基因扩散的新武器

科学家找到了一种促进基因扩散的新武器，可以迅速地把一个新基因引入到野生种群的基因组之中。

假如有个心怀鬼胎的外星人来到地球，打算把人类变成自己的奴隶，他会怎么办呢？一个办法就是先制造一个“奴隶基因”，将其植入到某人的基因组中，然后把他/她放到社会上去，任其结婚生子，慢慢把这个“奴隶基因”扩散到整个人类种群当中去。

这个办法听上去似乎不错，但真的可行吗？让我们来做个简单的计算。已知一个孩子的基因组一半来自父亲，一半来自母亲，所以这个“奴隶基因”只有50％的可能性会传给某个孩子。为了便于计算，让我们假设这个被外星人改造过的人只生了两个孩子，那么最大的可能是只有一个孩子携带“奴隶基因”，携带率为50％。

再假设这两个孩子长大后分别找一个健康人结婚生子，又分别生下了两个孩子，那么按照上述方式计算，第二代这四个孩子当中，只有一个孩子携带有“奴隶基因”，另外三个孩子都是健康的，携带率降到了25％。以此类推，第三代八个孩子当中仍然只会有一个孩子携带“奴隶基因”，携带率进一步降到了12.5％。

换句话说，这个外星人的计划是不太可能成功的，因为遗传规律决定了一个新基因很难在种群中扩散开来，除非这个基因能让携带者具备某种生存优势。比如，如果携带“奴隶基因”的人会变得非常有魅力，因此而生下了更多的孩子，那么下一代当中这个基因的携带率就会比正常值多那么一点点。这样慢慢积累下来，最终该基因就会取代原来的等位基因，成为新常态，这就是生物进化的机制。

但是，这个机制却给人类操控自然种群带来了很多困难。比如，为了对付疟疾，有人曾经设想把一个自杀基因导入传播疟疾的蚊子种群当中，让其自行灭绝。但这样的基因显然不具备生存优势，按照上文的逻辑，这个基因是很难在野生蚊子种群中自主地扩散开来的，必须设法将其“驱动”起来。

为了解决这个“基因驱动”（gene drive）的难题，科学家们想过很多办法，但要么操作难度太大，要么效果不太理想，一直很难付诸实践。2012年，有人发明了一种名为CRISPR–Cas9的基因编辑技术，可以在活细胞内对特定的基因片段进行编辑。这项技术很快就被应用于生物学研究的各个方面，基因扩散自然也包括在内。

2014年，美国加州大学圣地亚哥分校（UCSD）的两位遗传学家在《科学》杂志上发表论文，报告了一种基于CRISPR–Cas9的新方法，在果蝇身上实现了基因的定向驱动，而且效率相当高。

这个方法解释起来有点复杂，简单来说，就是通过基因编辑技术，把受精卵当中来自健康一方的那条染色体也变成这个特殊基因的携带者。这样一来，只要雌雄双方有一方携带了这个外源基因，那么它们生下的后代就全都携带这个基因了，而不是遗传学规则预言的只有50％。

这篇论文发表后引起了轰动，但果蝇毕竟是低等生物，高等哺乳动物不一定可行，于是两位科学家决定在小鼠身上进行类似的实验。2018年7月4日，一家专门刊登论文预印本的网站bioRxiv刊登了他俩撰写的新论文，证明这套基因驱动系统在小鼠身上也可以运行，只是效率要比昆虫低一些。

消息一经披露，立刻引发了一场关于科学伦理的大讨论。有人认为这项研究将为恐怖分子提供一种新式基因武器，帮助他们在人群中扩散某种有害基因，就像前文所说的外星人奴隶养成计划一样。不过这篇论文的作者指出，起码从目前来看，这项技术不太可能做到这一点，因为这套系统还不够稳定，小鼠繁殖几代之后就很有可能失去活性。

虽然有可能被坏人滥用，但这项技术在抑制有害生物物种方面还是很有潜力的，尤其是擅长传播各种传染病的蚊子，非常适合运用这项技术加以定点清除。所以，这项技术虽然有些争议，但研究的步伐并没有因此而放缓。

让我们拭目以待吧。