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2016-2017

饶毅:基因与你| 2016年·第2期
发布时间:2016-03-26    1261   

演讲者:饶毅(生物学家,北京大学教授)

演讲时间:2016年3月


(一)怎样定义生命


在这个部分我们主要谈两点:生命的产生和什么是生命。

 

生命来源于一个受精卵,受精的过程可以看成是一个美好的偶然,也可以看做一次残酷的竞争,当跑得最快的那个精子与卵子结合后,生命就这样诞生了。




接下来细胞开始分裂,有的地方分裂得快有的地方慢,数量也在迅速增长,最终不同的细胞贡献于不同的部位:心脏、眼睛、肝脏和肺等等,一个人类的生命就此诞生。



那么,什么是生命呢?怎么来定义生命?

 

历史上有很多合情合理的解释,有阶段性的、也有宗教性质的,但合情合理不一定是事实,合情合理只是在当时的情况下作出已知的解释。

 

目前对生命的定义是一个能够自我复制的分子。

 

比如先有鸡还是先有蛋的问题。饶毅教授认为,这个在生物学上是有确切答案的。


想要找出答案,首先我们要分清楚种系细胞和体细胞。体细胞就是身体全体的细胞,而人类的精子和卵子是种系细胞。蛋是受精卵,在前鸡变成鸡的过程中,不可能是体细胞发生变化(比如,一只猴子在长大的过程中,尾巴不可能消失),只可能是性细胞发生了变化。第一只鸡的出现,一定是前鸡的受精卵发生的突变,孵化后成了鸡。所以,从生命学的角度来说,是现有蛋,后有鸡的。


又比如,病毒也是可以自我复制的,虽然它含有的分子不足以自我复制,但它仍然有完整的可复制的遗传信息,只不过通过别的细胞来帮助它完成复制。以此为例,我们向前推,化繁为简,试试丢掉蛋白质或者核酸,或者去掉一些分子,是否可以寻找到生命的起源?我们目前并不清楚生命起源于哪里,如何起源。但我们可以确定的是,一定是在没有生命的状态下,出现了有生命的分子,是这样的顺序。




这样,我们就找到了生命的源头——无机分子在某些时间空间条件下,生成了有自我携带遗传信息的分子,这些分子可以自我复制,和其他(不能自我复制的)分子有所区别,数量越来越多,到后来阶段,又和其它分子合作。


大而化之,生命首先从单细胞开始,细胞们合作组成多细胞,多细胞又走向不同的进化路线,成为植物、动物。动物从很小的动物进化成大型动物,当然也有继续维持微生物状态的情况。


因此,从基因的角度来说,所有的生命就是起源于细胞、分子的复制。



(二)人类的演化之路


来吧,来吧,不论你是谁

游荡者,仰慕者,还是远行者

这都无关紧要

我们不是绝望的旅队

来吧,即使违背了自己的誓言

哪怕一千次

来吧,再一次,来吧,来吧

——贾拉鲁丁•穆罕默德•巴尔希(鲁米)


现代人类的起源是非常清晰的,各种证据表明现代人类全部起源于东非。由东非的一个小群落,向欧洲,再到亚洲,最后到达美洲,这样的历程可以说是迁徙、更可以说是殖民,通常情况下对雄性赶尽杀绝,留下雌性进行繁衍。

 

从外观和从DNA序列分析我们得知,整个非洲大陆人的DNA差别远远大于其他大陆人DNA差别之和。因为我们只是从非洲大陆的其中一支演化而来,所以基因的多样性要远远小于非洲大陆上人的基因多样性。比如,东非人和北非、南非等地人的基因差异要大于东非人和欧洲亚洲人的基因差异。

 

所以现在所说的“种族”只是一个文化概念、并不是一个科学概念。那么是什么造成了同宗同源的一支演化成现在不同的特征呢?我们肤色的明暗、鼻梁的高低、眼窝的深浅等等各种表征,为何如此不同?

 

回答只有两个字“突变”。

 

在生命演化的过程中,遗传信息可能会发生变化,有几个原因。一是遗传信息在复制过程中本身有一定的出错率(突变频率),有一些变化没有太大影响,但有一些则会导致生命特性发生很大的变化。另外还有物理、化学的原因会导致遗传信息在复制过程或者自身发生变化。

 

这样我们就看到了演化中的多样性,根据达尔文的《自然选择学说》,产生差异、变异,是一个自然过程,这个变化,是没有方向、也没有好坏。

 

只是在当下的时间空间里,有些基因被选择、最终留下,这种更好生存的基因,从我们现在的眼光看来,可以称之为“优势”基因。例如,赤道地区紫外线辐射强烈,黑色素能更好地保护皮肤免受伤害,而高纬度地区,日照缺乏,白皙的肤色可以合成更多的维生素D。经过这上万年的演化,人类成为了今天的模样。

 

懂得来路,才敢一路向前。



(三)你不知道的孟德尔


遗传学并非简单的种瓜得瓜种豆得豆,西方从古希腊文明到文艺复兴,一直有人在研究遗传这个问题,最开始希望培养更好的农作物、培育能产出更多羊毛的羊等。很多人开始以为遗传就是黑+白=灰这样简单,没有人进行专业的研究。直到1854年-1866年,奥匈帝国的一个小村落里,修道士孟德尔用豌豆,来说明了最简单的遗传规律。



