中枢神经再生之梦

数次翻滚后，

“咔嚓”一声，石先生预感到，大事不好了！

从山上落下后，石先生瘫在谷底。下半身麻木的他心知肚明：刚才那声催命般的骨折声，意味着他不仅折断了椎骨，可能还悲剧性地损伤了脊髓。想到这里，石先生的脑中传来了一阵阵寒意。

没过多久，就连这阵寒意他也感觉不到了。

石先生醒来时，只觉得自己做了一个噩梦。然而，完全没有感觉的躯干和下肢让他明白，这将是一场持续到他生命尽头的梦魇。当看到医生送来的诊断结果时，石先生内心几近崩溃，映入眼帘的几个大字

“C7级别的脊椎完全性损伤”，令他感到心口绞痛，如针扎一般。

这意味着，他的躯干和下肢完全瘫痪，截断的脊髓再也不能传递神经刺激了。

神经刺激的传递，需要无数基层工作的神经元。环绕于神经元细胞核（

cellnucleus）的是小树芽状的树突（dendrite），后端连着一条小尾巴似的轴突，外层则裹着一圈髓鞘（myelinsheath）。当受到外来刺激，树突负责接收，信号从细胞内部穿过，再由轴突传送出去，这便是一次完整的神经刺激传递过程。

而要管理无数的神经元，就得有一个明确的拓扑架构。

神经系统划分出了上、下两个层级：上层的中枢神经系统是指挥部，其中负责下达指令的是大脑；下层的脊髓负责协调中枢和周围神经系统（

peripheralnervoussystem）。就这样，神经信号从大脑发出，由脊髓往下传达。各部门的周围神经系统接到指令，就会安排具体器官完成工作。

模型图：人体的中枢神经系统（大脑、脊髓）和周围神经系统

一旦眼睛看到景象，鼻子闻到气味，手指碰到凉水等，各种感觉就会转换成电信号，上报到周围神经系统，最后向上传达呈报给大脑，作为下达指令的依据。决策、执行各司其职，身体各个位置便可正常运转。

但是，对石先生的下半身而言，要实现这一切已经非常困难了。

32天

神经并非完全不能再生。

之前，石先生有次做饭切菜时，不小心割伤了手指里的神经。伤口刚愈合的那几天，摸东西总会有点儿麻痹。然而，过段时间，一切也就恢复如常了。

手指被斩断的病人也是如此。将冻在冰桶里的断指接上，再缝上血管和神经，一段时间后，手指功能就基本恢复了。

事实上，神经细胞受伤之后就会退化，甚至死亡。此时，施旺细胞

[1]和巨噬细胞[2]如救灾部队一般飞赴现场，清理受损的神经组织。随后，轴突等神经细胞纤维开始伸长，依照“监工”施旺细胞给出的框架，形成髓鞘覆盖，逐渐延伸到受损的位置上。

然而，中枢神经不是可以再生的神经。

中枢神经自愈几乎是不可能完成的任务。毕竟，这里的细胞高度分化。演化级别越高，重生过程越长，有生之年，替代品都无法产生。所以，中枢神经一旦受损，几乎无法弥补。

人们一度认为哺乳动物的中枢神经在成年后完全丧失新生能力，成年之后中枢神经元只会减少，不会增加。新的研究则为人类带来了一丝希望

——在成年哺乳动物大脑的嗅球和海马体中，科学家发现了一些新生的神经元。遗憾的是，每天的新生细胞数量非常有限，与人体细胞的总体数目相比，简直是杯水车薪。

更何况，当中枢神经细胞受到损害之后，星形胶质细胞

[3]就会形成胶质瘢痕[4]，把受损的神经隔绝开来。有了这层屏障，髓鞘和轴突被挡在了外面，防止了形成错误的神经连接，但也断绝了重建正常连接的可能性，就像人的手脚，丢失之后不能重生，只剩下丑陋的疤痕。

模型图：神经元细胞

要重新站起来，就得让受损的中枢神经通路恢复。这需要满足的条件着实太多：神经元不能死，这是关键的基站；轴突要能生长，这是重要的信号连接线；轴突要突破神经胶质瘢痕设下的障碍，不然就会长错位置，形成错误的髓鞘、突触，不仅功能恢复不了，还可能引发各类功能障碍。截肢患者术后会感觉到被切断的肢体还在，并在该处传来剧烈的疼痛，这就是截肢后常见的幻肢痛，可能就是由于错误的神经连接导致的。

在了解了中枢神经系统低下的修复能力后，石先生再次站起来的自信心受到了深深的打击。

158天

抱病卧床，百无聊赖之中，石先生读了很多业界的新资料。原来，在中枢神经系统的修复方面，已经有了不少新的科研进展。

石先生看到了康复的微小希望。

诱导神经元的母体

——多能干细胞[5]分化再生神经元的实验已经成功了。截瘫大鼠失去的皮质脊髓束组织失而复得，使四肢的运动功能随即恢复，又开始愉快地爬起了格子。

不仅如此，科学家找到了对付胶质瘢痕的办法。胶质瘢痕的形成可能和

I型胶原蛋白的增多有关。当将蛋白的抗体注射进受伤小鼠的脊髓中，胶质瘢痕的形成受到了抑制，小鼠的中枢神经再生了。

看来，要让神经元再生，让轴突通过胶质瘢痕，很可能不再是梦。不过，要从实验室里的小鼠实验到人体临床应用，仍然困难重重，前途未卜。

247天

中枢神经再生在临床上取得突破性的进展依然遥遥无期。而对于已经瘫卧床上大半年的石先生来说，这样被禁锢于自己躯体中的日子越发难以忍受。

有没有一些替代的办法，能让自己早一些恢复行动能力呢？燃起一丝希望的石先生急切地翻阅着资料。

他有了惊喜的发现：虽然高等生物中枢神经再生的研究尚未有突破，但是人类已经能用其他领域的技术来解决生物系统受损的问题了。

2008年，仿生眼技术取得了重大突破。对于视网膜受损，但视神经正常的患者而言，重见“光明”也许不是幻想：摄像机的图像信号可以转化为电信号，直接刺激视神经，从而让失明者的大脑成像。通过人工手段刺激神经的技术迈进了一大步。

更让石先生振奋的是一只中枢神经断裂的猴子的故事。

2016年，一只大脑和脊髓之间神经中断的猴子出现在了瑞士联邦理工学院的实验室。和石先生的情况相似，这只猴子大脑发出的命令根本不能传达到下身。考虑到神经系统内部传输的是电信号，科学家们想出了新法子。

他们将

Wi-Fi（无线网络）发射器植入瘫痪猴子的大脑，在猴子腰部植入接收信号的电极系统。大脑发出的电信号有了新的无线通路，可以绕过受伤的脊髓，直达猴子的下半身。

没过多久，猴子就重新摆脱了瘫痪的状态，甚至能够在跑步机上运动了。也许过不了多久，人类就能用上类似的技术。

瘫痪已久的石先生，下肢肌肉已经发生严重萎缩，仅仅只是重建神经连接还远远不够。而且，用

Wi-Fi发射的信号强度要比正常中枢神经系统弱得多。

幸运的是，目前已经具有商业化的外骨骼（

exoskeleton）机器人。它们能够通过传感器侦测人体肌肉的运动状态，推测人的活动意图，帮助人类完成动作。对于神经尚有残存功能的瘫痪人士，已有人成功在外骨骼的助力下重新站起行走。

不管它是自主再生的中枢神经，还是借助

Wi-Fi再造的人工“神经”，抑或依靠机器力量，只要能重新站起来行走就好。虽然要救助石先生这样的病人，临床应用为期尚远，但至少比毫无希望要好得多。

200多天来，石先生终于睡了第一个安稳觉。因为他知道，在世界的各个角落，科学家们都在努力探索让中枢神经再生的方法，在这场对抗命运的战斗中，人类始终保持希望。

参考资料

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[1]一种存在于周围神经系统中的神经胶质细胞，能够吞噬、清除细胞的残渣，给神经元的重生提供空间。

