基因密碼

鐘揚

科學(xué)是一種什么樣的游戲

今天要講的“生命與哲學(xué)”只是我在第一線做科研的一點感悟，供大家參考。我想介紹一些新知識和新思維。新知識要有趣，新思維就是批判性思維。“批判性思維”這個詞很時髦，最近，我到上海實驗學(xué)校給初中學(xué)生講課，標(biāo)題中也明確用了“批判性思維”。批判性思維實際就是質(zhì)疑，平時我們要求孩子們不僅要學(xué)習(xí)，而且要學(xué)習(xí)正確的知識。可是，科學(xué)里面都是“正確的”知識嗎？

我給中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院的研究生作過的報告有一個視頻，標(biāo)題叫“科學(xué)是一種什么樣的游戲”，介紹了波普爾的科學(xué)哲學(xué)—科學(xué)的基本特征是其中包含錯誤。最近，我在《科學(xué)》雜志上還討論“達(dá)爾文進化論”是否過時的問題。什么叫科學(xué)理論過時了？無非就是錯了，但錯誤居然是科學(xué)的基本特征。科學(xué)的對立面是宗教（信仰），信仰需要證實，而科學(xué)則需要證偽。這樣就確定了我們科學(xué)家的職責(zé)。科學(xué)家的基本素質(zhì)之一就是研究科學(xué)（甚至讀一本書）并找出它的錯誤。而我們的教育培養(yǎng)的大多數(shù)人，卻是讀了一本書趕緊說這本書是對的，然后背下來參加考試。考試有標(biāo)準(zhǔn)答案，把答案一記就算完了。就這樣一直讀，讀成了博士。我對他們說：“現(xiàn)在寫一篇論文，論述前人是錯的。”他們就傻了，因為從沒考慮過前人的錯誤。不喜歡批判性思維并不是我們民族天然有缺陷。可是抱歉，科學(xué)就是要用批判性思維，沒別的道路可走。

舉個例子吧，牛頓提出力學(xué)定律后，很多人開始不相信，但經(jīng)過實驗后很快就信了。再后來的上百年時間內(nèi)，牛頓力學(xué)都快變成“放之四海而皆準(zhǔn)”的學(xué)說了。但一個只會背誦牛頓力學(xué)的物理學(xué)者，在科學(xué)界一點地位都沒有，因為他違背了科學(xué)的游戲規(guī)則。他是個會講解牛頓力學(xué)的教師，但不是好的物理學(xué)家。

后來，出了一位偉大的物理學(xué)家，他的名字叫愛因斯坦。他說牛頓錯了，至少在物體運動速度接近光速時牛頓力學(xué)是錯的。他這么做使得眾人都承認(rèn)他是偉大的物理學(xué)家。為什么？第一，他說牛頓錯了；第二，牛頓力學(xué)因為有錯誤倒成了真正的科學(xué)。換言之，愛因斯坦不僅通過說“牛頓錯了”證明了自己是世界上最偉大的科學(xué)家，而且也幫助牛頓力學(xué)成為科學(xué)。許多人成功地當(dāng)上了名牌大學(xué)的物理學(xué)教授，但他們離世界上偉大的物理學(xué)家還有一步之遙。這一步就是，有一天寫文章說愛因斯坦錯了，或者在愛因斯坦肯定牛頓對的那一部分又發(fā)現(xiàn)了新的錯誤。

對這一問題的討論如果要上升到哲學(xué)層面，那么僅憑剛才說的故事就不行了。我們要經(jīng)常性地提一些問題，然后大家一起思考，哪些地方對，哪些地方錯。重申一遍，我們的判斷有兩個基礎(chǔ)：一是批判性思維，就是懷疑一切；二是只要是科學(xué)的，就一定包含錯誤。

基因科學(xué)

基因是什么？雖然現(xiàn)在“基因”這個詞到處都是，比如“文化基因”“材料基因”等，但都是借用的。基因是一門學(xué)科的基礎(chǔ)，這門學(xué)科叫作“Genetics”（遺傳學(xué)），許多以“gene”開頭的英語單詞都與“生殖”和“生產(chǎn)”有關(guān)。

遺傳學(xué)是由格里格·孟德爾（Gregor Johann Mendel，1822-1884）提出來的，他本來是學(xué)自然科學(xué)的，但大學(xué)沒有讀完，后來的正式職業(yè)是傳教士。他離開維也納大學(xué)后去了今天的捷克共和國。他的人生目標(biāo)是當(dāng)修道院院長，空余時間管理修道院前面的小院子，他就用這片院子建立了遺傳學(xué)。

