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該承認了:基因並非生命藍圖

對公眾傳達的生物學觀點通常過於簡化和過時。一本新書主張,科學家必須澄清事實。

菲利普·鮑威爾(Philip Ball)的新作《How Life Works: A User’s Guide to the New Biology》指出,長久以來,科學家一直習慣於藉助「生命系統簡單地像機器一樣運行」的懶惰比喻。然而,重要的是要公開生物學的複雜性,包括我們所不知道的部分,因為公眾對生物學的理解影響政策、醫療保健和對科學的信任。鮑威爾寫道,「只要我們堅持認為細胞是計算機,基因是它們的代碼」,生命就如同「充滿了看不見的魔法」。但實際上,「現實要遠遠有趣和奇妙得多」,就如他在這本不可錯過的生物學用戶指南中所解釋的,無論是對生物學專家還是非專家都是如此。

2001年人類基因組被測序時,很多人認為它將成為生命的「說明書」。但事實證明,基因組並非藍圖。實際上,大多數基因並沒有能夠從它們的DNA序列中確定其預設功能。

相反,基因的活性——比如它們是否表達,或者它們編碼的蛋白質的長度——取決於各種外部因素,從飲食到生物體發育的環境。而且每個特徵都可能受到許多基因的影響。例如,近300個基因的突變被確認與一個人患上精神分裂症的風險有關。

因此,鮑威爾指出,說基因導致了某種特徵或疾病是極為簡化的觀點。事實上,生物體非常強壯,即使關鍵基因被移除,某些特定功能通常仍能執行。例如,儘管HCN4基因編碼一種作為心臟主要起搏器的蛋白質,但即使該基因發生突變,心臟仍能保持節律1。

鮑威爾批評的另一個隱喻是,一個形狀固定的蛋白質與其靶標結合類似於鑰匙插進鎖孔。他指出,許多蛋白質都有無序域——形狀不固定、不斷變化的部分。

這種「隨意性和不精確性」並不是草率的設計,而是蛋白質相互作用的一個重要特徵。無序使得蛋白質成為「多功能的傳達者」,能夠迅速響應細胞中的變化,在不同情況下結合不同的夥伴並傳遞不同的信號。例如,當鐵稀缺時,蛋白質順式甲酰輔酶能夠從代謝糖轉變為促進紅細胞攝取鐵。近70%的蛋白質域可能是無序的。

經典的進化觀念也應該受到質疑。進化常常被視為「讓隨機突變將一個氨基酸替換為另一個,然後看看會產生什麼效果」的一個緩慢過程。但事實上,蛋白質通常由幾個稱為模塊的部分構成——對這些模塊進行重新組合、複製和改進是產生有用新蛋白質的常見途徑。

(示意圖)

在書的後面部分,鮑威爾探討了一個哲學問題:是什麼讓一個生物體具有生命力。主題是代理能力——生物體帶來對自己或環境的變化以達到目標的能力。他認為,這種代理能力歸因於整個生物體,而不僅僅是它們的基因組。基因、蛋白質和進化等過程並沒有目標,但人類當然有。植物和細菌也有,在更簡單的層面上——例如,細菌可能會避開某些刺激並被吸引到其他刺激。這種方式上的推翻基因組的地位顛覆了當前對生物學的標準觀點,我認為這樣的挑戰是當下迫切需要的。

鮑威爾並不是唯一一個要求徹底重新思考科學家們如何討論生物學的人。過去一年,我和其他人寫了一系列這類的出版物,都強調重新界定基因的功能。所有這些出版物都強調了生物體如何控制其基因組的生理過程。所有這些都主張代理能力和目標是被傳統以基因為中心的生物學觀點所忽視的生命的明確特徵。

這一系列活動顯示了一種失望的思想,「是時候對舊觀點產生不耐煩了」,正如鮑威爾所說的。遺傳學本身不能幫助我們理解和治療許多造成最大醫療負擔的疾病,比如精神分裂症、心血管疾病和癌症。作者指出這些情況本質上是生理性的——儘管具有遺傳成分,它們仍然是由細胞過程出現故障所造成的。我們必須理解這些整體的過程,如果我們希望找到治療方法。最終,鮑威爾得出結論:「我們正在對生命運作方式進行深刻的重新思考。」在我看來,「開始」是關鍵詞。科學家必須小心,不要用新的教條來替代舊的教條。是時候不再假裝,以舊觀點為基礎,我們知道生命是如何運作的,除了一些片段。相反,我們必須讓我們的觀念隨着未來幾十年的發現而演進。坐在不確定中,努力進行這些發現,將是21世紀生物學的重大任務。

責任編輯: 李冬琪  來源:煎蛋網 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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