[2]一种源自单核细胞的白血球，参与动物体内的先天性免疫及细胞免疫。

[3]在哺乳动物脑中，这类细胞分布最为广泛，也是体积最大的一种胶质细胞。

[4]在缺氧、低血糖、感染、中毒等情况下，脑组织会出现损伤。当脑组织尝试修补愈合时，星形胶质细胞会出现增生，主要为纤维型星形胶质细胞，最终形成胶质瘢痕。

[5]一类具有自我更新、自我复制能力的多潜能细胞。多能干细胞有能力分化出多种细胞组织，但已不具备发育成完整个体的能力。

克隆人即将到来？

2018年1月25日，中国在非人灵长类研究领域领先了世界。

这一天，《细胞》的封面文章显示：

2017年11月27日，历史上首只体细胞克隆猴“中中”诞生在中国科学院；8天后，“华华”也继之而来。这是研究团队5年不懈努力的硕果。

几个月过去了，两只小猴子依然健康地成长着。和常规生殖的同类们一样，它们活泼、伶俐、好动，尤其喜爱毛茸茸的

HelloKitty（凯蒂猫）。

研究员孙强很为此自豪。在他看来，猴子与人同属灵长类动物。筛出了基因型相同的体细胞，就能生出一群猴子，基因编辑和遗传背景统统一致。有了这项技术，要探索人类大脑中的奥秘，要研究阿尔茨海默病等疾病，就有了极好的模式动物。

兴奋的不只是中国人。作为同行，俄勒冈健康科学大学的生物学家米塔利波夫更是感同身受。

“这是一条漫漫长路，”这位尝试过克隆猴，却以失败告终的专家不无感慨，“但他们做到了。”

有人感到乐观，便自然有人忧虑。克隆灵长类动物的障碍既已消去，克隆人还会远吗？

克隆技术的发展

“克隆”，绝大部分人都是知其然而不知其所以然。

克隆，一项无性繁殖技术的代称，音译自英文

clone，词源是希腊文κλών，本意乃是幼苗、嫩枝的扦插。简而言之，便是不经交配产生后代，亲子间的遗传物质几乎一样。

在大自然中，克隆并不罕见：细菌一分为二，这是克隆；插在土中的柳条长成参天大树，这是克隆；甚至人类的同卵双生子，两个娃娃也是彼此的克隆。不过，由于动物的体细胞缺乏植物细胞那样的逆分化能力，要靠克隆造一个动物后代，并不像植物扦插那么容易，而是需要对卵细胞进行一番人工改造，改造的素材便是亲代的体细胞。

体细胞克隆的关键，在于核移植技术。众所周知，细胞核几乎囊括了细胞中所有的遗传信息。取出体细胞的细胞核，将其置入去核的卵细胞中，在一场移花接木的

“戏法”后，亲代的遗传信息就尽收于新合成的细胞之中了。

但最令人挠头之处却不在此。须知，体细胞早已高度分化，已不像受精卵那般有着分化的无限可能。怎么才能逆天而行，让一切从头再来？人们束手无策。

直到英国科学家约翰

·戈登想出了怪招儿。

1964年，体细胞核移植重编程技术横空出世。在戈登的摆弄下，非洲爪蟾体细胞核“鸠占鹊巢”，成了卵细胞中的新主人。这不过是常规操作，然而，接下来，奇迹出现了。

在电流和化学药物刺激之下，这个移花接木的卵细胞陡然转型。它突然

“逆生长”，载着本已分化的体细胞的细胞核，却开始像受精卵一样发育，长成一个合格的胚胎。如同修改计算机程序一般，重编程完成了。

近半个世纪后，这项奇异的发明为戈登带来了一份诺贝尔奖的荣耀。然而，真正令

“克隆”二字口口相传的，还是哺乳动物的克隆。

1996年出生于爱丁堡的绵羊多莉彻底颠覆了旧有的遗传学常识。如果此前的遗传学理论是正确的，哺乳动物的体细胞不像胚胎细胞那样有全能性，没法完整保存遗传的信息，它本不该重新发育成新的个体。然而多莉的诞生扭转了一切成见。

在哺乳动物的序列中，克隆技术遍地开花。克隆牛、克隆猪、克隆兔、克隆小鼠

……现在，克隆猴也不在话下了。对灵长类动物的成功克隆，使得一个新的名词——“克隆人”受到社会各界的广泛关注。

然而，克隆人的世界，恐怕暂时还只能存在于科幻电影之中。

效果图：克隆人是科幻电影中经常出现的元素

克隆人的障碍

虽然克隆哺乳动物已经成功，但这并不代表克隆人就是水到渠成的事，技术的实现并不那么乐观。

出于医疗目的，科学家早已开始尝试克隆人类胚胎干细胞。一旦技术成熟，这种细胞就能派上用场，分化产生绝大多数组织、器官，将大量苦苦等待器官移植的患者带离苦海。

知易行难。没过多久，人们就被现实狠狠地打了脸：哪怕只是克隆人类胚胎干细胞，难度也非常大。

最先出问题的是体细胞核，被迫移居卵细胞，被强行摊派反自然的逆分化任务，人类体细胞核挑起大梁的能力比爪蟾乃至其他哺乳动物弱得多。核移植后的重编程往往停滞，克隆的胚胎能完成发育的也是寥寥无几。

作为承载容器的卵细胞也不太够用。如果是搞动物实验，科学家很容易就能收集到成百乃至上千的卵细胞，将它们统统用于核移植。只要数量够多，哪怕成功率再低，也总有几个能侥幸成功。然而人类的卵子每月仅产

1颗，弥足珍贵，试验量也就很难提上去。

奇怪的是，面对如此艰巨的任务，早在

10多年前就已经有科学家宣称解决了这个问题。

说这话的是黄禹锡。

2004年，当他的研究成果发表在《科学》上时，这位韩国科学家震撼了世界：在对多达242颗人类卵细胞进行核移植的尝试后，他的研究团队成功克隆出了人类胚胎干细胞。

这一成果曾被认为有希望获得诺贝尔奖，后来却发现这是一桩造假事件，黄禹锡的研究被调查者认为存在伦理和结果造假问题。但有意思的是，经调查发现，黄禹锡的团队在这场闹剧里无意间培养了首批单性生殖的人类胚胎

——单单这个重大技术突破就足以让他名垂青史。

诱导性多能干细胞（

iPSC）技术的崛起，曾一度使克隆技术的研究备受冷落。直到2013年，在一味神奇“佐料”的帮助下，人类胚胎干细胞克隆才取得重大进展。上文提到的科学家米塔利波夫领导的团队首次成功实现了对人类胚胎干细胞的克隆。

永远不会有人明白，为什么米塔利波夫会突发奇想，在人类体细胞核移植的过程中加点咖啡因。然而，一次脑洞大开的尝试，却收获了令人叹为观止的奇迹。

在咖啡因的作用下，

“军心”稳住了。卵母细胞细胞质的一些关键分子变得安分了。在它们的辅助下，细胞重新编程效果大增，总算生成了胚胎干细胞。更令米塔利波夫感到欣慰的是，其中一些还分化成了心肌，出现了脉动。

一种常见饮料里的物质竟有这般非凡的功效。生命世界，神奇如斯。

一场医疗革命的到来？

人类胚胎干细胞克隆成功，对许多焦急等待着的病人可算是一个天大的好消息。至少，人类想重获细胞分化的全能性算是有了一点儿希望。

一个惯常的现象是：物种越高级，细胞分化全能性就越低，能修复自身的能力也就越不尽人意。

若是单细胞生物，只要有一个细胞，便能一生万物；换作涡虫，一个细胞怕是不行，但把它切成几段，一窝新涡虫转瞬可得；至于螃蟹，如果一只螯被折断，还能长出一个小的代偿；而人类的自愈能力却极为可怜。

