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《孟德尔妖》:理查德·道金斯推荐,基因编辑如何挑战自然选择?

不知道大家看过美剧《生活大爆炸》么?还记得博士莱纳德妈妈跟谢耳朵说:“我和莱纳德爸爸的性交只是为了繁殖。为此,我们都写了论文。我是从神经系统角度出发,而莱纳德爸爸则是从人类学角度出发。当然,只有我的才有阅读价值。

谢耳朵说:“非常赞同。”

当然,这段对话,我想大部分人跟我一样,只是当成是这部喜剧的一个桥段,从播出的效果上来看,确实达到了效果。只不过对科学家们来说,他们看待“性”是非常严肃且认真的。

大概是因为我们这个东西知之甚少吧,人云亦云的从同一个角度来看待,根本不可能看到新的知识,只有从不同的角度来看待才会产生新的、不同的看法。那么《孟德尔妖》这本书究竟告诉了我们什么知识呢?地球生命诞生于40亿年前,但是复杂生命的出现并不容易。直到今天,绝大多数生物仍然是细菌等简单生物。为什么复杂生命难以出现?孟德尔妖如何推动生命进化的脚步?这就是《孟德尔妖》一书要解答的核心问题。

  

本书作者马克·里德利,是牛津大学动物学系教授,同时在牛津和剑桥两所大学担任研究员。里德利师从著名的英国演化生物学家、《自私的基因》的作者理查德·道金斯。道金斯说:“马克·里德利是当今杰出的进化思想家之一,他在书中梳理了一个关于进化的重要问题。”

一、为什么说地球上出现复杂生命非常困难?

1.地球早期生命的进化历程

  

地球生命出现于40亿年前,但在前20亿年,也就是前一半的时间里,地球生命都停留在最简单的形态之上。最早的生命形态是DNA和RNA分子。直到原核细胞出现,DNA和RNA才披上了外套。原核细胞是指没有成型细胞核的细胞,DNA就裸露在细胞内,最早的原核细胞是古生菌。但是古生菌出现后,在近20亿年的时间内,地球生命几乎没再变复杂了。

2.地球生命长时间处在简单状态的原因

简单的生命更适应“自然选择”。它们能更迅速地复制和繁殖,并且在基因复制的时候,更不容易出错。生物变复杂,就必须把自己的DNA或者RNA变长,但基因复制出错问题会让它们很快出错死掉。基因的数量越多,就越容易在复制中出错。长度更长的DNA会在不断复制中积累更多的错误,最终面目全非了,让生命走入死胡同。

  

二、地球生命是怎么突破基因复制错误的难题,从简单变复杂的?

1.基因校对与熔毁机制

  

基因校正机制就是细胞中出现了两大类酶,分别是校对酶和修复酶。校对酶判断复制出来的基因是否正确,如果不正确,修复酶就对复制错误的基因进行修复。基因熔毁机制会告诉那些基因严重错误的细胞,不要继续复制,进行毁灭。基因校对与熔毁的逐步完善成熟,是20亿年前地球生命第一次大进化的重要内因,原核细胞生物进化成了真核细胞生物。

2.有性生殖机制

  

有性繁殖指的是不同性别的生殖细胞相结合,成为受精卵,再由受精卵发育成为新的个体的生殖方式。在有性生殖中,同一种生物的一雌一雄两个个体虽然可能各有一个不好的基因,但两个个体不好的基因可能不是同一个,那么它们好的基因就有可能配成一套完好的DNA链,遗传给下一代。生物出现性别是大约6亿年前,也正是在这个时候,单细胞生物开始向多细胞生物进化。

3.基因混淆机制

有些个体尽管有一些基因存在缺陷,但它们并不会为物种发展的整体着想,还会拼命地在有性生殖中,把自己的这一份基因传给后代,被称为自私的基因。其中最典型的一种基因叫做刺杀基因,它会杀死配对的好的基因。为了对付自私的基因,生物进化出了基因混淆机制。简单来说,就是把父母双方基因的识别码变得一样,让它们难分彼此。通过这种看似并不复杂的方式,生物成功避免了自私的基因可能造成的破坏。

三、人类是如何解决自身基因复制错误问题?

1.自然选择在人生命早期起到更加关键的作用

从形成受精卵到胚胎的阶段,自然选择仍然会帮助我们过滤掉先天有缺陷的基因。人类的生殖细胞需要经过层层筛选,才能最终发育成婴儿。大量存在基因缺陷的生殖细胞会被过滤掉。使用这种方法,人类保证了婴儿出生时的健康率维持在正常水平。

2.婚姻制度帮助人类减少缺陷基因

在有性生殖的物种中,基因质量更高的个体更容易被选为配偶。类似的过程也发生在我们身上。男性和女性互相选择的条件更加苛刻,各方面优秀的男性和女性往往更容易进入婚姻生活,从而繁育后代,而那些基因有缺陷的人,往往更难进入婚姻,产生后代。

3.未来可以帮助人类减少基因出错的两种基因技术

配子冷冻技术。把人的精子或卵子冷冻起来,在必要时再让它们解冻,繁育后代。对于一个健康人来说,他在年轻时的精子或卵子最为健康。如果把他们年轻时的精子或卵子冷冻,就可以在中年及以后用于生育,这样获得一个健康宝宝的概率更大。

基因治疗技术。主要原理是模仿人体内修复酶的作用,对有问题的基因展开修复。随着人类基因组计划的不断推进,如果科学家能识别出所有的缺陷基因,以及它们所对应的修复酶,再开发相应的修复方法,就能帮助人们治疗各种遗传疾病。

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