擁有一個A核苷酸，而你的鄰居可能擁有一個T核苷酸，你們都不會因為這種差異而受到任何負(fù)面影響。因此，我們的DNA具有極大的彈性空間。我們可以承受數(shù)量驚人的突變而不受任何傷害。

但有時，對DNA中特別重要的部分而言，即使單個核苷酸發(fā)生突變也可能是致命的。對于那些在不知不覺中將這些危險突變遺傳給下一代的家庭來說，DNA將通過龐大的親屬網(wǎng)絡(luò)不斷疊加，造成的危害可能會延續(xù)幾個世紀(jì)。DNA給我們帶來了巨大的力量，但也可能成為毀滅之源。

有害DNA突變能夠任意破壞身體，但受影響最大的莫過于大腦。其他器官里的DNA突變可能會導(dǎo)致我們疼痛、外形損傷，甚至死亡，但不會顛覆我們作為個體的人格。而大腦中的DNA突變會剝奪我們的同理心、記憶、語言以及個性的其他關(guān)鍵部分。這些突變會創(chuàng)造出一個與我們親友所認(rèn)識的截然不同的人。

現(xiàn)在，我們對遺傳學(xué)的了解已經(jīng)非常廣泛了，有時甚至在癥狀出現(xiàn)之前就能判斷出哪些人會患上大腦疾病。我們可以用過去不可能實現(xiàn)的方式預(yù)測未來。某些情況下，科學(xué)家甚至可以利用這些知識及早干預(yù)，讓人們擺脫DNA的基因詛咒。曾經(jīng)無法治療的患者現(xiàn)在可以被治愈了。

所以，讓我們跟隨自出生起就定義我們的分子，跟隨正在學(xué)習(xí)保護(hù)我們的大腦，使其不受DNA影響的科學(xué)家，開始我們的認(rèn)知之旅吧。

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[1]Sophie Juliane Veigl, Oren Harman, and Ehud Lamm, “Friedrich Miescher's Discovery in the Historiography of Genetics: From Contamination to Confusion, from Nuclein to DNA,”Journal of the History of Biology 53,no.3(2020):451-84.

[2]Friedrich Miescher, “Ueber die chemische Zusammensetzung der Eiterzellen,” in Medicinisch-chemische Untersuchungen, ed. Felix Hoppe-Seyler (Berlin:Verlag von August Hirschwald, 1871), 441-60.

[3]“脫氧核糖核酸”指DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)，它含有一個缺失了一個氧原子的核糖分子。“核”指細(xì)胞核，是DNA所在的地方。“酸”表明DNA呈弱酸性，意味著它在合成時傾向于釋放氫。

[4]Rene J.Dubos,The Professor,the Institute,and DNA(New York:Rockefeller University Press, 1976).

[5]Nicholas Russell,“Oswald Avery and the Origin of Molecular Biology,”British Journal for the History of Science 21,no.4(1988):393-400.