一旦克隆技术能派上用场，医疗界将迎来一场巨变。用自己的细胞来培养替代的器官，异体移植产生排斥反应的痛苦将不复存在，稀缺器官也不会再愁来源。

迷你肾脏、迷你肝脏、迷你心脏，甚至迷你大脑，种种培养项目都开始了。在初级阶段，要和成熟器官具有完全相同的器质结构，未免过于苛求。但是，一个雏形，兼有一些器官上的复杂分化，已经足够引人遐想。看那迷你肾脏上微小的细管，再看那肠道组织的精妙褶皱，我们没法不对人类的未来充满希望。

也许，在未来，靠着

3D打印技术，便能让细胞在模型框架下向三维方向生长。综合基因编辑、组织工程、再生医学、生物材料等技术，一个真正的、完整的器官最终会被培养出来。

然而，在光明的前景中却有一丝黑暗的阴霾。在小说《别让我走》中，诺贝尔文学奖得主石黑一雄创制了一个黑暗的科幻世界。在这个未来世界中，克隆人们生活在一个类似寄宿学校的机构中，唯一的价值就是在成年后把器官捐献给有需要的病人。无独有偶，好莱坞大片《逃出克隆岛》也描述了类似的桥段。如果真像石黑一雄所担心的那样，培养克隆人是用来收割器官，无疑是法律与伦理的巨大灾难。

但也正如潘多拉盒子最后出现的是

“HOPE”（希望），《侏罗纪世界2》中，最终打开阀门解救了在毒气中奄奄一息的恐龙的并非人类，而是被克隆的小女孩，那句台词令人印象深刻：“它们和我一样，都是生命。”科学技术作为提高生产力的工具，本无所谓好坏。克隆技术也是一样，不能因为潜在的风险就因噎废食，将其全盘否定。只要能够监管得当，防止这项技术滥用，就可以为人类服务。

阻止生殖性克隆人

幸而，在克隆人诞生之前，全球立法机关已经高瞻远瞩地看到了滥用克隆技术的风险。

2005年3月8日，《联合国关于人的克隆的宣言》正式生效。自此日起，反对“违背人类尊严和对人的生命的保护的一切形式的人的克隆”成了联合国的官方态度。

在南美洲，阿根廷、哥伦比亚先后颁布法令，完全禁止人类克隆。在欧洲，塞尔维亚也在宪法中明确了禁令。对后果难料的新技术采取全盘封禁的态度，虽然略显粗暴，却也不失为权宜之计。

对于技术实力更为雄厚的国家，虽需防止滥用克隆技术，但其造福人类的愿景却不该被轻易舍弃。在多莉的故乡英国，虽然生殖性克隆人已经被明令禁止，但研究克隆人类早期胚胎却有法律的保障。也就是说，一名英国生物学家要靠克隆造人，不行，但如果研究者是试着用克隆技术复制、改造人类的干细胞，进而重建组织、器官，达到治病的目的，则是完全被允许的。

“不赞成、不允许、不支持、不接受”生殖性克隆，而对治疗性克隆不置可否的，还有中国。2003年，在科技部、卫生部公布的《人胚胎干细胞研究伦理指导原则》中，“禁止进行生殖性克隆人的任何研究”已是明确的规定。

在另一个科技大国

——美国，立法的进展却比较滑稽。

在多莉诞生

2年后，美国众议院发起了投票，商讨人类克隆该不该通盘禁止。接下来，在2001年、2004年、2007年、2009年，同样的投票又发起了4次。然而，要么是只主张“禁止生殖性克隆人”的参议院从中作梗，要么是总统最终否决，参议院的努力无一例外胎死腹中。

虽然联邦层面上始终立法失败，但拥有立法权的各州都开始了行动。迄今为止，已有

15个州立法禁止生殖性克隆，3个州禁止为相关活动开展公众筹款。

所以，想在美国那些禁止生殖性克隆的州真造出一个克隆人，最大的可能就是早早因为触犯法律而惨淡收场。

然而，法律的约束并非没有漏洞。在一个技术已经发展到可以克隆灵长类动物的世界里，石黑一雄书中的反乌托邦世界正在成为一种现实的可能。如何守护科技为人类带来的光明，防止有心人对技术的滥用，避免人类反成为技术的奴隶，是值得所有人深思的问题。

参考资料

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6.克隆人离我们还有多远？果壳网，2015.

生命竟也能合成？

积木之所以好玩，不外乎两个原因：第一，高度模块化，不需要研究多久就能轻松上手；第二，自由度极高，唯一限制最终成果的是我们的想象力。

若把控制生物体的基因当作积木，经过我们的精心组合，是不是就能

“拼”出各色各样的生命体？

示意图：像拼拼图一样合成新生命

人类对生物体的改造从远古就开始了。动植物驯化都伴随着基因的改变。驴和马生出骡，狮子和老虎生出狮虎兽这种

“跨越种族的爱情结晶”更是人类的拿手好戏。生物技术的发展已让转基因成为现实，我们早就踏上了改造和制造新生命体之路。

诺贝尔物理学奖获得者理查德

·费曼讲过：“如果我做不出来，我就不会理解。”对多数人而言，合成生物学是个新鲜的事物。提起合成生物，浮现在很多人脑海中的或许是那些影视动漫作品中的科学怪人、奇珍异兽，对于这样的事物感到新奇抑或恐惧。然而，不管你愿不愿意，人类合成生物的尝试早就开始了。

其实谁也说不清楚，合成生物学到底是从何时开始的，但是合成生物学必定是建立在前人的许多努力的基础之上的。既然要设计和合成生命体，必不可少的是对生命物质的合成研究。

1828年弗里德里希·维勒偶然利用无机物合成有机物尿素（carbamide），有机物只能通过生物体合成的“生命力”假说被推翻。从那时起，人类便一直努力着，希望通过化学合成而非生物体合成，实现直接从无机物合成人造生命体，进而探究生命的来源，打破“神的特权”。

1953年，大胆的美国化学家哈罗德·尤里和斯坦利·米勒对“原生汤”假说进行验证：生命确实能通过无机物一步一步慢慢得来。

1965年，中国科学家实现了第一个人工合成的蛋白质——牛胰岛素，标志着在生物大分子人工合成方向上的突破。

20世纪70年代，DNA的人工合成技术出现并且实现自动化，合成控制生命的基因已不是难事。

随后，转基因技术的出现，使生物技术在历史舞台上大放光芒，一个物种的基因可以转嫁到另一个物种之中并发挥作用。一夜之间，物种的界限似乎被打破，人类对生命的操控力达到了前所未有的地步，合成生物学即将闪亮登场。

这些都为合成生物学家提供了必需的技术与材料。现在，掌控生命密码的基因已经能通过仪器轻易地被自动合成，只要合成前通过电脑对基因序列进行设计，各种各样的基因变体都可以合成出来。而通过转基因技术与核移植技术，这些合成基因都可以进入新的生物体内发挥作用。

将生命

“模块化”

相较于单纯把一个物种的一段

DNA复制下来放到另一个物种中的“粗糙的”转基因技术，合成生物学就“高级”得多了。在合成生物学的理论中，DNA这种遗传物质只是由一些生命基本的“小积木”组成，现在只要通过电脑的设计，各种各样的“小积木”都可以靠人工合成出来，接着按我们的意愿组装到细胞里，简直跟拼真的积木一样轻松随意。

然而，这并非人类凭空造出了一种生物。毕竟，谁也不比大自然更有创造力，能够设计出如此精密的结构。人类要想亲手

“写”生命密码，就要先学会“读”——在人工合成遗传物质之前，科学家得把原有物种的生命信息密码解读一遍。也就是说，要合成一种生物细胞，首先要测一测它的基因，找出其中遗传物质的本来面目：每种遗传物质的量有多少？A、T、C、G四个碱基怎么排列？有了这份蓝图，就相当于有了一张图纸，然后根据这份图纸进行合理的设计，随后的合成工作就会轻松很多。

