第二章
真相與和解

都在改變，徹底改變：并誕生出極致的美麗。

——威廉·巴特勒·葉芝（William Butler Yeats），
《1916年復活節》（Easter, 1916）

基因曾經是生物學范疇“之外”的概念。我的意思是，如果你在思考哪些是發生在19世紀末期生物領域的重大問題，那么遺傳學的排名恐怕并不會靠前。研究生物體的科學家顯然更關注其他領域，例如胚胎學、細胞生物學、物種起源與進化。那么細胞如何發揮功能？胚胎如何發育成生物體？物種來自何方？又是什么造就了千變萬化的自然界呢？

但是人們在試圖回答這些問題時卻都受阻于相同的節點，其中的共性就是缺乏信息的連接。任何細胞與生物體都需要信息來執行自身的生理功能，可是這些信息源自何方？某個胚胎需要接收消息才能變為成熟的個體，那么又是什么物質來傳遞此類消息呢？或者就事論事，某個物種成員如何“知道”它應該屬于哪個物種呢？

其實基因的無窮魅力就在于此，只需要對它進行單次掃描就可以找到問題的答案。細胞執行代謝功能的信息源自何方？當然是來自細胞的基因。那么胚胎中的加密信息呢？當然還是由基因來編碼。當某個生物體開始繁殖的時候，基因發出的指令在胚胎構建、細胞功能、新陳代謝、交配儀式與復制物種時起到關鍵作用，并且所有這些重要信息均將以某種相同的模式來進行。遺傳學不是生物學領域的次要問題，它一定會躋身于學科排名的前列。當我們用世俗的眼光審視遺傳學時，通常想到的是某種獨特或者另類的特征在薪火相傳：例如父親鼻子的特殊形狀或者家族成員對于某種罕見病的易感性。但是遺傳學需要破解的問題更為基礎：無論鼻子性狀如何變化，這種在早期階段控制生物體形成鼻子的指令的本質是什么？

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將基因作為解決這些生物學核心問題答案的認識姍姍來遲，而這種滯后導致了一種奇怪的現象：作為事后出現的學科，遺傳學將被迫與生物學其他主要領域的觀點和解。如果基因是代表生物信息的通用貨幣，那么它將不僅局限于詮釋遺傳規律，而且還可以用來解釋生物界的主要特征。首先，基因需要解釋變異現象：眾所周知，人眼的形態不只六種，甚至可以出現60億種連續的突變體，那么這些離散的遺傳單位對此如何解釋呢？其次，基因需要解釋進化過程：隨著時間延長，生物體的特征和形態均會發生巨大改變，那么這些遺傳單位又該如何作答呢？第三，基因需要解釋發育問題：這些指令由獨立單位組成，那么它們該如何編碼才能讓胚胎發育成熟呢？

現在我們可以從基因的角度來描述上述三項和解，并且據此來闡明自然界的歷史、現在與未來。其中進化描述了自然界的歷史：即生命從何而來。變異描述了自然界的現在：為什么生物體會是現在的樣子。而胚胎發育則是為了把握未來：單個細胞怎樣才能創造出繼承其衣缽的生物。

從1920年到1940年，遺傳學研究在這20年間得到了迅猛發展，由遺傳學家、解剖學家、細胞生物學家、統計學家和數學家組成的科學聯盟已經解決了前兩個問題（變異與進化）。然而第三個問題（胚胎發育）則需要更多領域的專家學者齊心協力才能攻克。具有諷刺意義的是，盡管胚胎學催生出現代遺傳學，但是基因與物種起源之間的和解才是備受矚目的科學問題。

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羅納德·費希爾（Ronald Fisher）是一位年輕的數學家。1909年，他來到劍橋大學凱斯學院深造。費希爾先天患有導致視力進行性下降的遺傳性眼疾，十幾歲的時候就已經幾近失明。由于費希爾在學習數學過程中基本不依靠紙筆，因此在落筆寫下公式之前，他已經掌握了在頭腦中將數學問題視覺化的能力。盡管費希爾在中學期間就是個與眾不同的數學天才，但是糟糕的視力卻成為他在劍橋學習的累贅。指導老師對于他在數學方面的讀寫能力失望至極，而費希爾也在受盡羞辱之后轉投醫學領域，但是卻沒有通過考試（就像達爾文、孟德爾以及高爾頓的經歷一樣，他們在獲得非凡成就的過程中總要經歷失敗，這似乎也是此類故事不變的主題）。1914年，就在“一戰”于歐洲爆發時，他正在倫敦從事統計分析工作。

