人类有很多无用DNA吗？不是的！龙门阵中的生命秘密 11

2010-10-23 00:22:11

标签： 科普连载 当代生物学 龙门阵 杂谈 分类： 科坛杂记

龙门阵中的生命秘密：现代生物技术学前沿/孙二虎（连载11）

万米高空中的奇遇

我在20世纪50年代读小学的时候，语文课文中有一首诗，是这样写的：

我驾着飞机，

开始航行，

东从山海关起，
西到嘉峪关停

有一条巨蛇，

在崇山峻岭里，

蜿蜒西行

我知道，那是我们伟大的

万里长城


我驾着飞机，

开始航行，

南从杭州城起，

北到北京城停

有一条巨龙，

穿过田野河流，

蜿蜒北行

我知道，那是大运河流进了，

首都北京

不管这首诗的艺术水平如何，对我的启蒙功不可没。是这首诗让我第一次知道我们祖先留下的这两个伟大工程。在以后的几十年里，我不只一次地从飞机上俯瞰祖国的山川河流，体会这首至今不知作者的诗但给我带来的美感

但只有不久前的一次在万里晴空上的揽胜，使我心灵上产生真正的震撼

那是在从成都到新疆的飞机上。八月阳光照耀着大地，一望无际的金色大漠，和大漠中点滴出现的绿斑，缓缓向后流去，证明着我们正飞向乌鲁木齐。我忽然发现，沙漠中有两个时弱时强的奇怪光斑，闪着时长时短的光芒，一直跟着我的视线向前奔走，就像天上的星星跟着我们的脚步奔走一样。我忽地明白了：这是铁路! 强烈的阳光照在铁路上，近于弧形的两条钢轨表面反射出两个保持稳定距离的反光点。飞机隆隆向前，光斑顽强地跟着我的视线前进，似有似无地铁路线陪伴在光斑下

万米高空上的发现让我产生一种莫名的激动，启蒙我长城运河的诗又一次涌上心头。正当我拿出我的笔和纸准备写下自己的感受时，一位漂亮的空姐走到我的坐位前，甜美的声音打断我的思绪：“先生，看报纸么？”

一个标题闪入我的眼睛：“人类基因组计划：人类基因有多长？”天哪！这正是我十年来一直关心的话题。1990年我写的一本小书中，就对当时刚起动的人类基因组计划作过评述。我无法拒绝空姐的“贴心”礼物：于是我一边阅读这篇科学特写，一边笔画心算，设计出人类基因组的直观模型，并模仿启蒙过我的“长城和运河”诗的形式，写成了科普诗《基因模型》：

我驾着飞机，

开始航行，

用10年时间，

飞完光在1秒钟走过的路程

有一条轨距2厘米的铁路，

在我的摄像机下，

盘旋而行：

每隔一个厘米，

有一根纤细的枕木打横；

每根枕木两头，

都按“A-T”或“C-G”的组配方式

固定一对道钉

我知道，这不是30万公里的铁路，

而是我们人类的基因组模型。”

HGP计划一个重要结果，是将人类全部基因组99％的DNA碱基序列都测绘出来。确定人类共有30亿个碱基对。为了使青年朋友有一个直观的概念，我在《基因模型》诗中设计了一个长30万公里、轨宽2厘米、枕木间距1厘米的一条“铁路”基因模型。如果用以固定枕木的铁路“道钉”碱基间距为1厘米，则这条铁路上正好有30亿个“道钉”碱基对

让我们驾驶一架想象的飞机，拿着高分辨率的摄像机，用10年时间把这条轨距2厘米、长度可以绕赤道转七圈半的“铁路”扫描一遍，并逐一登记每个“道钉”次序和性质。这可能要比万米高空看沙漠中铁路上的太阳反光更为浪漫，并且可以在这幻想的浪漫中，享受HGP伟大工程为我们带来的美感

DNA上的大片荒漠

但基因模型毕竟是一种模型，我向青少年朋友讲述人类DNA规模和结构的一种直观的比喻，正如高尔基所说，“任何比喻都有蹩脚的地方”。实际上，在正常情况下，人类生命的DNA不是一套30亿个碱基对，而是两套共60亿。两套DNA双螺旋“铁路”链被分装在46条被称为“染色体”的“麻袋”中，这些“麻袋”被分为23对，每对染色体都装着各自装着一段相似的DNA“铁路”。这些DNA双螺旋体以各自特定的方式进行盘绕和折叠，形成细胞中各具特定形状的染色体对，被生物学家分别编为第1～22号，最后一对为性染色体。由于性染色体的 “麻袋”一个象字母“X”（雌性），一个象字母“Y”，故直接称为X和Y染色体。男性的一对性染色体为XY，女性为XX.