只有向大自然学习，才能领悟生命的真谛。所以，合成生物学的玩法还是很尊重自然规律的，不过，就是

“皮”了一些。

首先，合成生物学的科学家们将模块化的目标瞄准了控制生命活动的核心

——基因。我们知道，细胞的生命活动都由自身的基因组控制，基因组就像电脑的CPU（中央处理器），通过不同基因的表达控制细胞内各种各样的生命活动，进而控制细胞乃至生命的行为。合成生物学家们通过学习了解“基因组控制不同基因表达”的原理，利用人工合成基因的方法，制造了各种各样人工的“基因功能模块”，控制细胞做各种各样的事情，还可以像变形金刚一样进行各种“变化合体”。这些模块被称为“基因电路”（就像电脑里的电子电路一样）。例如，在一个细菌中加入一个生物传感器模块，使细菌能对不同的光照条件做出相应的反应。又比如，在细菌中加入能感知病原体并释放毒素杀死病原体的装置，使得细菌摇身一变成为我们打入敌人内部的间谍。更有趣的是，通过在细菌中加入感应自身群体密度的模块，可以控制细菌菌落的运动模式，从而控制它们产生各种各样的图案。

合成生命

模块化几个基因显然是不能满足合成生物学家们的愿望的。现在，他们要开始自己的表演了

——合成基因组、合成生命。

2002年，美国科学家对第一个病毒基因组从头进行设计与合成，并取得了成功。这个人工制造的基因组可以产生与天然病毒具有同样效用的人造病毒。不过病毒并不具备独立生存的能力，还得依赖细胞为它提供其他帮助，所以严格来说，这不是一个真正的生命体。

真正打响合成生命

“第一枪”的，是美国的科学家克雷格·文特尔。2010年，他将一个支原体的内部挖空，注入了人工合成的支原体DNA，就这样，一个新原核生物的完整基因组在人类手中诞生了。它的名字还挺好听——辛西娅，这个小家伙震动了白宫。毕竟，这是历史上第一次出现了人造生命。

如果合成生物学想要再上一个台阶，就得合成一个真核生物给大家看看，毕竟这才是高级生命的起点。如今，这个

“小目标”已经基本达成了。2017年3月10日，天津大学、清华大学、华大基因在《科学》杂志上发表论文，宣布成功合成了4条人工设计的酵母染色体，证明我们到了可以“编写”生命密码——合成染色体的阶段，向“合成复杂生命”的目标迈进了一大步。

效果图：科学家已经可以设计、合成人工染色体

2018年8月，中国科学院上海植物生物生态研究所的研究团队运用CRISPR-Cas9基因编辑技术，把酵母体内的16条染色体整合成了一条，此成果被发表在《自然》杂志上。

上面提到的这种酵母并非前所未见的新品种。其实，它就是我们常见的酿酒酵母

——啤酒厂和面包坊里的大明星。

一种酵母，一座

“工厂”

科学家为什么要费尽心思合成人工酵母？这可不是单纯只图一个拼积木的快感。

既然酵母可以拆开，当中的遗传物质就可以被取出修改。科学家在其中加入一些人工元素，相当于给酵母添加了无数的开关。这样一来，酵母不仅多了许多新功能，一些不必要的功能也被筛了出去。从此，人工酵母不再只是生物，而是摇身一变成为工业和生物制造中的

“细胞工厂”。那么，我们能给酵母添上哪些功能呢？这就得发挥想象力了。

我们都知道，

2015年诺贝尔生理学或医学奖得主屠呦呦，从黄花蒿里成功提取出了治疗疟疾的灵药——青蒿素。然而，在目前的技术条件下，青蒿素的提取率只有1%~5%，其产量很难满足病人的需要。如果有了人工酵母，这个问题就能解决了：只要将青蒿素相关的基因“写”入人工酵母，就能将它变成青蒿素的生产工厂。只要多养些酵母，就等于开发了许多条庞大的生产线。早在2013年，美国加州大学伯克利分校的杰伊·柯斯林教授和Amyris生物公司合作，培养出能生产青蒿酸的新型酵母，其生产的青蒿酸能被光化学催化为青蒿素，每升酵母培养基产生的青蒿素达到了25克。这个成果被发表在《自然》杂志上。当然，除了青蒿素，这个“细胞工厂”还能生产各种中草药物成分、镇痛剂，乃至人白蛋白、抗体，等等。

既然人工酵母能生产药物，那想必它也能制造食物？在合成生物学家手中，酵母又变成

“食物工厂”：改变颜色、调整气味、增加元素，统统不在话下。未来，竹叶香味，薄荷香味，赤、橙、黄、绿的各色啤酒和面包也许都将被摆上货架，满足各路吃货的不同需求。

并非颠覆达尔文

或许，科学家还能合成其他生物，将甲烷之类的工业原料转换成葡萄糖、橡胶和其他石油化工产品，解决材料和能源领域的终极问题。在不久的将来，也许只要想得到，就没有合成生物学做不到的。比如：把酵母

16条染色体组合在一起变成一条染色体，研究真核生物基因组为什么以多条染色体的形式存在；把DNA当作硬盘，存储或者加密信息；创造一个“另类”生命体，其用来构建自身DNA和蛋白质的小分子，而这种小分子完全不同于现有生物的非天然小分子。这些看上去天马行空“很科幻”的想法，其实都是合成生物学家已经在进行的尝试。就在2016年，合成生物学家们又按捺不住他们的“洪荒之力”，提出要在未来5~10年的时间里实现植物、动物甚至人类基因组的合成，再一次把合成生物学推上了风口浪尖。

就像忧心转基因技术一样，不少人对合成生物学也有顾虑：既然生命可以人工合成，达尔文的演化论是不是被颠覆了？

其实事情并非如此。正如在搭积木时我们并没有造出一块不存在的积木，要人工合成生物，也不可能凭空造出一种遗传物质。合成生物学的本质和要求，就是要

“读”懂自然的语言，在尊重自然规律的基础上再去设计和构建。所以，人类是在按照自己的需求选择生物的一些基因，将本来不足的东西变得高产，或实现生物原来不具备的功能，而这一切都始终建立在生命本来的逻辑和规律之上。

生命是一种语言，字符就是

DNA。过去，通过基因检测，人类“读”（测序）懂了一些生命科学的奥秘，积累了关于生命的知识。今天，以合成生物学的方式设计和构建生命，就是用已有的知识进行合理的书写和创作。这就好像一个学语的孩子，只要学会了阅读就会有表达的欲望。有了输入，就会产生输出，这就是生命语言的演绎规律。也许在不久的将来，合成生物学将完全改变我们的世界，将我们引入生命科学的新时代。

参考资料

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2.ClydeA.,HutchisonIII,etal.Designandsynthesisofaminimalbacterialgenome［J］.

