基因学简史

科学研究史的最新篇章是有关改变基因材料的力量，其原动力来自于查尔斯·达尔文的进化论。因为发现了新形式的力量，同时就带来了很多问题，如何予以利用，如何安全恰当地利用。如果不能理解进化理论的正确性，以及现在还在不断地修改和完善，就无法智慧地解决这些问题。

进化论是一个非常成功的科学理论。基于这一理论的无数预测都得到了证实。但是，这并不意味着我们能够理解进化论运作的任何情况以及进化论的影响导致这个星球上生命的开始。理论的正确性也并不意味着通过我们对基因学的理解实现的技术发展是良性的或应当定性为进步。但是，正如1973年美国生物学家西奥多修斯·杜布赞斯基（Theodosius Dobzhansky）所精确描述的达尔文理论的重要意义那样：“生物学中没有什么是说得通的，除非用进化论来解释。”

达尔文（1809—1882）实际上并不是发明了物种进化论。当时科学家和哲学家对于是否是上帝在繁忙的第一周创造了所有的动物，以及人类是否随着时间推移通过生物变化而进化已经有很多的分歧。大部分的基督徒认为地球只有数千年的年龄，但是19世纪的地质学家已经积累了足够的证据表明地球的年龄可能已有千万或上亿岁。达尔文认识到了这些证据。这么长的时间跨度使得进化发展的可能性应当是可信的。但是，那时候达尔文的同行们所做的估计要比现在确定的时间，即地球年龄为45.4亿年，要少很多。

达尔文的伟大成就在于描述包括人类在内的物种如何通过一个他称之为“自然选择”的过程得以诞生。他在划时代的作品《物种起源》（1859）中充分介绍了自然界的物种如何凭借机遇在后续几代中发展新的技能和特征，因此也带来了博大精深的生物多样性。自然的生命工程是漫无目的的，要么击中，要么错过，而且往往错过的比击中的多，散漫的变异经常发生，但新生物的性状只有适应环境条件并与同类或其他类的物种形成有效竞争才能适应并生存下来，并将性状传递给后代。达尔文进化论的基础主要是三点：遗传、变异和自然选择。但是，达尔文完全不了解生物机制，其生物性状或其变异体能否遗传给后代。

格里戈·孟德尔（Gregor Mendel，1822—1884）利用豌豆进行试验为解释上述机制走出了重要的第一步。孟德尔认识到显性或隐性性状，比如花的颜色为什么能遗传给下一代。孟德尔的突破性成就在他有生之年并未受到认可，他的研究在1900年重新被人发现。

孟德尔的基因学和达尔文的自然选择在1936年至1947年间成功融合并发展为广为人们所接受的进化论。当时，人们已经知道DNA染色体和分布在染色体上的DNA基因片段是遗传材料的携带者。但是，DNA是如何通过生物机制将性状从一代遗传到下一代以及这些性状为什么会变异（突变）仍是神秘不可解释的。

詹姆士·沃森（James Watson，1928年出生）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick，1916—2004）在1953年描述了DNA的结构。这一突破性时刻的出现是因为他们未经其同事罗萨林·富兰克林（Rosalind Franklin，1920—1958）的允许，从她那里“借用”了所需要的数据。华森和克里克对DNA的描述让人了解了它双螺旋的优雅结构，以及单个的DNA碱基与分子链结合产生的变化为基因突变提供了简单的载体。化学品、辐射或病毒改变染色体上的基因或位置时就会发生基因的变化。

DNA经常被称为生命书本或“源代码”。如同一本书一样，DNA碱基对被比作单个的字母，基因是承担某个具体任务的句子或段落，单个染色体如同书本的篇章。基因携带产生具体蛋白质的代码，这些蛋白质则是化学变化的催化剂。染色体书本对于每一种植物物种而言都存在变异体。通过有性繁殖产生的每一种动物或单个人的DNA都是独一无二的，父母双方都提供了某些基因。人体或非人类动物或植物中几乎所有的细胞都包含DNA书本的原样复制品。

染色体两个链条打开为复制基因代码提供了执行机制。自由漂浮的碱基（核苷酸）沿着打开的链条排成一队形成新的信使链条RNA，然后脱离染色体继续将复制的基因信息传递到细胞中的核糖体。核糖体利用这个信息指导某一具体的蛋白质的生产。每一个核糖体都可以理解为自然界的一个纳米工厂。

染色体都是成对的。鸡体内39对，马32对，土豆24对，猪19对，水稻12对，蚊子3对。人体内大部分细胞的核心中有22对常染色体以及1对决定性别的性染色体。23对染色体中含有32亿个碱基对。我们的基因代码90%与老鼠相同，21%与虫子相同。猩猩的基因代码98%与人类一样。

制造生物和全新的生物产品的力量来自于操纵基因材料的技术，过去40年来这一技术得到了发展。改变基因或基因组可能会产生新的生物。比如设计婴儿，技术重点在于攻关能将两个个体区别开来的2%的基因。