01 基因的秘密

达尔文的麻烦

“遗传”，这是一个听起来似乎人人都能理解的科学名词。中国人说“种瓜得瓜，种豆得豆”“老鼠的儿子会打洞”，欧美人说“like father like son”（有其父必有其子）。这些俗语里反映的生物代际之间的相似性，就是遗传。其实从这几句俗语就能看出来，先人们大概早就发现，不管是动物还是植物，不管是生物的外形、行为，还是性格，这些性状都能在一代代的繁衍中顽强地保留和延续下来。

实际上，早在人类文明出现之前，人类就已经意识到了遗传现象的存在，甚至已经开始利用遗传规律改善自己的生活了，尽管他们可能是下意识的。

现代人类的祖先可以追本溯源到数百万年前的非洲大陆。2015年，古生物学家在埃塞俄比亚发现的下颌骨化石，将人属生物出现的时间又一次大大前推至距今280万年前。在200多万年的漫长岁月里，人类祖先在非洲大陆上采集植物、捕获动物，过着靠天吃饭、随遇而安的日子。人类文明的曙光出现在距今30万年前。那时，现代人的直系祖先——人属智人种出现在非洲大陆，并且很快一批批地走出非洲，在世界的各个大陆和主要岛屿上开枝散叶，也把采集和狩猎的固有天性带到了世界各地。在那个时候，还压根看不出我们这些身材矮小、面相平凡的祖先会在日后成为整个地球的主宰。

然而，像突然拥有了某种未知的魔力一般，差不多从10 000年前开始，在世界各地快乐采集和狩猎的智人祖先们，几乎在一眨眼间就改变了赖以生存的生活方式。这些变化开启了农业时代，也最终催生了现今建立在发电机、汽车、互联网和生物技术等基础上的全新人类社会。而这一切变化的开端，就是人类祖先对于遗传规律的利用。

在贾雷德·戴蒙德（Jared Diamond）(1)的代表作《枪炮、病菌与钢铁》中对此有着生动而详实的讨论。就在人类祖先走出非洲的必经之路上，地中海东岸生长着繁茂的野生小麦，它们的种子富含蛋白质和淀粉。我们不难想象，当生活在中东新月沃地的人类祖先在偶然间发现这种植物后，一定会如获至宝地将它作为日常采集和储藏的对象。对于祖先们来说，这和他们数百万年来在非洲大陆进行的日常采集工作并无分别。

但是如果祖先们想要把这些野生小麦挖出来，栽培在居住地周围，为他们提供稳定的食物来源，就会遇到一些棘手的问题。野生小麦的麦穗会在成熟后自动从麦秆上脱落，将种子尽力播撒到周围的泥土里。这是禾本科植物赖以生存、繁衍的性状之一，然而却让人类祖先想要大规模收获小麦种子变得非常困难。毕竟，总不能一天到晚盯着快要成熟的麦穗，在它们即将成熟且尚未脱落的时候眼疾手快地收割吧！

后来，在某个不知名的年代，生活在中东地区的人类祖先无意间发现了一些偶然出现的遗传变异的小麦。这些小麦的麦穗即便成熟，也不会自动脱落。我们可以很容易想象，如果这些变异小麦出现在野外，将注定只有死路一条。因为它们完全无法通过脱落麦穗散播自己的后代。但这些变异植株对于我们的祖先们来说却无比珍贵，因为这样的小麦会大大方便他们在固定时间大批量地收割麦穗、储存麦粒（见图1-1）。

更要紧的是，祖先们一定也在无意间发现了遗传的秘密——种瓜得瓜，种豆得豆。因为这些仿佛上天赐予般的神奇小麦种子，也将会顽强地保留这种对人类祖先——而不是对小麦自身而言，极其有利的性状。所以我们可以想象，祖先们可能会将这些“奇怪”的植物小心移植到居住地周围，用心呵护，直到收获第一批成熟的种子。这些种子将成为祖先们在第二年扩大种植的基础。就这样，伴随着一代代人类祖先的细心发现、栽培和收获，符合人类需要的优良性状最终被保留了下来，一直留存到今天。

这些无意间发现的遗传变异的小麦种子，可能标志着人类农业社会的开端。

在中东、黄河两岸以及中美洲的丛林里，通过对遗传现象的理解和利用，我们的祖先选择和驯化了籽粒更饱满、发芽和成熟时间更统一的小麦和大麦，豆荚永不会爆裂的豌豆和大豆，有着超长纤维的亚麻和棉花，还有绵羊和鸡、鸭等各种家畜、家禽。人类的文明时代就这样开始了。

因为这些遗传现象，人类祖先得以告别随遇而安的狩猎采集生活定居下来，靠用心侍弄作物和家畜过活。也因为这些遗传现象，人类祖先可以生产出多余的粮食养活神父、僧侣、战士，可以组织并建立复杂的政府机构和地域广阔的国家，建造辉煌的神庙和宫殿，并最终孕育出神迹般的现代人类社会。

但是遗传的本质究竟是什么呢？为什么是“种瓜得瓜，种豆得豆”“老鼠的儿子会打洞”呢？反过来看，如果遗传的力量是如此强大，为什么我们仍然可以在自然界中看到各种各样的变异现象呢？为什么生长在中东新月沃地的野生小麦，数百万年来遵循着成熟即脱落的繁衍规则，却还是能偶然产生麦穗不会脱落的后代，而这种奇特性状又可以稳定地遗传下去？为什么经过一代代的筛选后，长得像狗尾巴草一样的野生玉米会变成今天穗壮粒满的模样（见图1-2）？