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猛犸象的起死回生

看过《冰河世纪》的朋友，都知道人类祖先曾经和猛犸象共处过。

4000年前，体形巨大的猛犸象（

Mammonteusprimigenius

）在地球上彻底消失。在很多人看来，猛犸象的灭绝和人类有脱不开的干系。

尽管高如小山，猛犸象却无法引发原始人类足够的恐惧。成吨的体重让它们成为宝贵的肉食来源，长长的象牙更是弥足珍贵的装饰品。

部落勇士握着长短不一的利矛。不多时，一声长啸，几十个同样装束的

“战友”蹿出，已成合围之势。猛犸象夺路而逃。对逃命者而言，壮硕的身材反而是个累赘，注定令它无处遁形。闯入陷阱，身中数矛，这是一种结局；跌落山崖，粉身碎骨，这是另一种结局。

一只只猛犸象就这样被命运无情地攫住，沦为一顿顿珍馐美馔。

演化死胡同

人类或许对猛犸象的灭绝负有一定的责任。然而，遭遇人类黑手的物种不计其数，猛犸象在不长的时间里迅速灭绝，环境和其自身原因也不可忽略。

亚欧大陆和美洲大陆的高寒草原、冰原、冻原地带，终年冰霜覆盖、寒风呼啸，并不是宜居之地，却是绝大多数猛犸象的故乡。猛犸象的几乎所有特征，都是为了适应寒风怒号的高寒原野。

根据骨骼推算，一只草原猛犸象的体重有

5吨~12吨，今日非洲象的体重只有它们的三分之一。动物体形越大，身体表面积和体积之比就越低，通过体表散发的热量也就越少，更有助于在寒冷气候中保持体温。除此之外，猛犸象既肥且壮，披着浓密的皮毛，覆盖着将近10厘米厚的皮下脂肪。

然而，一切武器装备都是为了适应寒冷挑战的猛犸象不会想到，它们脚下的冻原会有融化的一天。

在第四纪（

Quaternary）冰期结束时，地球上的气温骤然攀升。冰雪迅速向两极退缩，原本封冻的土地渐渐融化，地球的气候和生态都发生了极其巨大的变化。冰期结束得太快太迅猛，对于繁殖周期很长的猛犸象来说，在这么短的时间内无法重新通过自然选择进行调整。于是，在老鼠、人类乃至大熊猫都适应新环境的同时，猛犸象却和剑齿虎（

Machairodus

）等许多适应寒冷环境的大型哺乳动物一起在演化死胡同撞了墙。

以今天的眼光看，这是物竞天择的必然结果。不过，执着的科学家们并不甘心。他们对一个计划表现出了盎然的兴致：让灭绝了

4000多年的猛犸象重回世间。

起死回生

从各个角度上看，猛犸象都是物种复活尝试的绝佳试验品。

提到复活物种，《侏罗纪公园》可说是尽人皆知。然而，复活恐龙很有可能是个永远无法实现的黄粱梦。

要想复活一个物种，有一个大的前提：灭绝的时间不能太长。

DNA的半衰期大约是521年，即使冷藏在–5℃的理想环境里，也顶多维持680万年。一旦超过期限，纵是大罗金仙也救不回来了。

6500万年前，恐龙已经灭绝，电影中从琥珀里的蚊子身上提取恐龙DNA在现实中不具备理论上的可操作性。相比之下，猛犸象灭绝不过是4000年前的事，重生还存在理论上的可能。

此外，还有几个条件是复活任何灭绝生物所必需的。

第一，原物种的遗传物质。

“永存”才能“永生”，唯有让含有遗传物质的细胞得到完好的保存，物种才有重生的可能。

第二，换核所需的卵细胞，作为遗传物质的容器。

第三，承载新细胞发育的合适母体，提供子宫环境，最好是原物种的近亲。

符合全部条件的物种即具备复活可能。事实上，复活物种已经有了先例。早在

2000年，靠着克隆技术，科学家就曾让灭绝的布卡多野山羊短暂还阳。虽然因为肺部缺陷，复活的山羊没几分钟便窒息而死，但至少证明，复活灭绝物种具有现实的可能性。

像布卡多野山羊一般重生，猛犸象能实现吗？其实只要三个条件能尽数满足，猛犸象也同样有机会重生。

必需的遗传物质是有的。死在冰原上的一大好处，便是遗体能被完好地保存下来。在西伯利亚的冻土里，这样的猛犸象遗体不在少数。寒冷冰封条件下，猛犸象躯体的新鲜程度堪比现代工业生产的冷冻肉，甚至有科学家工作之余还尝了尝猛犸象肉的滋味。科学家已从冻尸中提取出了高质量的

DNA样本。

要找到装载遗传物质的卵细胞，也不是难事。猛犸象虽然已经灭绝，但其近亲仍然游荡在亚洲和非洲的热带地区。请非洲象或亚洲象提供卵细胞恰如其分。

但是要复活猛犸象，还存在巨大的技术壁垒。

令科学家无计可施的是如何孕育小猛犸象。首选方案自然是让亚洲象担任代孕妈妈。然而，即使祖上相亲，亚洲象与猛犸象也存在基因组的差异。如果直接贸然代孕，很容易出现排斥反应，流产不可避免。但是，在人类的帮助下，猛犸象胚胎可望以另一种方式让亚洲象妈妈代孕。

哈佛大学的基因工程学家乔治

·丘奇提出了方案：移花接木。

按他的计划，猛犸象残骸中的

DNA可以提取出来，组装出一个基因组。以此为蓝图，便能合成所需的猛犸象DNA链。

随后，靠着

CRISPR–Cas9[1]基因编辑[2]技术，科学家们如同操纵一把针对DNA片段的万能剪刀，将合成的DNA链整合到亚洲象的细胞核中。如此一来，便不再是单纯的借尸还魂，而是兼容并蓄，生出一头混合猛犸象和亚洲象特征的新“象”。

2015年以来，科学家已经完成了45个完整的猛犸象基因片段剪辑。在一些特定的位置上，本属于猛犸象的基因插入到了新“象”细胞之中，新“象”就具备了猛犸象的一些特征，比如血红蛋白[3]的四个突变差异的插入就使新“象”获得了在极寒之地高效呼吸的能力。

最后要做的，便是将这个人造的细胞用于核移植。基因组上的差异小了，排斥反应也就少了，复活成功率也自然提高了。

构造胚胎细胞之路，已不再是寸步难行。然而，母体培育的问题依旧棘手。

效果图：现代科技能否让

“猛犸象公园”成为现实？（绘图：柳叶刀）

如果靠亚洲象子宫孕育的计划失败，那该怎么办？倘若能有人造子宫，排斥反应造成的胚胎变异、流产也就无须担忧，但人类人造子宫尚且没有突破性进展，更别说能容纳大型动物的人造子宫了。

情况复杂，技术艰深，要让猛犸象短期内起死回生，难度确实不小。不过，费尽心力，只为让史前巨兽重现人间，除了炫技或者为祖先的

“残忍”表达忏悔，还有额外的科学意义吗？

进化之手

猛犸象的灭绝并不只是单纯一个物种的消失。作为生物链上的重要一环，猛犸象的存在与否，直接决定着多种其他生物的盛衰，甚至对全球生态都有重要影响。

至少，在伦敦动物研究所生态学家约翰

·列文看来，复活猛犸象这项生物学上的壮举还有生态学上的意义。猛犸象的起死回生竟然会影响全球气候！

随着猛犸象灭绝，大片冰原沦为苔藓的天下，日渐荒芜。而如果以草叶为食的猛犸象能再现北极，其排出的大量粪便就能起到施肥的作用，为冰原地区的植被提供养料。如此一来，良性的生态循环就能重建，这片冰天雪地就可以再度变成沃土。

更加不可思议的是，猛犸象的重生或许还能延缓温室效应。当猛犸象重新踏足冰原，原本封冻的雪层不可避免要被一次次踏碎。有了一丝罅隙，冷空气便可乘虚而入，钻到雪层下方的冻土之中。土壤温度在寒风的侵袭下势必降低，永久冻土层的融化将会受到阻碍。如此一来，冻土层中储存的巨量温室气体便不会释放，气候变暖也不至于加速。

当然，即使这种情景无法成真，计划也未必完全没有意义。至少，在保护、挽救濒危物种方面，启示会变得丰富，而在基因组测序、基因编辑和克隆技术方面，也有望大大进步。

4000年前最后一批猛犸象，到底是死于气候变迁还是人类杀戮，已经无从得知。但是如果消失多年的猛犸象，能够在人类基因技术的进步下重获新生，也许对人类自己也是一份福泽。

参考资料

KaplanM.DNAhasa521–yearhalf–life［N］.

NatureNews

2012，10.