費希爾白天為保險公司審核統計信息。而夜幕降臨時，當整個世界幾乎從視野里消失后，他就開始從事生物學理論研究。但是這個令費希爾著迷的科學問題同樣需要解決基因的形態與功能問題。到了1910年，生物學領域的頂級學者還認為，染色體上攜帶信息的離散顆粒就是遺傳信息的攜帶者。然而生物界中所能看見的一切都擁有近乎完美的連續性：凱特勒、高爾頓等19世紀的生物統計學家證實，例如身高、體重，甚至智商等人類性狀都符合平緩連續的正態分布曲線。即便是生物體的發育（最明顯的信息鏈遺傳）似乎也要經歷平緩連續的階段，而不會出現離散爆發的生長模式，正如毛蟲化繭成蝶的演變也不會表現為時斷時續。如果將雀類喙的尺寸繪制成圖，那么這些點同樣可以構成連續曲線。那么“信息顆?！保ㄟz傳學像素）如何以可見的方式來反映生物界的平緩變化呢？

費希爾意識到，構建嚴謹的遺傳性狀數學模型或許能夠解決這個矛盾。他明白，由于孟德爾選擇了高度離散的特征并采用純種植物進行雜交，所以才能在實驗中發現基因具有不連續性。單基因只能產生兩種狀態，也就是高或矮以及是或否，但是如果現實世界中的各種性狀（身高或膚色）是由多基因共同調控呢？假設身高由5個基因決定，或者說鼻子形狀受到7個基因控制，那么我們又該如何解釋呢？

費希爾發現，構建某個多基因（5個或7個）調控單一性狀的數學模型并不復雜。如果該模型只涉及3個基因，那么總共應該有6個等位基因或者基因變異體，其中3個來自母親，而另外3個來自父親。經過簡單的組合數學運算后，這6個基因變異體可以產生27種不同的組合。費希爾發現，如果每種組合都可以對高度產生獨特影響，那么根據結果繪制的曲線就會非常平緩。

如果某個性狀受到5個基因調控，那么經過排列產生的組合數量將會更多，而這些排列組合導致的身高變化就會趨于連續。如果再把環境因素考慮在內，例如營養對于身高的影響或者日光照射對于膚色的作用，那么費希爾就可以對更為罕見的組合及其影響展開想象的空間，并且最終繪制出完美的平緩曲線。假設使用7張彩色玻璃紙分別對應彩虹的7種基本顏色，然后將它們并排擺放且兩兩疊加，那么我們可以通過這種手段來展現幾乎所有的色彩。而每張玻璃紙所代表的顏色“信息”依舊保持離散。這些顏色并沒有真正彼此融合，只是其相互疊加的效果創造出視覺上連續的顏色光譜。

1918年，費希爾將他的分析結果發表在《孟德爾遺傳假設下的親緣相關性》（The Correlation between Relatives on the Supposition ofMendelian Inheritance）一文中。盡管文章標題看上去含混不清，但是其傳遞的信息簡明扼要：如果你將控制某個性狀的3個到5個變異基因的效果混合起來，那么所得到的表型連續性將趨于完美。他在文中寫道，“人類變異的確切數量”可以由孟德爾遺傳學的擴展理論來解釋。對于單基因的獨立影響而言，費希爾認為就像是點彩派繪畫中的某個點。如果你將畫面放大到足夠倍數，那么展現在眼前的就是許多獨立且離散的點。但是在浩瀚的自然界中，我們觀察與體驗到的性狀卻是無數散點組成的集合：似乎這幅天衣無縫的畫作由密集的像素構成。

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第二項和解關乎遺傳與進化，其解決方法不僅需要構建數學模型，而且更取決于實驗數據的結果。達爾文認為只有通過自然選擇才能完成物種進化，但是在開始進行自然選擇之前，總得有些自然存在的東西以供選擇。對于自然界中的生物種群來說，它們必須具備足夠數量的自然變異體才能區分出勝負。我們以某個島嶼上的雀類種群為例，只有喙的尺寸具有充足的本質多樣性后，當旱季來臨時才可能對其中具有最堅硬或者最長喙的雀類進行選擇。假設這種多樣性并不存在，即所有的雀類都具有相同的喙，那么自然選擇根本無法發揮作用。全部雀類將會一次性滅絕。物種進化至此將戛然而止。