孟德爾種了一批豌豆，然后進行觀察和分析。一種豌豆的豆莢是綠色的，另一種是黃色的，如果這兩種豌豆雜交會發(fā)生什么事？他拿一支毛筆沾上一種豌豆花粉，再送給另一種。當(dāng)然，蜜蜂也可以做這個事，但這樣做實驗不準(zhǔn)確。無論是自然還是非自然的授粉，綠色和黃色豆莢的豌豆進行雜交的結(jié)果可能是黃色，也可能是綠色的。順便提一句，生物學(xué)家就把結(jié)果叫“雜（交）種”，雜種有可能產(chǎn)生雜交優(yōu)勢。

通過雜交實驗，孟德爾發(fā)現(xiàn)了一個規(guī)律，假定綠色和黃色的豆莢都是純種的，它們雜交后肯定是綠色的，因為綠色是顯性的，而黃色是隱性的。但是，如果雜交出來的兩個綠色再產(chǎn)生的后代就會產(chǎn)生性狀分離現(xiàn)象—既有黃色，又有綠色。所以，孟德爾發(fā)現(xiàn)，就算雜交再有優(yōu)勢，到了下一代也必須分離。

孟德爾用統(tǒng)計學(xué)方法一個一個分析豌豆，最后得出顯性和隱性的三比一規(guī)律。孟德爾并不知道是什么東西控制遺傳變成這個樣子，但他猜測一定有一種我們不知道的因素控制著遺傳，因此他用了一個詞“Factor”，猜測遺傳應(yīng)該存在哲學(xué)上的內(nèi)因。直到一九一四年左右，丹麥植物學(xué)家約翰遜（W. Johannsen，1859-1927）才發(fā)現(xiàn)了這個內(nèi)因—基因（gene）。

有意思的是，我們今天使用的科學(xué)詞匯很多來自日語，但這個詞不是。“gene”在日語中翻譯成“遺傳子”，中國科學(xué)家翻譯成基因，算是充分理解了它是一種基本因子。

基因在什么地方呢？后來，人們發(fā)現(xiàn)了它就是染色體上的DNA，也就是脫氧核糖核酸。最早發(fā)現(xiàn)的脫氧核糖核酸來自于果蠅的唾液腺，肉眼都可以看到。當(dāng)然，我們還需要看清它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。一位聰慧而美麗的女科學(xué)家羅莎琳德·富蘭克林（Rosalind Elsie Franklin，1920-1958）拍攝了世界上第一張DNA（B型）的X射線衍射照片。她已經(jīng)感覺到它可能是螺旋狀的，但無法確定是單螺旋、雙螺旋還是三螺旋。當(dāng)時，還有兩個聰明的年輕人弗朗西斯·克里克（Francis Harry Compton Crick）和詹姆斯·沃森（James Watson），他們也在想DNA的結(jié)構(gòu)。沃森去訪問的時候，富蘭克林給他看了那張衍射照片，沃森看了幾分鐘（一個歷史性的時刻）后把照片還給了富蘭克林。他回去對克里克說：“我已經(jīng)找到了結(jié)構(gòu)，但拿不到照片，請你太太（一個畫家）用筆畫這個結(jié)構(gòu)。”接下來，兩人連夜寫論文。這篇不足千個英文單詞的論文在Nature雜志發(fā)表后，改變了整個生物學(xué)的面貌（兩個人后來也因此獲得了諾貝爾獎）。富蘭克林非常郁悶，幾年后得乳腺癌去世了，真是天妒英才。的確，這個世界上只有極少數(shù)人在特定情況下能成為所謂的成功者。

下面，講一講批判性思維。當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)基因的基本模樣后，任何一種質(zhì)疑都有可能獲得諾貝爾獎。舉一個例子：基因是整整齊齊排列在染色體上的嗎？芭芭拉·麥克林托克（Barbara McClintock，1902-1992）一直研究玉米，發(fā)現(xiàn)她的玉米沒有一根是純紫色的，也沒有一根是純黃色的，而是兩種顏色鑲嵌的。所以，她猜測基因排列不是整齊的，而是跳躍的。此言一出，所有人都認(rèn)為她是瘋子，嘲笑了她幾十年。后來科學(xué)家們才發(fā)現(xiàn)基因真的有“跳躍”現(xiàn)象，或者稱為“轉(zhuǎn)座子”。麥克林托克也終于在八十一歲獲得了諾貝爾獎。