[1]GRISPR–Cas9指规律成簇间隔短回文重复，可看作一种基因编辑器。

[2]基因编辑是一种人类对目标基因进行“编辑”，实现特定DNA片段的敲除、加入等的技术。

[3]血红蛋白是红细胞中的蛋白质，负责从肺部取氧，再通过循环系统将氧气送往身体各个部位。

天网恢恢，还得

DNA开口

《三块广告牌》

女儿惨遭奸杀数月，凶手却一直逍遥法外。案件毫无起色，警长无奈表示

“犯罪现场的遗留DNA，无法匹配已有DNA记录的前科犯罪分子”。受害者母亲米尔德里显得绝望又无理取闹：“你可以把镇上所有男人、8岁以上的男孩都叫来验血。”

“要是凶手只是经过咱们的镇子呢？”

“那就让咱们国家的所有男人统统验血。”

这是电影《三块广告牌》中的一个片段。《三块广告牌》是马丁

·麦克唐纳自编自导的一部剧情片，在影片中，一位无奈的母亲租下三块广告牌写上标语，印上“强奸致死”（RAPEDWHILEDYING）“依然没有抓到凶手”（ANDSTILLNOARRESTS?）“怎么回事，威洛比警长”（HOWCOME,CHIEFWILLOUGHBY?），强烈谴责警察局对此案没有一点儿线索，在这桩命案上的无能。

作为美国小镇妇女的米尔德里和大部分观众多半不会知道，类似的事情在他国早已上演过。发生在

1988—2002年中国甘肃省白银市的连环杀人案就是一例。即使刑侦技术更先进，侦破起来也用了近30年的时间。

白银连环杀人案

2016年8月26日，白银连环杀人案的真凶终于落网了。

1988年起，到2002年止，高承勇在白银等地连环作案，残忍地夺去了11名女性的生命。被捕的这一天，距离他首次行凶已经过去了28年。

这位杀人魔是猖狂的。在命案现场，他留下了包括指纹在内的多种

DNA证据。理论上，掌握了DNA，就能迅速找到匹配的犯罪分子。依着这些线索，公安干警开展了多次刑侦工作。在白银市，他们曾挨家挨户找到成年男性，开展了大规模的采血，比对了无数的DNA信息，为锁定疑凶夜以继日地工作。

案情始终没有进展。警方懊恼、失望、一筹莫展。

直到，一项先进检测技术出现：

Y-STR基因检测技术。

Y-STR基因检测技术：寻根溯源

STR是短串联重复片段（shorttandemrepeat）缩写。Y-STR基因检测技术的原理是，由于Y染色体是仅存于男性体内的一条特殊染色体，只能在父子之间代代相传，因此，只要拥有共同的父系亲属，Y染色体的STR也会相差无几。两者之间，如果有4个STR位点匹配，同祖先的概率就有95%，如果有5~9个匹配，基本可以确定系出同门。

若在平日，这项技术主要用于认祖归宗。曹操世系、孔子世系的研究都仰赖

Y-STR技术。对一般人而言，Y-STR也可用于亲子鉴定，检查一下父子之间的Y染色体是否匹配，亲子关系也就一清二楚。如果样本量够大，Y-STR甚至可以用于推理父系遗传图谱来追寻人群迁徙的踪迹，是历史研究中不可多得的工具。

到了办案时，这项新技术更是威风凛凛。鉴定对象已经不仅仅限于嫌犯自身的

DNA，只要获取了族人的Y染色体，警方就能查出不法之徒的家族所在。草蛇灰线，伏延千里，无形中，搜索的范围扩展了，顺藤摸瓜，找出线索的概率更大了。

许是天意，许是必然。

2016年，一位高姓男子犯罪落网。

数据库一比对，警方发现：这位高先生的

Y染色体和白银案凶手的竟是同源。显然，凶手是其族人。潜逃多年、销声匿迹，仍然天网恢恢，疏而不漏——一个远房堂叔的染色体终于暴露了凶手的行踪。

随后，不必多说，无头悬案，就此告破。

DNA：“白金数据”

Y-STR基因检测技术确实神奇，为DNA信息的解读提供了更多可能。不过，这还只是DNA信息宝藏展示给我们的其中一面。

每个人的细胞，都是携带着巨大

DNA的数据宝库。要读懂、读透，往往得从两方面下手。

其一，可以看看

SNP。在人类基因组上存在大量的人群中不同的单核苷酸差异，有人管这叫单核苷酸多态性（singlenucleotidepolymorphism），简称便是SNP。

找到了

SNP，就找到了重要的遗传标记，要解读DNA主人的发色、肤色、眼睛颜色、身高、脸形等外貌特征，自然不在话下。搜寻遗传的致病基因，指导药物的设计，也就有据可循了。

其二，可以看看短串联重复

DNA序列（简称STR）。在人类染色体上，这种STR序列数量不计其数。在不同个体里，STR都有独特的数量组合。像指纹一样，人体的STR序列具有高度特异性。

正如白银一案，靠着

STR比对技术，确定DNA主人身份轻而易举。相比成本不菲的全基因组检测，STR比对技术耗时短，成本亦低，准确度也不差，在法医学鉴定里当然可以大显身手。

不过，目前的

DNA取证技术绝非万能。比如，一个重大的难题，便是同卵双胞胎的基因。理论上，同卵双生的两人有着完全相同的DNA，长相应不差毫厘，连亲人都难以分辨。然而，相同的DNA序列也可能由于表观调控的不同导致基因表达产生差异，从而使得表型出现不同。这也是同卵双胞胎也必然存在一些差别的原因。

要识别

DNA表观遗传差异，并非做不到。解决不了的，还是资金的问题，目前的技术手段只能在科研上使用，难以推广到日常检测中。法医层面无能为力，也就在情理之中了。

当然，有一点无可否认：基因技术的发展不会停止，在刑侦中也将有更大的作用。但是，技术过于极致的世界，永远值得警惕。

如果一切如开篇电影《三块广告牌》中的母亲米尔德里所愿，将全国男人的

DNA都抽取一遍，那便和日本小说家东野圭吾笔下的《白金数据》一样了。在这本书中，未来政府会建立基因数据库，收集全国人民的DNA数据，通过与犯罪分子留在现场的DNA进行比对，警方可以快速准确地确定真凶或者受害者的身份。而如果有骨髓移植等医疗需求，也可以快速比对，找出合适的供体，避免病人漫长而焦灼的等待。

一个由

DNA天网守护的社会，自然更太平、更稳定。然而，这样的一个数据库也带来一些隐患。谁，在何种情况下，可以调用数据库？我们能确保数据库不被别有用心者挪作他用吗？

技术的发展永远是一把双刃剑，跟生活息息相关的

DNA技术更是如此。我们希望在DNA技术飞速发展的同时，相关法律和保障监管措施也能同步完善，让DNA天网能安全地为人类的福祉服务。

参考资料

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2.刘宇轩，胡清清，马红杜等.表型信息SNP的法医学研究进展［J］.法医学杂志，2014，30（5）:371-374.

3.王悦.基因检测“进化史”：从千年到一天［N］.第一财经日报，2016–04-22.