但是在野生狀態下發生自然變異的動力是什么呢？雨果·德·弗里斯曾經推測突變是發生變異的原因：基因型發生改變導致表型出現變化，然后再通過自然選擇被篩選出來。但是德·弗里斯的猜測要早于基因分子定義提出的時間。那么實驗證據能否說明可識別的突變造成了現實中的基因變異？突變是源自瞬間和自發，還是說那些千奇百怪的自然遺傳變異早就存在于野生種群中呢？基因在面臨自然選擇時發生了什么變化呢？

狄奧多西·多布然斯基是一位移民美國的烏克蘭裔生物學家。20世紀30年代，他開始對野生種群中的遺傳變異區間進行研究。多布然斯基在哥倫比亞大學的蠅室學習期間曾經與托馬斯·摩爾根共事。他知道只有到野外進行實驗，才能準確描述野生種群的基因變化。于是多布然斯基帶著捕蟲網、蒼蠅籠和爛水果出發去采集野生果蠅，他一開始只在加州理工學院的實驗室周邊物色實驗對象，然后輾轉來到加州的圣哈辛托山（Mount San Jacinto）與內華達山（Sierra Nevada）附近，其最終的足跡遍及全美的森林和山脈。那些整天待在實驗室里的同事都認為他徹底瘋了，以為多布然斯基只身一人去了加拉帕戈斯群島。

多布然斯基采集野生果蠅變異體的行動至關重要。例如，在一種名為擬暗果蠅（Drosophila pseudoobscura）的野生型里，他發現了影響復合性狀（其中包括壽命長短、眼睛結構、剛毛形態與翅膀尺寸等）的多基因變異體。而最引人注目的發現是，在同一區域采集的果蠅中，相同基因竟然會產生兩種結構完全不同的表型。多布然斯基將這種基因變異體稱為“生理小種”。根據基因在染色體上的排序，多布然斯基利用摩爾根的定位技術繪制了三個基因（A、B、C）的圖譜。多布然斯基發現，這三個基因在某些果蠅中按照A—B—C的順序沿著第五條染色體分布。而在另一些果蠅中，這個順序被完全顛倒成了C—B—A。這種由某條染色體倒位造成的果蠅生理小種之間的差異是說明遺傳變異最生動的案例，但是任何遺傳學家都沒有在自然種群中見到過此類現象。

然而故事還遠沒有結束。1943年9月，多布然斯基嘗試利用某項獨立實驗來詮釋變異、選擇與進化的關系，或者說他打算在紙箱內重建加拉帕戈斯群島的自然生態。他首先準備好了兩個經過密封處理但是可以通風的紙箱，然后將“ABC”與“CBA”兩種果蠅品系按照1∶1的比例混合后注入。其中一個紙箱暴露于低溫環境，另外一個含有相同混合品系果蠅的紙箱則被置于室溫環境。果蠅在這種封閉空間內歷經多代繁殖，而多布然斯基負責打理它們的飲食與衛生。雖然紙箱中果蠅種群數量在生死輪回中起起落落，但是其血統和家族卻在這種顛蕩起伏中得以延續。當多布然斯基在4個月后開始采集樣本時，他發現這兩個紙箱中的果蠅種群發生了巨變。在暴露于低溫環境的紙箱里，ABC品系果蠅的數量幾乎增長了一倍，同時CBA品系的數量出現下降。而在置于室溫環境的紙箱里，這兩種品系卻呈完全相反的比例。

多布然斯基的實驗囊括了與進化相關的所有關鍵要素。他從某個基因結構發生自然變異的種群入手，然后將溫度作為自然選擇的推動力。只有那些“最適合”的生物體，也就是那些能夠適應低溫或者高溫環境的個體才能生存下來。隨著新品系果蠅的出生、選擇與繁殖，原有的基因頻率發生了變化，從而產生具有全新遺傳構成的種群。

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為了使用規范的術語來解釋遺傳學、自然選擇以及進化之間的交互作用，多布然斯基重新啟用了基因型與表型這兩個重要的詞匯。基因型是指某個生物體的基因組成，它可以指某個基因、基因結構甚至整個基因組。與之相反，表型則指的是生物體的自然或者生物屬性與特征，例如眼睛的顏色、翅膀的形狀或是對冷熱條件的耐受力。

基因決定自然特征是孟德爾發現的重要真理，而現在多布然斯基不僅可以重述以上事實，他還將其理論擴展到涉及多個基因與多種特征的領域：

基因型決定表型

但是上述公式需要添加兩項重要的修正才算完善。首先，多布然斯基注意到，基因型并不是表型的唯一決定因素。顯而易見，自然環境與社會背景將對其物理屬性造成影響。拳擊選手的鼻子形狀肯定不只是遺傳的產物，其決定因素還包括他選擇的職業性質以及鼻軟骨遭受攻擊的次數。如果多布然斯基突發奇想把某個紙箱中全部果蠅的翅膀剪掉，那么他在不改變基因的情況下同樣會影響果蠅的表型（翅膀的性狀）。換句話說：

