關于基因是什麼，你的高中生物學課本的故事總是從達爾文的進化論和孟德爾的豌豆實驗開始，然後跳躍到沃森和克裡克發現DNA結構的偉大事件。

高中的生物學課本中：DNA基本被視為由基因組成的序列，每個基因編碼一種特定的蛋白質，在細胞中實現一定的功能。基因序列本質上被視為細胞的“計算機程序”，通過RNA、核糖體等物質的譯碼和執行，合成出相應的蛋白質。DNA在複制過程中會有小的随機變化；對有利變化的長期積累最終會導緻生物的适應性變化，并産生新的物種。

這種傳統觀念在過去40年中已經發生了巨變。分子革命一詞不僅指遺傳學中的新技術，也指這些技術帶來的對DNA、基因和進化本質的革命性新觀點。分子革命的一個誘因就是基因概念本身。染色體中包含DNA，通過轉錄和譯碼産生蛋白質——但這隻是故事的一部分。下面來看看部分新近發現的許多現象，這些現象關注的是基因和遺傳的運作機制。

1、基因并不像“一根繩子上串着的豆子”。我在中學學生物時，基因和染色體被解釋比喻成一根繩子上串着的豆子（我記得我們還用塑料豆子組裝過模型）。後來發現基因并不是相互分開的。有些基因相互重疊——也就是說，它們各自編碼不同的蛋白質，但是共用DNA核苷酸。有些基因甚至完全包含在其他基因内部。

2、基因可以在染色體上移動，甚至移動到其他染色體。你也許聽說過“跳躍基因（jumping genes），”實際上基因是可以移動的，染色體的組成也會被重新排列。這在任何細胞中都有可能發生，包括精子和卵子，也就是說可以遺傳。這樣産生的變異率比DNA複制錯誤導緻的變異率要高得多。一些科學家提出，近親甚至同卵雙胞胎之間的差别可能就是這種“可動遺傳因子[插圖]（mobile genetic element）”造成的。還有人提出，跳躍基因是導緻生命多樣性的機制之一。

3、單個基因可以編碼多個蛋白質。以前一直以為基因和蛋白質是一對一的關系。這個認識在人類基因組被測序後受到懷疑，基因編碼的不同蛋白質的數量可能超過100000種，而人類基因組隻有大約25000個基因。最近發現的多重剪接（alternativesplicing）和RNA編輯（RNA editing）可以幫助解釋這個差異。這些過程可以在信使RNA轉錄DNA之後和譯碼成氨基酸之前以各種方式變化。這意味着同樣的基因通過不同的轉錄事件可以産生出不同的蛋白質。

4、由于如此複雜，以至于最專業的生物學家也經常無法對“基因”的定義達成共識。最近一組科學哲學家和生物學家進行了一項調查，向500名生物學家各提供一些不常見但真實的DNA序列，然後問他們這些序列是不是“基因”，以及他們對自己的答案有多大把握。結果發現對其中許多序列，他們的想法産生了分化，60%的人相信一個答案，40%的人相信另一個答案。《自然》雜志上報告這項調查的文章評論道，“對分子遺傳學越專長的學者，越不确定基因到底是什麼。”

5、生物系統的複雜性主要來自基因網絡，而不是單個基因獨立作用的簡單加總。第16章曾講過，基因調控網絡目前是遺傳學的研究重點。以前的繩子串豆子的觀念同孟德爾遺傳律一樣，都是把基因看做線性的——每個基因都各自負責某個表型。而現在的普遍觀念則是，細胞中的基因組成了非線性的信息處理網絡，一些基因會根據細胞狀态控制其他基因的行為——基因并不是獨立運作。

6、即使基因的DNA序列不發生變化，基因的功能也會發生可遺傳的變化。最近興起的表觀遺傳學（epigenetics）研究的就是這種變化。一個例子就是所謂的DNA甲基化（methylation），細胞中的一種酶将特定的分子連接到DNA序列的某些部分，将這些部分“關閉”。一旦細胞中發生這種現象，這個細胞的所有後代就會産生同樣的DNA甲基化。如果DNA甲基化發生在精子或卵子中，就會被遺傳。

7、一方面，這類表觀遺傳現象在所有細胞中都不斷在發生，對生命活動的許多方面都很關鍵，因為它可以關閉不再需要的基因（例如，一旦進入成年期，我們就不再需要像小孩一樣生長發育；控制青春期發育的基因就會甲基化）。另一方面，錯誤的甲基化，或者應當甲基化卻沒有甲基化，又會導緻遺傳紊亂和疾病。事實上，一些人認為，正是由于胚胎發育期缺乏必需的甲基化，使得很多克隆胚胎無法存活，許多克隆動物即便存活也會有嚴重甚至緻命的缺陷。

8、最近發現，在大部分生物中，DNA轉錄為RNA之後很大部分最終都沒有被譯碼成蛋白質。這些所謂的非編碼RNA對基因和細胞的功能具有調控作用，這些以前都認為是由蛋白質單獨完成的。非編碼RNA的作用是目前遺傳學中一個非常活躍的研究領域。

遺傳學已經變得非常複雜了。這種複雜對生物學的影響巨大。2003年，人類基因組計劃發布了完整的人類基因組——人類DNA的全部序列。雖然這個計劃得到了大量新發現，但還是沒有達到許多人的預期。一些人曾以為人類基因的詳盡圖譜能讓我們徹底理解遺傳的運作原理，哪個基因對應哪項特征，并帶來醫學發現和靶向性基因治療的革命。雖然發現了一些基因可能是某些疾病的原因，但結果表明僅僅知道DNA的序列還不足以讓我們理解人（或其他複雜生物）的全部特性和缺陷。

《紐約時報》最近的一篇文章報道了新近發現的這些遺傳複雜性對生物技術工業的影響：“基因獨立運作的想法是1976年之後形成的，這也是第一家生物技術公司成立的時間。事實上，整個生物技術工業的經濟基礎都建立在這個認識之上。”《紐約時報》繼續寫到：基因組網絡化的證據實際上毀掉了對當今生物技術産品商業化進行的所有官方風險評估的科學基礎，不管是轉基因作物還是醫藥。”

“每個基因編碼一種特定的蛋白質，在細胞中實現一定的功能”，這樣的看法已經被證明是不對的，實際情況是基因組成的一張網絡，互相協作，從而在細胞中實現了一定的功能。單個基因就像螞蟻，也許并不強大。而基因的網絡就像蟻群，變得很強大很智能。

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