但这些都是20世纪初期已知的知识，任何一本生物教科书上都比我这里说得清楚。关于这些DNA麻袋，HGP计划都有些什么新发现呢？

一个惊人的发现是：DNA上存在大片的“生命荒漠”

所谓的“荒漠”，是指HGP计划研究的30亿个碱基对中，只有DNA碱基但包含极少或根本不包含基因的部分。现在已知人类基因组上大约占 1/4的区域是找不到基因片段的“漫漫荒凉长道”。基因密度在第17、第19和第22号染色体上最高，在X染色体、第4、第8号和Y染色体上则相对贫瘠

生命荒漠的另一表现形式是，在HGP第二阶段的研究发现，在已发现的2～2.7万个基因中，仅有1%到1.5%带有制造蛋白质的指令，而原本估计这一比例为3%到5%。由于科学家定位基因的基本方法是依其指令所编码的蛋白质，这些“不工作”基因，甚至无法进行准确的定位

HGP研究表明，人类的这不足3万个的基因，只占人类全部DNA链条的很小一部分，剩余的这些DNA区域内究竟存在些什么神秘意义?它们的作用是什么？它们在生命天书中占有什么位置？这些DNA区域中是否含有不同于现在已知基因语言之外的密码？这是我们认识上的另一种“基因荒漠”

总之，人类的生命天书要比科学家想象得复杂得多

面对科学家的这个“荒漠”难题，我们能说些什么？而且，如果我们想说些什么，我们有权利说么？有

在世界科学大家的面前，我们可能是一无所有；但在目前还没人读懂的“天书”面前，“至少我们还有梦”。人的最大自由是思想，谁能剥夺我们做梦式的猜想权利呢？让我们从“作梦”说起

据心理学家说，一个正常人的大脑可以储存的信息总量为10亿比特，而我们一般大脑的记忆量不足1％。据此，有些人对我们说，人的大脑可以开发的记忆空间还有极大的潜力，采纳他们的方法（当然是要付报酬的），就可以大幅度提高我们的记忆力，云云

我对此说法表示怀疑。换句话说，如果我们的大脑的信息储存空间“荒漠”大部分被信息装满，我们还能自如的进行思维么？早在二十年前，科学家就发现我们思维的“全息模式”，因而我们能根据局部的单一信息（例如说话的声音）全息出“整体”信息（如知道来了什么人，他的年龄，相貌，社会关系等等），这个过程的基本保证，是我们的大脑留有足够的“空白空间”，当有需要的时候，我们大脑的信息传递机构才有可能重新编辑处理已有的和新存储的信息，形成完整的思维概念。正像一台电脑，如果存储信息过多，编辑的速度就会变慢，如果存储量超过一定的界限，就会经常死机。如果大脑被“内存”被占满，思维的“鼠标”就会失效。那时，我们连做梦的能力都会失去

DNA “无用” 片段存在的意义是什么

  1. 同样道理，我们有理由猜想，作为人类生命信息天书的DNA，为什么不给自己留下满足生命信息千变万化的编码需求的足够空间呢？所谓的荒漠，可能有相当一部分是基因为自己留下的“自由调配”和“自由组合”的空间

  2. 我的第二个推想是：DNA 荒漠的来源之一，是人类进化历史的基因“档案资料”。这些资料就像一个人成长中留下的过期教科书。由于这些教科书长期不再使用，它们记录的信息会在进化的过程里被反复的“复印”和传代中累积起来的“字母错误”弄得面目全非。早在十几年前，就有人提出DNA上有人类进化阁楼上存放的“儿童旧玩具”之说。DNA荒漠的发现，为这些猜想提供了佐证