基因型+環境=表型

其次，有些基因可能會被外部觸發器或隨機因素激活。例如，果蠅中決定殘翅大小的某個基因就取決于溫度：你不能只根據果蠅基因或環境因素來預測其翅膀的形狀，你需要將這兩種因素結合起來通盤考慮。對于此類基因而言，基因型與環境都不是表型的預測指標，這是基因、環境與概率交互作用的結果。

在人類中，BRCA1基因突變會增加罹患乳腺癌的風險，但并不是所有攜帶BRCA1突變基因的女性都會得乳腺癌。這些觸發依賴型與概率依賴型基因被認為具有部分或不完全的“外顯率”，也就是說，即便這個基因可以被遺傳，它也未必能夠表現出實際屬性。或者說，某個基因可能具有多種“表現度”，即使基因可以被遺傳下來，它實際表達的屬性也因人而異。某位攜帶BRCA1突變基因的女性可能在30歲時罹患惡性程度很高（侵襲性強且易發生遠處轉移）的乳腺癌。此外某位攜帶相同突變基因的女性可能罹患的腫瘤惡性程度很低，而另一位女性有可能根本不會罹患乳腺癌。

我們至今仍然不知道是什么原因導致這三位女性的結果出現差異，但是應該與年齡、暴露、其他基因以及運氣等綜合因素有關。BRCA1基因突變并不能對于最終結果做出準確預測。

因此最終的修正公式應該按照如下表述：

基因型+環境+觸發器+概率=表型

盡管上述公式看似簡潔，但是卻具有權威性，它不僅抓住了遺傳、概率、環境、變異與進化之間交互作用的本質，而且還反映了決定生物體形態與命運的演變過程。在自然界里，基因型變異就存在于野生種群中。這些變異與不同的環境、觸發器以及概率發生交互作用，然后決定了某個生物體的屬性（某只果蠅對于溫度耐受力的強弱）。如果面臨高強度的選擇壓，例如溫度升高或是食物銳減，那么只有那些最適合的表型才能得以保全。某只果蠅經過這種選擇性生存后會繁殖更多的幼蟲，而繼承了親代部分基因型的幼蟲能夠更好地適應這種選擇壓。值得注意的是，選擇過程會對自然屬性或生物屬性產生影響，其結果是控制屬性的基因被動地保留了下來。鼻子畸形可能只是某場落敗拳賽的結果，也就是說，這可能和基因沒有什么關系，但是如果僅根據鼻子對稱性來判斷比賽的結果，那么長著畸形鼻子的拳手就會被直接淘汰。即便從長遠考慮這位拳手具備許多其他優勢基因，例如關節韌性靈活或是能夠忍受劇痛，然而由于這該死的鼻子拖累，那么所有這些基因也都會在競爭中走向滅絕。

簡而言之，表型的背后就是基因型，它就像是一匹拉著馬車的馬。自然選擇是日久歲深的謎題，它在找尋適應度的時候卻陰錯陽差地發現基因就具備這個功能。通過表型的篩選，能夠產生適應度的基因逐漸在種群中壯大起來，從而讓生物體愈發適應它們所處的環境。雖然自然環境令生物體在進化的道路上舉步維艱，但是它們卻造就了世間完美的絕配。因此這才是推動生命發生進化的引擎。

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多布然斯基實驗最終取得的輝煌解決了物種起源問題，而這也是達爾文曾潛心研究多年的“謎中之謎”?！凹埾渲械募永粮晁谷簫u”實驗闡釋了雜交生物種群（果蠅）隨時間進化的機理。但是多布然斯基知道，即便讓基因型變異的野生種群繼續雜交下去，也永遠不會形成新物種：畢竟，物種的基本定義就是不能進行種間雜交。