“犯罪基因”真的存在吗？

“龙生龙，凤生凤，老鼠的儿子会打洞”。犯罪，似乎是可以遗传的。

美国俄勒冈州的韦弗家族，爷爷杀死了一对情侣，父亲更成了连环杀手，杀死了女儿的两个闺密。到了第三代，儿子又因枪杀好友入狱。一家三代，哪怕儿子不是亲生，都有着难以控制的暴力倾向。

韦弗家族并不是孤例，不少暴力犯罪者都生长于充满暴力的家庭，当他们长大后，又会重蹈老一代的覆辙，将暴力加诸他人身上。

暴力犯罪是社会的顽疾，往往会造成不可挽回的后果，执法机构始终为组织暴力犯罪而头疼。然而，惩戒罪恶往往只能在案发之后，对既成损失无能为力。

在警匪剧中，某些演员一出场，观众就能依靠长相猜出他的凶手属性。如果在真实世界中，也可以根据遗传特征，找出潜在的罪犯，在他们动手之前就提前拿下，罪恶带来的痛苦不就根绝了吗？

犯罪分子都是相似的？

我们知道，不少犯罪分子有些共同的行为特征，比如易怒、易冲动，这是为什么呢？难道他们都有相似的基因？

基于这个猜想，芬兰科学家对

900余名监狱囚犯的基因进行了研究。结果发现：5%~10%的暴力犯罪，都跟

MAOA

CDH-13

两种基因相关。这两种基因相当于两个控制情绪的小闸门，一旦失守，万般情绪就会像潮水般涌动，人将会变得暴躁易怒，从而做出不理智的举动。

我们先看看

MAOA

的来头。

2009年，美国的研究人员比对了2000个青少年的基因。结果显示，那些出现

MAOA

突变的孩子，参加黑社会团体的概率比正常人高出两倍，操起武器干架的概率也会更大。

MAOA

让人更加暴力主要是通过影响人的大脑。这个基因相当于一个卫生管理员，负责清扫大脑中废弃的多巴胺和血清素。一旦

MAOA

发生变异，脑中失灵的信号分子就没法分解，只能越积越多，人因而也会情绪郁结，格外烦躁，久而久之，就好似热天里的干草垛，一点就着。如果这时，人一旦有释放冲动本能的机会，就会异常兴奋，做出许多暴力举动。

那么，

CDH-13

又会产生什么影响呢？在正常的时候，它是个挺好的基因，不仅能抑制肿瘤的生长，还能在人脑细胞之间搭桥，构建沟通机制。然而，它一旦出错，就要出大事了：大脑传递信息变得混乱，人体也会像交通灯失灵的十字路口一样，变得不受控制。一些研究表明，小朋友之所以有多动症，成年人之所以会行使暴力，

CDH-13

都难辞其咎。

既然出现这两种基因异常的人容易犯罪，给大家都做个基因检测，发现有变异的就统统缉拿归案，不就一了百了了吗？

相关不等于因果关系

在下结论之前，我们要区别相关性和因果性。

举一个例子。美国曾经有研究人员统计过全国几千起交通事故的原因。结果发现，这些肇事者的唯一共同特征就是有驾照。难道有驾照是造成车祸的罪魁祸首吗？显然事实并非如此，这仅仅是一个相关关系。只是因为这些人都有驾照，才能开车上路，才会出事故，才会被警察逮到。

所以，不能混淆了相关关系和因果关系。同理，这两种基因和真正的犯罪行为之间只是有相关关系，还远远谈不上因果关系。

虽然实验结果表明，参与实验的

900名芬兰罪犯里，有10次以上暴力行为者大多携带这两种变异基因，但是，有两点不能忽视。其一，不是有了这两个基因变异的人，都会情不自禁做出点儿伤天害理的事情。事实上，迄今为止只有小部分单基因遗传病能够确定其致病基因。其他绝大部分病征或者表现，都是多个基因集体合作的结果，其发病机制复杂，不能仅仅用某些单一基因的变异去解释。其二，不是所有的罪犯都携带这两个基因变异。罪犯中也有相当比例的人和正常人的基因型一样并不携带上述两个基因变异。

所以，认为有了某一个基因，就必然有或没有某种行为的想法，并没有什么科学依据。

“犯罪基因”是基因歧视

美国加州大学欧文分校的詹姆斯

·法隆教授，是一位很有声望和地位的学者，专门从事大脑神经研究。但是，法隆的研究却把自己吓了一跳。

一天，他正在研究家族成员的脑部扫描图，突然发现其中一张脑部结构图和一些知名凶杀犯的相差无几！再仔细一看，这张图的主人正是他自己。难道教授也是个潜藏的杀人犯？查阅族谱之后，法隆更惊讶了：原来自己的家族史上还真出过不少变态杀手。也就是说，他的身上也携带着所谓的

“犯罪基因”。好在，因为家庭充满关怀和爱，后天的教育又能修身养性，法隆没有重蹈前人的覆辙。

效果图：犯罪基因是基因歧视（绘图：柳叶刀）

此外，在

2006年，一份研究发现，有56%的新西兰毛利人携带

MAOA-L

型基因，远高出欧洲白种人的

34%。有人提出，这可能和毛利人曾有吃人的习性有关。这种说法耸人听闻，会加重外人对这一族群的误解。毛利人当然不能接受了，于是群情激愤，纷纷站出来抗议。

其实，

MAOA

基因除了强化攻击性，也有一些正面的作用，比如令人变得敢于冒险。之所以毛利人携带

MAOA

基因的比例比较高，很可能是因为他们的祖先足够勇敢，是能乘坐独木舟跨海而来开疆拓土的勇士，经过自然筛选，这种特征就流传了下来。如此，他们拥有

MAOA

基因的比例自然就高些。

如果只通过某人携带

“犯罪基因”就认定一个人会犯罪，实在是简单粗暴、有失公允。而且，这种“基因歧视”不仅会冤枉无辜者，更有可能对人的心理建设起到负面作用。如果某个孩子从小就被发现携带这些基因，一出生就被贴上“潜在罪犯”的标签，受到多方歧视，遭到重重监管，那么，他的心理和心态会发生怎样的变化，以后会做出什么样的事，可想而知。

我们要记住，基因反映的其实仅仅是人性的一部分，或者只是一种可能性。毕竟，我们面对的是一个高维和复杂的世界，需要思考的不仅有基因的因素，还有后天环境的影响。很大程度上，基因不过是给人一副牌，能把它打成什么样，还要看我们自己。

参考资料

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菌群：最亲密的朋友

如果只计算身体内全部人体细胞的重量，你可能会比现在

“瘦”上几斤。差额从何而来？来自你体内住着的大量房客——细菌。

事实上，一个人体内细菌的数量大概是人体细胞的数倍。这些肉眼看不见的细菌，光重量就可能有三斤多。可见，我们每一个人生来就不孤独，因为人体本身就是一个和菌群（

intestinalflora）休戚与共的巨大生态系统。

菌群从哪里来

在母亲给予孩子的无数馈赠中，肠道微生物当属最不为人知却又至关重要的一部分。在母亲的子宫里，胎儿所处的环境几乎无菌，因而胎儿的肠道内也几乎是无菌的。直到出生的时刻，通过自然分娩时的阴道接触和身体接触，靠着出生后的呼吸和哺乳等途径，细菌才逐渐进入新生儿体内，开始在肠道内悄无声息地安营扎寨，形成了最初的肠道菌群。只需要不到两小时，这些细菌就可以繁衍数代

——人类要达到同样的繁衍盛况，得花上几十年甚至上百年。

荷兰微生物博物馆馆标，形象地表示了人类和菌群的亲密关系（拍摄：尹烨）

如同传国玉玺背后藏有无尽的奥秘，菌群的代代相传也引发了大家的好奇。在一个研究中，研究者连续检测了新生儿的粪便，发现在出生一年左右时，孩子的菌群就和母亲的菌群很相似了。另一拨研究者则发现，在母乳中有很多低聚糖（

oligosaccharide），奇怪的是，人体本来无法吸收这种物质。那为什么会存在呢？原来，这些寡糖的作用是诱导肠道的菌群——并非喂孩子，而是喂细菌！通过一年的喂养和身体接触，母亲把自己的菌群连同这些菌群的养料，都慢慢传递给了自己的孩子。

随着身体的成长、生活环境的稳定、饮食习惯的养成，每个人肠道菌群的种类结构逐渐趋于稳定。

是谁在想念妈妈的味道

很多人习惯

“妈妈的味道”，特别是对妈妈做的饭菜念念不忘，在生活中，飞车返家解馋的事情并不少见。其实，这很可能不是你的主观欲望，而是你体内的肠道菌群们思念原来的“培养基”（medium）了。