一個基因能決定一個功能嗎？一九九三年，美國加州大學(xué)的一位女教授發(fā)現(xiàn)了一個基因，叫作“Brca1”。一九九五年她又發(fā)現(xiàn)了“Brca2”，這兩個基因合在一起大約能預(yù)測乳腺癌遺傳風(fēng)險的百分之二十五。或者說，如果你檢查出這兩個基因的致病突變，就有四分之一的可能罹患乳腺癌。當(dāng)然，還要看家族的其他成員，比如外婆、姨媽、媽媽是否患乳腺癌。如果她們發(fā)病，你就是真正的高危人群，風(fēng)險可高達(dá)百分之七十五，這就是好萊塢明星安吉麗娜·朱莉要去動手術(shù)的原因。

這是一個通過單基因預(yù)測癌癥風(fēng)險的例子。說到癌癥，它和基因的關(guān)系很密切。世界上第一個能夠完全早期檢測和控制的癌癥是婦女宮頸癌，其元兇是德國科學(xué)家哈拉爾德·楚爾·豪森（Harald zur Hausen）發(fā)現(xiàn)的HPV病毒（2008年他也被授予了諾貝爾獎）。現(xiàn)在，我們僅憑疫苗就可能讓高達(dá)百分之六十的婦女終身免受宮頸癌的困擾。有可能獲得諾貝爾獎的還有乳腺癌和前列腺癌研究。人們在尋找許多癌癥的相關(guān)基因，但遺憾的是大多數(shù)癌癥基因還不靠譜，比如肺癌和肝癌等，都太復(fù)雜。這些發(fā)現(xiàn)都說明單基因是有作用的，但多基因情況更多。于是，就需要基因組計劃。

我們現(xiàn)在能確認(rèn)有功能的人類基因有三萬多個，估計有功能的有五萬多個。我們可以與哺乳動物比較一下，首先是小鼠，將人類基因和小鼠基因?qū)Ρ龋蟾虐俜种耸笥沂窍嗤模钊苏痼@。很多宗教人士反對現(xiàn)代生命科學(xué)研究，說它褻瀆了我們?nèi)祟惖淖饑?yán)，其實當(dāng)人類基因組和小鼠基因組擺在一起時，我們真的沒有什么尊嚴(yán)了—兩者的基因太相像。給人類尊嚴(yán)最后一擊的是黑猩猩，我們與黑猩猩的基因更相像。在哲學(xué)意義上，我們何以為人？還好，我們與黑猩猩的微小差異幾乎全部在大腦上。我們之所以能夠統(tǒng)治世界，用的是腦子。

人類掌握了基因組測序技術(shù)以后，基因組就相當(dāng)于一個探測器，可以知道我們是由什么組成的。艾倫·威爾森（Allan Wilson）率先在加州大學(xué)伯克利分校研究了一百四十七個人的線粒體基因組。線粒體基因的特殊之處在于它百分之百由母親貢獻，父親一點貢獻也沒有。艾倫·威爾森用線粒體基因序列構(gòu)建了一棵進化樹，結(jié)果發(fā)現(xiàn)樹的底端全是黑人，暗示人類來自非洲。當(dāng)時，奧斯卡金像獎授予了電影《走出非洲》，所以人們也將威爾遜的假說叫作“走出非洲假說”，或者“夏娃假說”。

我的同事（現(xiàn)任復(fù)旦大學(xué)副校長）金力院士在二○○四年用父系基因資料分析東亞人是哪來的？他用了上萬個樣品，結(jié)果表明我們是非洲來的，而且來的時間還不長（十萬年內(nèi)）。

生命與哲學(xué)

既然講“生命哲學(xué)”，首要問題就是“生命”是什么呢？它不能全靠生物學(xué)家回答。病毒就是一道難題。病毒到底是不是生命呢？有人說是，有人說不是。為什么呢？因為它有DNA（RNA），但也可以像無機物一樣。它并不具備生命的全部特征。我們只能在一般意義上認(rèn)為這些特征包括能量、遺傳、意識等。

第二個問題是繁殖。達(dá)爾文進化論中有趣的一點就是關(guān)于性的進化。性在生命中有什么意義？它決定了繁殖。這個世界為什么是兩性世界？兩性是不是必需的？可以明確地說，不是必需的，很多生物可以無性繁殖。比方說克隆，原意是指以幼苗或嫩枝扦插（無性繁殖或營養(yǎng)繁殖）的方式培育植物，現(xiàn)在擴展到動物克隆了。對兩性繁殖認(rèn)識的重要補充是蜜蜂，因為它是三性的—除雌性和雄性外，還有一種是工蜂，它不承擔(dān)繁殖功能。不過，兩性世界的確在自然界中有平衡優(yōu)勢，也是最有效率的：無性繁殖的最大優(yōu)點是拋棄了“需要找對象”這樣一條限制，可以自己為自己傳宗接代，但缺點是多樣性越來越低，就好比是一種復(fù)制（copy）；有性繁殖的優(yōu)點是充滿了新奇，每一次都可能有不同的組合。例如，科學(xué)家曾研究過一個問題：全世界的家長都宣稱對子女是一碗水端平的，但孩子們都感覺父母是偏愛的。父親到底偏愛誰？科學(xué)家調(diào)查的結(jié)果非常明顯，父親偏愛長得像自己的孩子。理由很簡單，它來源于一個古老的進化根源—雄性動物無法確定哪個真的是自己的孩子。所以，在多子女情況下，父親會投資那個可能繼承自己最多基因的孩子。