不過為了創造某個全新物種，必須采取某些措施來限制雜種繁殖。多布然斯基很想了解地理隔離是否也是影響因素。假設某個攜帶基因變異的生物種群可以進行雜種繁殖，可是突然間，這個種群因為某次地質裂縫的出現而被一分為二，或者某座島嶼上的鳥群被風暴席卷至另外一座相距遙遠的島嶼，并且再也無法飛回原來棲息的地方。按照達爾文的理論，這兩個種群將會分別獨立完成進化，直到這兩個地點中的某個基因變異體被選擇出來，最后形成了生殖隔離。即便新鳥類物種能夠飛回原來的島嶼（例如乘船），那么它們也不能與失聯已久的遠方親戚進行交配了：由于上述兩種鳥類的后代已經具有遺傳不親和性，因此這些錯亂的遺傳信息將禁止它們存活或是進行繁殖。地理隔離會引起遺傳隔離，并最終導致生殖隔離。

此類物種形成機制并非源自主觀臆測，多布然斯基可以通過實驗來驗證這個觀點。他將兩種地理位置相距遙遠的果蠅混合后放入同一個籠子里，果蠅在此進行交配并且產下子代，但是幼蟲成年后卻無法生育。通過對進化過程進行連鎖分析，遺傳學家甚至可以查明導致子代不育基因的實際分布。其實這就是達爾文邏輯中缺失的聯系：最終由遺傳隔離導致生殖隔離，并且推動新物種起源。

到了20世紀30年代末期，多布然斯基開始意識到，他對于基因、變異和自然選擇的理解已經遠遠超出了生物學的范疇。1917年，席卷俄國全境的革命試圖抹去所有個體差異而優先發展集體屬性。與之相反，另一種窮兇極惡的種族主義正在歐洲迅速蔓延，竭盡所能夸大個體差異甚至將其妖魔化。多布然斯基指出，這兩種危機的理論基礎均源自生物學領域。其中涉及個體的定義是什么？變異如何塑造我們的個性？評判物種“優越”的標準是什么？

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如果上述事件發生在20世紀40年代，那么多布然斯基就可以直接駁斥這些觀點了：他最終肯定會對納粹優生學、蘇聯農業集體化以及歐洲種族主義做出嚴厲的科學批判。但是他在野生種群、變異與自然選擇方面的研究成果已經為這些問題提供了重要的理論基礎。

首先，遺傳變異在自然界中很顯然是種常態而不是例外。美國與歐洲的優生學家堅持利用人為選擇來促進人類向“優越”發展，可是在自然條件下并不存在什么單純的“優越”。不同種群的基因型大相徑庭，而這些多種多樣的遺傳類型可以在野生條件下共同存在甚至重疊分布。自然界并不像人類優生學家想象的那樣急于將遺傳變異均質化。實際上，多布然斯基發現自然變異是生物體的某種重要儲備，這種財富甚至比生物體自身的責任還重要。如果沒有變異發生就不會存在豐富的遺傳多樣性，那么生物體可能終將徹底失去進化能力。

其次，突變只是變異的別名。多布然斯基在野生果蠅種群中發現，無論是ABC還是CBA品系果蠅，沒有哪種基因型具有先天的優越性，它們都得依賴“環境”與“基因—環境”交互作用才能生存。某人產生的“突變”對于另一個人來說就是“遺傳變異”。我們可以在某個寒冷的冬夜選出某種果蠅，而在某個炎熱的夏日選出另外一種完全不同的果蠅。無論是從道德還是從生物學角度出發，變異都沒有優越性可言，因此每種變異只是多少去適應某種特定的環境而已。

最后，生物體的物理或精神屬性與遺傳之間的關系要遠比預期的復雜。高爾頓等優生學家曾希望篩選出復雜的人類表型（智力、身高、容貌以及品德），并據此作為某種生物捷徑來富集與智力、身高、容貌和品德相關的基因。但是某種表型并非由單個基因按照一對一的方式來決定。而篩選表型的機制很難保證遺傳選擇的正確性。如果基因、環境、觸發器與概率能夠最終決定某個生物體的特征，同時優生學家在沒有分清這些因素關聯效應的前提下，就貿然打算借助傳宗接代來改善智力或容貌，那么他們注定將一敗涂地。

對于被濫用的遺傳學與人類優生學而言，多布然斯基的每項發現都是針鋒相對的反擊?；?、表型、選擇與進化等概念可以通過相對淺顯的理論聯系在一起，但是這些道理很容易為人誤解或者蓄意歪曲。“追求簡潔，保持理性。”英國數學家與哲學家懷特海（Alfred North Whitehead）曾這樣告誡自己的學生。多布然斯基已經發現了這種簡潔，但是他同時也對遺傳邏輯過于簡單化提出了強烈的道德警告?？上挠^點都被湮沒在教科書與學術論文中，就連那些集權國家的政治力量也沒有重視這些遠見卓識，而它們即將在操縱人類遺傳的領域中興風作浪。