生命不过就是一种化学作用。

如果我们发现某条染色体上任意两个基因之间的重组情况很多,就可以推论它们相隔很远;重组情况愈少,基因可能愈接近。

他会测试祈祷的功效。他想如果祈祷有用的话,最常祈祷的人应该占有优势,为了测试这个假设,他开始研究英国君主的寿命。每个星期天,英国国教教会在做礼拜时,都会按公祷书恳求上帝“赐予国王/女王天恩,使之万寿无疆、福禄双全”。高尔顿推论,所有的祈祷的累积效果应该很有用。事实上,祈祷似乎没有效:他发现英国君主平均比其他的英国贵族早逝。

为了全世界着想,最好不要等退化者的子孙犯罪后才将他处决,或是让这些人因低能而饿死,社会可以防止这些有明显缺陷的人传宗接代……三代的低能儿已然足够。

1907年,印第安纳州通过史上第一条强制绝育法,授权对证实为“罪犯、白痴、强奸犯与低能儿”的人做绝育手术。印第安纳州是第一个制定这种法律的州,许多州群起仿效,最终美国一共有30个州制定了类似的法令,到了1941年,美国约有6万人被强制绝育,其中加州就占了一半。

从DNA到蛋白质:DNA在细胞核内转录成信使RNA,然后RNA输出至细胞质里,转译为蛋白质。转译发生在核糖体内,与信使RNA各个碱基对三联体密码子互补的转移RNA,把氨基酸带到核糖体,这些氨基酸会结合成蛋白质链。

这些发现无意间解决了生命起源中“先有鸡,还是先有蛋”的问题。许多人认为,最早的生命形式是由一个DNA分子所构成的,这个盛行的假设有一个无法避免的矛盾之处:DNA无法自行聚合,它需要蛋白质才能聚合。那么究竟是先有蛋白质,还是先有DNA?若是先有蛋白质,据我们所知,蛋白质却不具备复制信息的方法;若是先有DNA,DNA是可以复制信息,但必须要有蛋白质才行。这是个无解的问题。当时我们认为,要有DNA,就必须有蛋白质;

这些发现无意间解决了生命起源中“先有鸡,还是先有蛋”的问题。许多人认为,最早的生命形式是由一个DNA分子所构成的,这个盛行的假设有一个无法避免的矛盾之处:DNA无法自行聚合,它需要蛋白质才能聚合。那么究竟是先有蛋白质,还是先有DNA?若是先有蛋白质,据我们所知,蛋白质却不具备复制信息的方法;若是先有DNA,DNA是可以复制信息,但必须要有蛋白质才行。这是个无解的问题。当时我们认为,要有DNA,就必须有蛋白质;而要有蛋白质,就必须有DNA。

RNA是珍贵的进化遗产。自然选择在解决了一个问题后,通常会继续沿用这个解决方案,自然选择的座右铭可以说是“没坏就别修”。换言之,在没有必须改变的自然选择压力时,细胞系统不会创新,所以会保留许多过去进化的痕迹。一个过程之所以采取某种特定的方式,可能只因为它最初是那样进化的,而不是因为那是最好和效率最高的方式。

除了性染色体X与Y以外,人类染色体都是根据大小来编号。1号染色体最大,21号和22号染色体最小。在每个细胞的总DNA量中,有8%位于1号染色体内,大约有2.5亿对碱基。21号和22号染色体则分别有4000万和4500万对碱基。即使是最小的DNA分子,例如微小病毒的DNA分子,至少也含数千对碱基。

细菌在攻击病毒的DNA时,为什么不会攻击自己的DNA?埃布尔找到的第一个答案是一群能降解DNA的酶,称为“限制酶”(restriction enzyme)。由于限制酶会切断外来的DNA,因此只要细菌细胞内有它们的存在,就可以限制病毒的生长。这种切断DNA的作用是针对特殊序列所产生的反应:特定的限制酶只有在认出某个特别序列时,才会切断DNA。例如首批被发现的限制酶之一EcoR1,就会辨识和切断碱基序列GAATTC。 但是为什么细菌不会切断自己DNA的GAATTC序列?这正是埃布尔的第二大发现。在制造以特定序列为目标的限制酶时,细菌也会制造第二种酶,它能以化学方式——在碱基中加入甲基团CH3——来修饰本身DNA上任何位置的相同序列。因此当限制酶EcoR1大肆破坏病毒DNA的GAATTC序列时,在细菌DNA中经过修饰的GAATTC序列就不会被认出来。

