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基因是自私的,但它们也会像人类社会一样合作生存
“基因的行为确实称得上自私,但基因和人类一样,并非孤立存在,任何基因都不能仅靠自己过活。基因必须相互合作,共同构建和经营一个又一个的生存机器,才能长久地生存。”
作者简介:
以太·亚奈:哈佛大学拉德克利夫高级研究院学者,纽约大学医学院生物化学和分子药理学教授,纽约大学医学院计算医药研究所(Institue for Compputational Medicine)所长。
马丁·莱凯尔:杜塞尔多夫海因里希·海涅大学生物信息学教授。
书籍摘录:
前言
我们的晚餐并非来自屠夫、酿造师或是面包师的恩惠,而是来自他们对自身利益的关切。
亚当·斯密
源远流长的基因社会和人类社会有着不可分割的联系。基因社会塑造着你的身体和头脑,影响着你的本能和欲望。这一社会引领人类走到现在,但却并不一定掌控着人类的未来。若想理解基因是如何影响我们的——并找寻人性逾越基因之上的方法——你也许会设想,我们得搞清每个基因的作用。
但这种方法并不会奏效,因为我们人类并不是基因的单纯加和。基因社会中的成员并非独立存在。它们需要协作,树敌结友,只有这样,基因才能组成人体,用以维持自身长达数十年的生存,并在人类中代代相传。
约 250 年前,亚当·斯密(Adam Smith)就意识到,正是个体利己行为的相互作用,才使得市场变得如此高效。与此类似,为了持久的存活,基因间产生了竞争与合作,而人类整体才因此得以持续生存。
探秘人类基因组,关键就在于掌握这些基因的动向。我们会发现,基因组实际上是由复杂的合作网络联结在一起的利己基因集合。这本书讲述的,正是这个基因社会的故事:几许成功,几许失败,永恒不变的是基因之间的冲突与合作。
基因的社会规则
道金斯在《自私的基因》中用宏大的视角描述了生物的本质——生存机器,“一种作为载体的机器人,其程序是盲目编制的,为的是保存所谓基因这种秉性自私的分子”。这令人瞠目结舌的真相由于演化的时间尺度之大而不为人们所觉,直到今天仍让人感到吃惊。正如量子力学现象所表现出的长度尺度十分微小,因此其怪异的统计方式让人无所适从,生物的本质也可能同样令人难以接受。
道金斯写下《自私的基因》的时候,并没有基因组信息可供分析研究。道金斯借助基础原理以及其他科学家由基础原理导出的理论构建了整本书的逻辑。即使在基因组革命后,《自私的基因》的内容也被证明基本是正确的。
基因组革命公开了大量基因组序列以供人们研究,让我们拥有了这一生物信息宝库。第一组基因组序列精确显示了某生存机器的基因组构成。随着越来越多物种的基因组被公布,人们得以对其进行对比研究,发现这些基因组之间的相似与不同之处。反过来,这些发现又能帮助我们推测基因是如何演化的。对于我们人类自身,已有数百个人的基因组序列可供研究。
随着时间的推移,我们认识到,如果想深入理解各个生物体系和其演化过程,那么我们必须用整体的视角看待问题。基因的行为确实称得上自私,但基因和人类一样,并非孤立存在,任何基因都不能仅靠自己过活。基因必须相互合作,共同构建和经营一个又一个的生存机器,才能长久地生存。
所有人类基因组都由同样的基因组成,但单个基因在不同个体中的拷贝有可能因为变异而产生差异,并且同一基因的不同拷贝之间也为了争夺未来几代人类基因组中的最高地位而进行着激烈的竞争。由于基因间有着复杂的相互作用,有着合作和竞争,因此在整本书中,我们将所有基因均视为一个社会中的成员。这种“自私的基因”的概念引领着我们取得了 21 世纪的无数进步。如果我们延伸这种概念,将基因的整个“社会”都考虑进来,那么接下来将更易取得进展。
第二章 你的对手定义了你
只有肤浅的人才不以貌取人。
奥斯卡·王尔德
赌场不允许使用算牌策略,因为这是不公平的。慢慢地,赌场开发出了越来越多成熟的对策,用以发现算牌者并将其列入黑名单。最简单的对策就是禁止有过一次犯规的作弊者再次踏入赌场。对赌场来说,这就是“骗我一次,错在你;骗我两次,错在我”。过去,赌场保安需要根据黑名单来识别作弊者;如今,大型赌场则使用摄像机系统和人脸识别电脑程序。
你可以将赌场及其诚实的顾客大致视为一个社会;作弊者则要剥削这个社会。将作弊行为挡在门外,这归根到底是个设限的问题。为了保护自身不受剥削,社会需要区分开内部人员和外部人员。负责保护身体不受病原体(pathogen)侵害的免疫系统也需要分清孰敌孰友。很久以前,在自然选择的力量驱使下,免疫系统演化出了分辨敌友的方法。令人惊奇的是,这些分辨敌友的方法居然与癌症突破防线得以增殖的方法相同。