第三個問題是關(guān)于人類胚胎的。目前，科學(xué)家公認(rèn)人類的新生命是從胚胎第十四天開始的。原因是，研究發(fā)現(xiàn)胚胎發(fā)育到第十四天開始有了痛感。什么是疼痛？人類知道自己的疼痛，但為何能夠由己推人？或者由人推己？這就是倫理道德。如果你用針去扎胚胎，它感到疼痛就如同你扎在自己身上一樣。

最后，再談幾個有哲學(xué)含義的問題。第一個問題是有沒有與天賦相關(guān)的基因呢？回答是可能有，但我認(rèn)為不要過于追求它。曾有一個科學(xué)家（Nelson Freimer）想研究天賦基因。有一天，他讓助手加班，他的助手說我要去教人彈鋼琴。一個洗瓶子的人為什么會教鋼琴呢？助手說他家很多人會彈鋼琴，科學(xué)家領(lǐng)悟到這可能是一個音樂世家，而且很快發(fā)現(xiàn)他們家族很多人能用自己的耳朵辨別絕對音高。科學(xué)家從該家族中分離出“辨別絕對音高”的基因，并到紐約的茱莉亞音樂學(xué)院去測試，發(fā)現(xiàn)茱莉亞音樂學(xué)院有高達(dá)三分之一的孩子能辨別絕對音高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出世界上其他任何地方。這不就是天賦基因嗎？且慢，還有三分之二的人并沒有這個所謂的天賦，說明這個天賦對成為音樂家并不是必需的。后來還發(fā)現(xiàn)這個基因和某些疾病有關(guān)聯(lián)。例如，一直困擾這個家族的失眠癥就是常人承受不了的。你是否愿意自己的孩子擁有這樣的基因？

另一個吸引人但也可能不靠譜的是行為基因研究。有些人行為怪異，該不該由基因負(fù)責(zé)？迪恩·哈默（Dean Hamer）先生最先捅了這個馬蜂窩，在Science雜志發(fā)表了同性戀基因研究。有人指出，這類研究的方法中有一些缺陷，如剩下的人是否有非同性戀基因？還有一些申請，要研究犯罪基因，是否殺人犯都是遺傳和基因決定的。所以，整個社會對基因說明一切的情況產(chǎn)生了巨大的疑問。如今，我們講得最多的還是疾病基因，其他像追求天賦、行為或者把人類分成三六九等的基因，我們都必須慎之又慎。

最后一個是長壽問題。目前，世界上的長壽研究大部分都不靠譜，其中歸納法占了主要部分。從方法論來說，找不出更科學(xué)的方式，一般很難做實驗。當(dāng)然，科學(xué)家也有辦法，比方經(jīng)常用來做長壽實驗的動物叫線蟲。這個動物是自由生活的多細(xì)胞生物，它從出生到死的細(xì)胞數(shù)目大致不變；它能活五至七天，這意味著科學(xué)家們可以做很多次實驗。實際上，用線蟲做研究材料是敲除個別基因來看它是否影響長壽。換言之，很難發(fā)現(xiàn)延長壽命的基因，但可以找出妨礙壽命的基因。科學(xué)家經(jīng)過長期研究終于取得了突破，現(xiàn)在公認(rèn)的有好幾個決定長壽的基因，因為如果把這些基因逐一敲除后，線蟲能活三十天，這是一件很了不起的事。

這類文章發(fā)表后當(dāng)然成為熱門話題，但也很快展現(xiàn)出哲學(xué)意義。為什么？一個好消息是人也有同源的基因。這是一種強烈的暗示，即可能它也與人的壽命有關(guān)，但至今為止并沒有人做過人的相關(guān)實驗。壞消息是這個基因具有生殖功能。科學(xué)家們意識到長命百歲和斷子絕孫可能是同一件事。更重要的是，線蟲實驗表明妨礙長壽的基因要敲得早敲，生育之后再敲就沒用了，真可謂“魚和熊掌不可兼得”，這就是長壽的兩難境地，它是一個嚴(yán)肅的哲學(xué)命題，值得深入探討。