    但是，这些被歪曲的“教科书”，即我们所说的“荒漠”，并非完全没有意义。正相反，我们认为，对于进化中的生命来说，既然成功的机会完全决定于四个碱基“字母”在DNA链上的组合，那么，这些“荒漠”DNA 碱基在无数次的漫长的偶然排列组合事件中，必然会有不少“中奖”的良机。这有如一个文盲或者傻瓜，偶然走进一个陈旧的印刷厂排字车间，抓了一把铅字在地上摆着玩，那知道恰好摆出李白的千古名篇《静夜思》。于是，这个偶然的傻瓜“碱基”序列，就会变成一条有特定编码意义的新基因，从此，生命获得了新进化动因。当然，在这个博弈的过程中，特好的“大运”和特坏的“倒霉运”都是很少的，正如有人所说，更多的有意义的突变事件，都是中性的，无所谓好坏的。正是这类无好坏但有意义的突变，构成我们每个人的独有特性

    https://cn.chinese-blog.org 点评：“荒漠”DNA 碱基的排列并不是偶然的，在这里几乎所有的生物学家都错了

  3. 对“荒漠”存在的第三个意义推测，我称之为基因组的“龙多不下雨效应”

    过去人们对的基因与生命特征之间想象成一对一的关系，因而需要很多基因才能满足生命特征的分配。例如，目前所知蛋白知有近10万种，因此控制它们的基因至少也应有10万个以上。直至2000年，仍然有人估计“最大可能数为27万个”。但HGP2000年结果表明，人的基因个数为2.7～4万个；2004年国际HGP协会基因测序中心最新的计算表明，人类基因数量实际在2万到2.5万之间，比而4年前HGP公布数量又少许多

    看来人的生命“气候”机能调控，并不需要太多的基因“龙”。或者这样说，生命进化的等级高度，并不与基因的数量直接相关

    我们可以推测，既然人是从最初的单细胞动物进化而来的，在人类的进化过程中，一定有不少其它生物的基因“龙”保留甚至“涌入”人类的DNA组里。这里应当有一个调整、“皈依”的过程：有的功能可能要加强，但更多的是经过协调，简化，或者完全“退休”，避免来源生命基因的不适合功能，精简太多的单一功能基因，强化多基因的协调作用，等等

    就对生命体最重要的蛋白质来说，据科学家估计，基因与蛋白质的关系远非一对一的对应关系，而更多的是一对二、一对三甚至更多。因此少量的基因就可以设计出繁多而复杂的蛋白质来

    HGP的科学家们初步发现，由于人类基因组的一些区域中隐藏着很多基因片段的复本，此前的估算曾将这些复本计算在内；另外还有1183个基因是人类在此前6000万到1亿年之间通过复制或进化得到的，不应该重复计算到基因数量中。从这些我们听起来似懂非懂的发现中，似可以得到支持我们推测的证据

还有资料显示，在生物的复杂性和基因数目之间似乎没有直接的关联:

  1. 黑猩猩被视为是人类的近亲，推算两者是由5万年前的共同祖先分别进化而来。然而，人与黑猩猩之间在智能方面的巨大差异，在基因密码上却只有1.23％的差异

  2. 另外，地球上已知最简单的单细胞生物生殖器支原菌只有480个基因，比任何生物都要少，大肠杆菌拥有4300个基因，蛔虫为19000，但果蝇却只有13000。果蝇比蛔虫的生命形式要复杂和完善得多，但不知何以基因数只是蛔虫的2／3

  3. 更奇怪的是人类基因的数量只是果蝇的2倍；红原鸡约有2万到2.3万个基因，与人类数量基本持平，且其中有60%与人类相同，而植物拟南芥有2.5万个基因。更让我们不平的是，中国独立完成的水稻基因组计划证明，水稻基因的数目是人类基因的两倍

这些数据支持了我们的猜测。对人来说，不在于基因的数量，而在于基因的素质和质量。或者这样说，人之所以比动物有更高的地位，不在于他拥有多少基因，而在于他的机体对基因有更好的的综合协调能力

https://cn.chinese-blog.org 点评： DNA 和 基因记录的是生物的运动轨迹，而生物的运动其实是简单的重复，很有规律的，所以，人类并不需要很多的基因，这些我在《悟道进化生物学》中作过评述

(待续）

海云青飞，生命进化规律破解者

你有关宇宙奥秘，生命进化，人生成功，感情困惑，心理问题，家庭教育等，都可以得到超越时代的指引

海云青飞 作品： - 《悟道进化生物学》 - 《悟道相对论》