孟德尔是一个穷人的孩子,受姐妹的资助读书,完成学业后到修道院做修士。孟德尔并不擅长做传道等工作,院长就安排他去学校教书。当时从事教师必须考取相关证书,可惜他考试不及格,原因是生物学和矿物学成绩不好,因此院长送他去维也纳大学进修生物。就在大学的生物学课堂里,孟德尔接触到了细胞学说。


《组合数论》的作者爱丁豪森(Etting Hausen)成为了孟德尔的老师,这为孟德尔后来推导遗传规律就奠定了数学的基础。


孟德尔两年进修结束后,回到修道院,想要进行植物研究。要求院长给他一块空地并且在边上给他一个差不多大小的暖房。这是经过深思熟虑的,如果在室外进行实验,风向、鸟类、昆虫等都可能影响实验结果,这并不严谨,而暖房里的实验不容易受到影响,还可以减少虫害。


从1854-1864年,孟德尔就这样默默耕耘着他的实验,种豌豆,种了10年,直到1865年宣布他的结论,1866年正式发表了他的结论。遗传的规律是以排列组合的形式呈现的。孟德尔从数量上推出了遗传的规律,同时提出了在精子细胞和卵子细胞里有控制遗传形状的因子。他当时写下了表示遗传规律的方程式,并在文章里用文字进行了叙述,后人把它归纳为孟德尔第一定律、第二定律。

 


虽然由于主观客观种种原因,孟德尔的成就在生前并未获得认可,但是如今我们必须要承认,现代遗传学的发展离不开他创造性的科学实验,感谢他在孤立无援的艰苦困境中,给我们留下了如此一份超越时代的遗传理论。



(四)基因在未来走进你我


在最后一个部分,饶毅教授带领我们畅游未来的基因生活,在讨论“未来的基因”这个命题时,很多观众都对各种医疗手段、基因检测表示出强烈的好奇心。那么今天我们就为大家推荐一部相关的科幻电影《GATTACA》。



电影名称看似奇怪,并不是一个英语单词,由来如下:

 

“脱氧核糖核苷酸(脱氧核苷酸)是组成脱氧核糖核酸(英文缩写为DNA)的基本单位,由"碱基-脱氧核糖-磷酸"构成,遗传物质DNA是由四种脱氧核苷酸通过化学键组成的双螺旋结构。

脱氧核糖核苷酸的碱基有:腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T),对应的四种脱氧核糖核苷酸也可用这四个字母表示。一个DNA片段的单链结构可以表示为比如‘-G-A-T-T-A-C-A-’。”

 

电影名称用解密的方式告诉我们这就是一部关于基因的电影。



虽然是一部1997年的老电影,但科技感扑面而来。简约超前的办公区域、金属质感的流线家装,甚至是新能源汽车和便捷式理疗设备,这些都在表现一个科技型的未来,在这样的未来能甚至能实现预言和操控生命。

 

影片中的社会是一个全面基因化的社会,体现在这样几个方面:

 

一、每个人不再拥有身份证、甚至是照片,大家通过基因去认识一个人,你的心脏病概率如何、基因中是否有暴力倾向,你的优点和缺点被认为是是与生俱来且永不改变的。在这里,人的全部由基因表达。

 

二、检测基因手段无孔不入又简单迅速。打字键盘上的皮屑、不小心掉落的头发甚至是眼睫毛都可以被人拾得拿去检测。电影开始时,一排整齐的门禁,精英打扮的员工们依次将手指贴在指定区域,通过后绿灯亮起、人们鱼贯而入。你以为是普通的指纹识别吗?实则不然,门禁处有个小针扎破皮肤迅速识别基因、进行匹配。

 

三、“人”不重要、基因最重要。在电影中,自然受孕分娩者被称为“瑕疵人”,“瑕疵”是指基因的组合形式不受控。大多数夫妻会选择人工授精、并由医生筛选出最佳的那个受精卵。它的预期寿命、运动能力、可能发生的精神疾病,甚至是近视与否都是参考的标准。当一个成年人被检测出基因“缺陷”后,很多的机会和权力被无条件剥夺,这在电影中被称为“基因歧视”。

 

电影《GATTACA》有很多译名,最贴切也是最受大家欢迎的莫过于“千钧一发”。主人公Vincent有无数个场合可能暴露自己的真实身份,但最终有惊无险、逢凶化吉。作为一个“瑕疵人”,Vincent用自己的毅力与执着诠释着人的“精神”,一往无前地、勇敢地追寻自己的梦想,灵魂无基因。

 

真实的社会演化过程中,基因将扮演怎样的角色?双刃剑如何扬长避短?基因检测是否能达到100%?基因,这个熟悉而又陌生的字眼将带给我们更多的期待与更多的思考。



嘉宾介绍



饶毅为北京大学终身讲席教授、北京大学校务委员会副主任,兼北京生命科学研究所资深研究员。回国前任教于美国华盛顿大学和西北大学。曾任Journal of Neuroscience、DevelopmentalBiology等国际学术刊物和Cell Research等中国学术刊物编委。


1985年至2009年,饶毅研究神经发育的机理:克隆控制果蝇神经细胞命运的基因big brain;证明脊椎动物两个眼睛来源于同一前体;发现神经导向的排斥性蛋白质Slit;发现Slit和吸引性导向蛋白质Netrin下游的细胞内信号转导通路;提出从神经细胞到白细胞等体细胞享有共同的导向机理。


2004年以来,饶毅教授在中国的实验室主要研究行为的分子和细胞机理:发现控制果蝇争斗的外周和中枢分子机理;发现影响群养与单养动物争斗差别的分子机理;发现中枢神经递质五羟色胺调节老鼠雄性和雌性的性偏好行为。