到了20世纪70年代初期,制造“重组DNA”的所有成分都已齐备。首先,我们利用限制酶切断DNA,分离出想要的基因序列;然后利用连接酶把这个序列“贴到”质体内(这时质体就像一张磁盘,内含我们想要的序列);最后只要把这张“质体磁盘”插入细菌细胞,就可以复制我们所要的DNA片段。细菌细胞分裂时会像复制本身的遗传物质一样,也复制含有我们所要的DNA片段的质体。因此,只要把一个质体植入单一细菌细胞内,细菌在繁殖时就可制造出大量我们所选择的DNA序列。只要让这个细胞不断繁殖,最终就可形成由数十

到了20世纪70年代初期,制造“重组DNA”的所有成分都已齐备。首先,我们利用限制酶切断DNA,分离出想要的基因序列;然后利用连接酶把这个序列“贴到”质体内(这时质体就像一张磁盘,内含我们想要的序列);最后只要把这张“质体磁盘”插入细菌细胞,就可以复制我们所要的DNA片段。细菌细胞分裂时会像复制本身的遗传物质一样,也复制含有我们所要的DNA片段的质体。因此,只要把一个质体植入单一细菌细胞内,细菌在繁殖时就可制造出大量我们所选择的DNA序列。只要让这个细胞不断繁殖,最终就可形成由数十

到了20世纪70年代初期,制造“重组DNA”的所有成分都已齐备。首先,我们利用限制酶切断DNA,分离出想要的基因序列;然后利用连接酶把这个序列“贴到”质体内(这时质体就像一张磁盘,内含我们想要的序列);最后只要把这张“质体磁盘”插入细菌细胞,就可以复制我们所要的DNA片段。细菌细胞分裂时会像复制本身的遗传物质一样,也复制含有我们所要的DNA片段的质体。因此,只要把一个质体植入单一细菌细胞内,细菌在繁殖时就可制造出大量我们所选择的DNA序列。只要让这个细胞不断繁殖,最终就可形成由数十亿个细菌构成的庞大菌落,创造出数十亿个我们想要的DNA复本。这个菌落成了我们的DNA工厂。

这种感觉就像被选入西班牙政府召集的特别委员会,评估哥伦布和他的水手将承受的风险。这个委员会要制定出一套方针,看万一发现地球是平的的时候该怎么做,以及水手可以朝地球边缘安全地前进多远等等。

光是进入P4实验室就是一项严苛的考验。在脱掉所有衣物后,每位研究员必须穿上政府提供的白色男用短内裤、黑橡胶靴、类似睡衣的蓝外衣、类似医院里穿的后开式褐色长袍、两双手套和类似浴帽的塑料帽。然后所有的东西都必须很快地用甲醛冲洗,一件都不能漏,包括所有设备:各种装置、瓶子和玻璃制品。连写在纸上的实验说明也都必须经过甲醛冲洗;因此这些研究员把实验说明一张张放进密封袋,希望甲醛不会渗进去,把所有的纸变成皱皱巴巴棕色的一团,就像羊皮纸一样。任何暴露在实验室空气中的文件最终都必须销毁,因此这个哈佛团队甚至不能带实验笔记进去。在穿过甲醛池后,他们走一小段楼梯到下层的P4实验室去。任何人在离开实验室时,都必须重复同样冗长的消毒程序,包括淋浴在内。

指出“人类制造的活微生物是可申请专利的项目,惟该项目必须为人类发明才能与研究之结果”,

指出“人类制造的活微生物是可申请专利的项目,惟该项目必须为人类发明才能与研究之结果”,

人类制造的活微生物是可申请专利的项目,惟该项目必须为人类发明才能与研究之结果”,

“人类制造的活微生物是可申请专利的项目,惟该项目必须为人类发明才能与研究之结果”

一杯咖啡所含对啮齿动物具有致癌作用的物质,比你一年吸收的农药残留物还多。如今一杯咖啡里还有1000种化学物质还没经过测试。这只是说明我们具有双重标准:如果是合成物质,我们就怕得要命;如果是天然物质,我们就毫不在乎。

从人类单一细胞内DNA数量的测定值来看,我们可以估计人类基因组(单一细胞核内所含的一半DNA)大约包含31亿个碱基对,也就是3100000000个A,T,G或C。

我们预测的成本及时程后来也证明相当准。拥有个人计算机的人都知道,科技会随着时间变得更好、更便宜,因此我们建议把大部分实际的定序工作延后,直到技术的成本效益达到合理程度时再开始,并把改善定序技术列为优先事项。