最早从理性高度思考遗传现象本质的，是同样生活在地中海边的古希腊人。

在古希腊哲学家德谟克利特和希波克拉底看来，遗传现象必然有着现实的物质基础，不需要用虚无缥缈的神祇来解释。在他们的认知里，遗传的本质取决于一种叫作“泛生子”（pangene）的微小颗粒。这种肉眼不可见的颗粒在先辈的体内无处不在，忠实记录了先辈从形态到性格的各种性状，并且会在交配后转移到下一代体内。以泛生子颗粒承载的信息为蓝图，后代得以表现出对先辈们的忠实模仿。

必须承认，泛生子这一概念的提出，其实并没有解决任何实际问题。换句话说，这只是把人们习以为常的遗传现象用一个听起来晦涩难懂的名词概括出来而已。但是，这个从现象到概念的抽象过程绝非毫无用处。至少，借用这个概念，人们可以把许多看起来很不一样的现象联系起来。例如，无性生殖——大多数微小的细菌和真菌能够一分为二，产生两个子代；有性生殖——雌雄家畜交配后会生出一群嗷嗷待哺的小崽儿；甚至还包括果树的嫁接——为什么果树嫁接后的果实会带有接穗（用来嫁接的枝条或嫩芽）和砧木（用来承接接穗的树木）的共同特征，不就是因为泛生子颗粒能够从砧木毫无障碍地传递到接穗里面去，和接穗的泛生子合二为一嘛！因此，这个生命力顽强的概念从古希腊时期一直流传到了近代。

甚至在19世纪中期，在达尔文创立进化论，为地球生命和人类的起源找到科学解释的时候，他仍然借用泛生子这一概念作为自然选择理论的遗传基础。

在达尔文看来，一个生物个体的所有器官、组织乃至细胞，都拥有自己专属的泛生子颗粒。手的泛生子记录着手掌大小、宽窄、掌纹乃至毛发的生长位置，眼睛的泛生子当然少不了记录眼睛的大小、虹膜的颜色、视力的好坏，等等。在交配过程中，来自父母双方的泛生子融合在一起，共同决定了子代五花八门的遗传性状，就像红、蓝墨水混合以后产生的紫色液体，仍旧带着红色和蓝色的印迹（见图1-3）。

更要紧的是，泛生子携带的生命蓝图一旦出错，就会导致后代遗传性状的“突变”，而这些突变，就是进化论中自然选择和适者生存的物质基础。正是因为有突变，一代代生物个体才会具有微小但能够稳定遗传的差异，而这些遗传差异影响着生物个体在环境中生存和繁衍的能力，并最终导致适者生存。

就像许多读者早在中学时期就耳熟能详的那样，进化论在创立后遭到了猛烈攻击。特别在宗教界人士和虔诚的信徒们看来，该学说亵渎了人类万物之灵的神圣性，也把传说中按照自己模样造人的上帝置于可有可无的尴尬地位。牛津主教塞缪尔·威尔伯福斯（Samuel Wilberforce）的那个著名问题——“尊敬的赫胥黎先生，你是否愿意承认自己的祖父或祖母是猿猴变来的”，还被引入中小学教科书。

但很少有人知道的是，进化论同样遭遇了严肃的科学批评。热力学创始人之一、物理学家开尔文勋爵（Lord Kelvin）当时估算出地球的年龄至多不会超过一亿年（当然，后来人们意识到地球的年龄远大于此），而这点时间远远不够积累出进化论所需要的五花八门的遗传变异。

古生物学家们对此发出了诘难，按照进化论，地球上必然存在过许许多多物种之间的中间形态，但是它们的化石又在哪里呢？(2)有一个批评可能是最致命的，因为它声称发现了进化论和融合遗传理论的深刻矛盾，换句话说就是，达尔文辛辛苦苦为进化论找到的遗传基础，可能根本不支持进化论本身！

这一批评来自苏格兰工程师、爱丁堡大学教授亨利·弗莱明·詹金（Henry Fleeming Jenkin）。他评论说，按照达尔文的进化论，生物的遗传物质需要经历漫长、微小的突变过程，才能产生足够显著的性状变化，最终造就地球上五花八门的物种（见图1-4）。

打个比方，有一头小猪，今天替换鼻子，明天替换尾巴，如果在这个过程中不考虑小猪的感受，几个月后，我们就能把它变成一头小牛。如果泛生子融合理论是正确的，那么任何生物个体中出现的微小的遗传变异，都会在交配繁衍的过程中湮灭。就像一滴墨汁滴入一大杯牛奶，黑色很快会消失不见一样。

我们立刻可以看出，小猪变小牛和墨汁滴入牛奶，是完全无法相容的两套理论。如果自然选择理论是正确的，就像在说一滴墨汁——不管多么微小，都可以让整杯牛奶变黑；而如果泛生子融合理论是正确的，那么小猪根本不会失去任何原有的特征，因为所有微小的遗传变异都会像牛奶里的一滴墨汁一样，会被毫不留情地稀释，甚至消失。

达尔文也许并没有多么严肃地看待詹金的辩驳。数年后，达尔文出版了他的另一本巨著《人类的由来和性选择》，正式把人类从伊甸园中开除，成为猿猴们的近亲，他的依据仍然是进化论。而达尔文和詹金都不知道的是，就在他们为泛生子融合理论反复辩驳的同时，在数百千米之外的一座不起眼的修道院里，人类的目光已经穿透纷繁壮美的地球生命，第一次看到了遗传的真正秘密。

遗传的秘密隐藏在黑暗之中。

上帝说，请让豌豆开花结果。于是一切有了光明。