基因社会
在本书中,我们认为最好将构成基因组的基因视为一个社会。人类基因组包含 20000 个基因,每个基因都擅长某项或多项工作。基因需要共同合作才能组成并管理好身体,让身体继续复制基因。发挥这些专长,需要复杂的组织以及调配得当的分工。但是,如果认为基因间的共存就代表着基因的和睦相处,这就错了。
一个基因类似于人类社会经济体中的一个特定分支(例如糕饼店、药房、 DIY 商店)。不同等位基因间存在竞争,就像不同糕饼店在某经济体中进行竞争一样。如果在小镇里,贝蒂蛋糕坊烘焙的牛角面包最好吃,那么他们的生意很有可能会扩张,而他们的某些竞争者就有可能倒闭。
基因社会就是所有基因中全部等位基因的总和,在一个种群中,这些等位基因会覆盖种群基因组里的每一处。你自身的基因组有着 46 条染色体上的等位基因,它们提供了一种方式来汇集一整套构建及管理身体的指令。从我们之间的种种差异看来(许多差异都是通过基因遗传下来的),等位基因还有其他无数种构建人体的方式。等位基因的当前地位是由其在基因社会中的普及度而定的:某等位基因在人类基因组中出现得越多,我们就认为这个等位基因越成功。
正如汽车制造商需要供应商的稳定供货一样,每个等位基因的存亡也取决于其同辈能否正常工作。等位基因所处的竞争环境是由基因社会其他成员控制的。例如,两个基因可以共同建造某种分子机器。这类合作基因中的两个等位基因可以配合得相当不错,两者共建一个联合,借由两者所在个体的存活以促成它们彼此的成功。这让人联想到不同商家合作而盈利的例子,比如某咖啡品牌和某连锁书店的合作。通常的预期是,同一基因中的等位基因会相互竞争,而不同基因的等位基因则会彼此合作。基因社会成员间的复杂互动以及由此所产生的对生命的理解正是本书的主旨。
演化就发生在基因社会中。个体基因组是匆匆过客,但正是千秋万代的基因们逐渐积累的成与败体现了演化。这一社会遵从的是何规则?等位基因们可不是无私的理想主义者。当等位基因增强其携带者的适合度后,自然选择则会奖励该基因,增加它在基因社会中的普及度(即“市场份额”)。因此,每个等位基因与其同辈共同合作时,也是为了追求自身利益,这也例证了亚当·斯密(Adam Smith)的假说——当利己主义得到合理引导后,也能达到共同利益的最大化。
拉马克和母乳
正如细菌的免疫系统一样,我们的免疫系统保留了过去被感染的记忆。 B 细胞基因组反映了我们一生中进行过的抗争。我们抗争成功的次数越多,记忆细胞的种类也会变得越丰富。当一个孩子首次遭遇麻疹病毒时,其免疫系统要经过全套的“VDJ/超突变/选择性增殖”循环,以学习如何应付这一病毒。相应的记忆细胞会保留在孩子身体里,这些细胞从麻疹病毒那里获得了免疫力。正因为此,我们一生只会得一次麻疹。
遗憾的是,我们免疫系统的基因组记忆不能传递到孩子身上。然而,借助一条非基因、类拉马克理论的途径,母辈曾经的感染可以让孩子受益。母乳不仅为孩子提供了恰到好处的营养,还包含许多免疫相关的分子,例如可以防止有害细菌附着在婴儿肠壁上的特殊糖类。倘若母亲近期接触到了某些病毒或细菌,她母乳中的很大一部分蛋白质都会是其体内生成的抗体。由于这些抗体形状特殊而不易被消化,所以它们可以粘住婴儿肠道中相应的细菌或病毒。此外,婴儿的嘴部和鼻部也存在着这些抗体,用以抑制空气传播性疾病。
于是母乳启动了婴儿的免疫系统,减少了感冒、流感及其他疾病的发生。世界卫生组织之所以建议在新生儿出生的头六个月实行全母乳喂养,并将母乳作为补充一直供给到儿童两岁或以上,这便是原因之一。作为哺乳动物的基本属性,在与病原体的漫长斗争中,哺乳是对抗病原体的绝佳策略。
正如我们所看到的,一种生物对另一种生物的攻击——无论是病毒入侵细菌还是细菌攻击人体——本质上是基因社会间的冲突,在冲突中战斗的正是高效且具有献身精神的特遣部队。人体免疫系统利用了自然选择的力量,从而可以及时对抗敌人。然而,从演化的时间尺度来看,我们的身体不过是暂时的组合罢了。基因社会在一代代人类中演化,从一代到下一代的过渡——制约与平衡从中起着作用——正是下一章的主题
题图来自:pixabay
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