生命之劇的導演

郭禮和

“垃圾DNA”這個名字出自上世紀70年代。在這之前已經發現真核細胞（有細胞核結構的細胞）染色體上的基因之間是不連續的，也就是說，基因之間存在著很大的間隔，就像上海到北京的鐵路有許多火車站，但這些火車站只占據鐵路總長的1.5%（也就是基因只占DNA總長的1.5%）。故而，1972年美國加州理工學院大野乾把不編碼蛋白的染色體片斷稱為“垃圾基因”。70年代后期，由于DNA測序技術的誕生和使用，證明不僅基因之間有很長的不編碼DNA，就是基因內部也存在有許多不編碼的間隔，說明一個完整的基因實際上是由許多不連續的DNA編碼片斷拼接起來的。因此，科學家把這些不編碼蛋白信息的DNA統稱為“垃圾DNA”。但是，對原核生物（沒有細胞核的單細胞生物）DNA測序，發現它們的基因內部卻是連續編碼，基因之間的間隔也很短，說明它們的垃圾DNA很少。真核細胞與原核細胞的基因組和基因結構為什么有這樣大的差異，這使人們產生很多聯想和推測。

真核細胞產生這么多的“垃圾DNA”究竟干什么？到了上世紀80年代后期，DNA測序技術已經完全實現了自動化，故而人們提出將人類的基因組（人的細胞染色體全部DNA）序列進行分析，這就是所謂“人類基因組計劃”。此計劃從1990年啟動到2003年完成，但是，這項人類歷史上最大的科學工程實際上只是完成了一個草圖。因為，研究人員只是將人類基因組的序列測出一部分，還有很多空隙未測出，主要是涉及到一些重復序列，它們的序列用現有技術很難測出。根據已測出的序列和結構分析，基因只有2.6萬個左右，占基因組總長度約1.5%，而98.5%的DNA為非編碼區，也就是人們通常所說的“垃圾DNA”。這98.5%的“垃圾DNA”究竟有什么用處？于是，科學家們在完成“人類基因組計劃”的草圖之后，啟動了ENCODE研究計劃，進一步對那些基因組空白處進行測序，并探索這些大量的“垃圾DNA”的功能，編纂DNA元件百科全書。上述兩個研究計劃可以分別稱為“結構基因組計劃”和“功能基因組計劃”。

“結構基因組計劃”的完成證明：人類和小鼠的基因組大小、基因種類和數量甚至基因的結構都很相似，但在個體形態和智慧方面的差異卻有天壤之別。他們的基因組最大的差異就是“垃圾DNA”，由此可見“垃圾DNA”并不“垃圾”，它可能與物種進化、胚胎發育、個體生長、疾病發生、機體衰老和死亡等生命現象都有著密切關系，也就是與控制基因的變異、突變、表達、調控等密切相關。

可以把生命活動簡單地理解為一臺電腦在進行一項工程設計，例如用電腦設計飛機。要完成這項任務需要兩樣東西，一個是“數據庫”，另一個是“軟件包”。有了這兩項工具就可以設計出各種類型的飛機。生命活動中的基因庫可以把它理解為“數據庫”，因為小鼠、猴子與人類的基因庫大同小異，而且可以相互替代。“垃圾DNA”可以把它理解為“軟件包”，利用不同物種的“軟件包”（也就是不同物種的“垃圾DNA”）可以設計出小鼠、猴子或人的有機體。

可以把生命活動理解為拍一部電影，基因組就是電影的劇本，基因編碼的蛋白質可以理解為演員，“垃圾DNA”就是導演。不同演員的出場和退場或再次出場都是導演根據劇本的情節來安排，這樣就可以展現出一部有血有肉有情感的動人場面。導演不僅要指導演員的表演，而且要安排舞臺燈光變幻和道具的變化來烘托舞臺場景和故事情節。“垃圾DNA”在生命活動中的演繹也是像電影導演那樣如此忙碌，故而需要大量的“垃圾DNA”，但它們不出場，也就是不編碼蛋白在細胞的生命活動舞臺上出現，可是不同蛋白何時出場何時退場或再出場卻是由“垃圾DNA”來決定的。

從某種意義上來說，物種相近的基因組主要差異不在基因（當然基因也可有差異），而是“垃圾DNA”。例如，人和猴子，尤其人與人之間的遺傳差異主要是“垃圾DNA”。這就造成人與人對疾病的發生和藥物敏感性有差異，也就是為什么需要個體化醫療的原因。

閱讀上面的文字，按要求回答問題。

1.作者認為“垃圾DNA”有哪些方面的作用？

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2.這篇科普文的語言形象生動，請指出其手法，并舉兩例簡要說明。

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3.請談談你對本文標題的理解。

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