非人类研究目标的不二之选自然是遗传学家的旧爱:大肠杆菌、酵母菌、线虫(学名C.elegans,它在布雷纳带动下成为研究宠儿),以及果蝇。

人类基因组计划不仅是定出A,T,G,C的位置,在各个层面上,它都是人类所能获得最珍贵的知识之一,甚至可能回答与人性有关的最基本的哲学问题。我决定我们应该把总预算的3%(这比例虽然不高,金额却很庞大)用于研究这个计划对道德、法律与社会的影响。后来在参议员戈尔(Al Gore,其后曾出任副总统)的敦促下,这个比例提高至5%。

事实上,我认为智力与低基因数之间有一种相互关系。我的看法是:所谓聪明,就是像我们或果蝇一样,拥有一个相当不错的神经中心,让我们能以相对很少的基因,执行复杂的机能。(把几万个称为“很少”,好像有点怪,不过这是相较而言。)脑赋予我们的感觉能力与神经操控肌肉运动的能力,远超过没有眼睛、移动缓慢的线虫,因此我们可以选择的行为反应,范围大得多。至于不能移动的植物,选择更少,它们得用上所有的遗传资源才能应付环境中的偶发事件。相对地,聪明的物种在遇到天气骤然变冷等偶发事件时,可以运用神经细胞去寻找更适合的环境(例如温暖的洞穴)。

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他们跟我一样,认为尝试以这种方式“创造生命”并没有道德上的问题。如果真的成就这个伟业,也只不过再度证实分子生物学界大多数人早已知道的事实:生命的本质就是复杂的化学作用,别无其他。

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生物学曾经有一个重要信条:生命作用的所有能量最终都来自太阳。但是近年发现的微生物之中,最惊人的或许就是那些推翻这个信念的微生物。

但是,现在我们发现了一类“无机自养生物”(lithoautotroph),这种微生物能从完全由火山爆发所创造的岩石中取得所需的养分。这些岩石没有包含有机物质的迹象,也不含阳光普照的史前时代所留下的任何能量。无机自养生物必须利用无机物来建造本身的有机分子,它们实际上是以岩石为食。

遗传信息是按等级规划的。他们发现,有些突变种的改变范围广泛,但有些突变种的变化则较为有限;他们根据这一点正确地推论出,效果广泛的基因是在发育早期发挥作用,亦即它们是位于启闭阶级的顶端,相对地,效果有限的基因是在比较后期才发挥作用。他们发现了逐级传达式的转录因子:一些基因启动其他基因,而这些被启动的基因又启动其他基因,依次类推。事实上,这种逐级传达式的基因启闭机制正是建造复杂个体的关键。这就像负责建造砖块的基因可以独立制造出一排砖块;然而在伙伴的协调运作下,它可以建造出一面墙,最终盖好一整栋房子。

一个个体若要正常发育,其细胞就必须“知道”自己在个体内的位置。毕竟,果蝇翅膀尖端的细胞所走的发育路线,应该跟果蝇脑部的细胞极为不同。第一条有关发育部位的必要信息最简单:发育中的果蝇胚胎怎么知道哪一端在哪里?头应该往哪边长?bicoid蛋白质是由母体的一个基因所制造的,它会以不同的浓度分布在整个胚胎中。这个效应称为“浓度梯度”(concentration gradient):这种蛋白质的含量在头端最高,愈接近尾端含量愈低。

正常运作的基因会调控体节的身份,确认每个体节的器官都长在正确位置上:头节长出触角,胸节长出翅膀和脚。但在发生同源转化突变时,各节的身份却发生混淆。以触足突变为例,头节以为自己是胸节,因此长出脚,而不是触角。值得注意的是,尽管脚的位置不对,但它的功能仍很完整。这暗示触足位置基因启动的是一整组的基因,它们通常是制造触角的基因或制造脚的基因(在异常发生时);但是在错误时间于错误位置被启动的整组基因,内部的协调工作并未受到阻挠。在这里我们再次看到,发育等级较高的基因控制了等级较低的许多基因。如同每个图书馆员都知道的,等级组织在储存和取得信息上效率较高。由于有这种等级式的安排,有时极少数的基因就足以造成很大的影响。

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从免疫系统对外来蛋白质的反应强度,可以看出那个外来蛋白质跟被入侵的生物体之间有多少差异:如果它和这个生物体本身的蛋白质相当类似,则免疫反应也会相对较弱;但是,如果这两个蛋白质差异很大,免疫反应也会按比例变得较强。

大多数重要的进化改变,都是发生在控制基因启闭的DNA片段。如此一来,一个微小的遗传变化有可能造成重大的影响,例如这个小变化可能改变了基因表现的时机。换句话说,大自然可以借由调控相同的基因,让它们以不同的方式运作,从而创造出两种长相非常不同的生物。