从小到大，人吃进去的所有食物，都会成为胃肠道细菌的培养基。对于从小吃海鲜长大的人来说，他的肠道菌群会逐渐习惯于那些高嘌呤、高蛋白的物质。假如有一天，他到了一个以吃面食为主的地方，肚子里的细菌就不干了

——因为细菌习惯了大鱼大虾里面的蛋白嘌呤，对淀粉缺乏食欲。

由于无法得到相应的营养，有时候这些肠道菌群会释放内毒素，进而造成肠壁局部的炎症，使人

“水土不服”，其表现为肚子疼。有时候，菌群分泌的物质会通过循环系统作用到垂体（pituitarygland）、下丘脑（hypothalamus），人就可能因思念海鲜而抓狂。

看来，所谓想念

“妈妈的味道”，究竟是人在思乡惆怅，还是人肚子里的细菌在怄气或怀旧，还真说不准呢！

是谁在掌控我们的大脑

2000年，在一个受灾的加拿大小镇上，所有饮用水源都被大肠杆菌和空肠弯曲杆菌污染了，2300多人肠胃不适，患上了一种肠易激综合征（irritablebowelsyndrome，IBS）[1]，且存在精神障碍、抑郁和焦虑等问题。

科学家们提出了一个假设：引发这些精神疾病的可能原因是紊乱的肠道菌群系统。

有一些较为低等的生物，如腔肠动物（

coelenterate），整个身体基本上就是一个消化腔（digestivechamber），腔内壁菌群和这些生物的神经系统几乎在一起相互作用。随着演化的进行，它们的神经系统越来越发达，也与消化系统日渐隔离，但神经系统和肠道菌群之间的联系似乎从未中断。

示意图：科学家认为肠道菌群是人体的

“第二大脑”（绘图：李靖）

那么，肠道菌群是如何通过

“肠——脑轴”“挟”大脑以令全身的呢？

肠道菌群是后方大总管，敦促免疫系统产生某些细胞因子

[2]。当细胞因子进入循环系统，通过血脑屏障（bloodbrainbarrier，BBB）潜入大脑，大脑的功能和活动就被调控了。

肠道菌群还负责管理肠道内细胞的内分泌活动，而后者可以产生血清素。加州大学洛杉矶分校的研究者发现，为了促进神经元连接处产生血清素，肠道中的部分微生物下足了功夫。进入循环系统的血清素，能在下丘脑相关区域起作用，几乎能像交警指挥交通那样，影响大脑的信号传导。血清素越多，越能令人心情舒畅，还能避免神经元遭受神经毒素的损害。

此外，肠道菌群能够将碳水化合物分解成短链脂肪酸（

shortchainfattyacids，SCFA），加强细胞之间的连接，让血脑屏障变得更加结实，使大脑更好地发育，免受其他细菌及微生物的“欺负”。

肠道菌群费尽心机，不过是为了帮助大脑及早意识到身体状况。如果肠道菌群失控，不仅可能发生肠易激综合征，而且连中枢神经系统也可能出现问题。因此，为了大脑能正常运转，人类必须补充一些膳食纤维，促使肠道微生物能维持正常、健康的状态。

肠道菌群的科学道理

既然肠道菌群能影响人的健康，那是不是可以通过摄入特定食品，让肠道菌群朝着更有益的方向发展呢？

答案是肯定的。肠道菌群对身体有方方面面的影响，调节体重、影响胃口仅仅是肠道菌群的基本功能。不过，它们的能力可不止于此。

在享受人体提供的生存场所和营养物质时，肠道菌群还能促进人体消化吸收，产生有益物质，保护人体健康。比如，肠道菌群能通过发酵，产生短链脂肪酸和维生素

K，供人体吸收。一些钙、镁、铁等金属离子，也可通过肠道菌群被重新吸收。而科学家将这些对人体有益的微生物，统称为“益生菌”。大名鼎鼎的双歧杆菌和乳酸菌，就是益生菌“双杰”。

对于人体来说，维持肠道菌群的正常平衡，是保证身体健康的重要一环。如果在肠胃中占据主导地位的肠道菌群健康而稳定，就能抑制致病菌的侵扰。一旦菌群结构发生异常，就可能带来诸如代谢疾病、自身免疫性疾病等问题，连肥胖、糖尿病等多种代谢异常疾病也可能找上门来。

在科学家看来，代谢发生异常，离不开失衡的肠道菌群。当菌群产生脂多糖等内毒素时，免疫细胞便会识别出这些内毒素并产生多种炎症因子，让人体进入低度炎症状态，引发各种代谢异常的状况。

而且，这种低度炎症还能造成胰岛素抵抗，甚至发展为糖尿病。如果长期吃高脂高糖的食品，肠道菌群中的致病菌会增加，益生菌则会减少，很容易使从食物中摄取的能量转化为脂肪，从而为人类带来体重增加等肥胖问题。

越来越多的研究表明，肠道菌群与许许多多的健康问题息息相关，而调节肠道菌群，或许就能改善人体健康状况。所以，现代医学提倡切勿滥用抗生素，特别是广谱抗生素

[3]，原因便在于这些抗生素会无差别杀伤致病菌和益生菌，破坏菌群平衡，对肠道菌群造成严重后果。

肠道菌群与生俱来，又与我们相伴一生，值得拥有更多呵护。

“粪便银行”来了

应对肠道菌群失衡，有什么妙招？人工补充益生菌，不失为一个好办法。通常情况下，肠道菌群会在一段时间内恢复平衡。但肠道菌群若失衡严重，恐怕连益生菌疗法也无法奏效。特别是在出现由超级耐药细菌（

drug-resistantsuperbug）感染引发的疾病时，可能需要请来别人的肠道菌群帮忙。

不过，用来

“筑巢引凤”的介质，可能让很多人难以接受——粪便。

“粪菌移植”的方法，医生们可以对付一种由艰难梭菌引起的较难治疗的新生儿腹泻。他们将新生儿母亲的健康肠道菌群，经过肛门移植到孩子的肠道中，借以恢复孩子的肠道机能。这种临床疗法效果不错，国内外很多地方都在尝试。

而且，粪便的潜能不止于此。肠道菌群和消化息息相关，一个人是胖是瘦也和菌群脱不开干系。对于急于甩掉赘肉的胖人来说，或许还可以引入瘦人的肠道菌群。

华盛顿大学医学院的凡妮莎

·兰多拉和她的同事就有一种新的发现。她们找到了一些胖瘦不一的人类双胞胎，采集了他们的肠道细菌样本，并将其移植到实验鼠的肠道内（这些实验鼠的肠道已被提前清洗成无菌状态），然后按照相同的食物标准喂食实验鼠。结果发现，跟移植了较瘦者细菌的实验鼠相比，移植了较胖者细菌的实验鼠增加了更多脂肪。

那么，也许可以通过粪菌移植实现瘦身梦想？

即便通过粪菌移植治疗新生儿艰难梭菌感染已有成功案例，这一办法仍然要在控制极其严格的临床条件下进行。因为事情没这么简单，科学家尚不能清楚地了解所有的肠道菌群。一旦用于移植的粪便携带了无法辨别的病菌，就可能危及受试者的生命。因此，

FDA将用于粪菌移植的粪便作为药物来管理，认为粪菌移植并不适用于减肥。

不过，靶向性、定向性地移植健康的肠道菌群，依然值得一试。而健康的粪便菌群，也顺理成章地成了一种有价值的资源。在有些地方，设有专门储存健康粪便的样本库，以备不时之需。

这就是

“粪便银行”的雏形，它的出现，得益于菌群移植疗法的突破。

在美国麻省理工学院，博士后马克

·史密斯创办了OpenBiome，鼓励大便健康的人群“捐便便”，捐赠一次便可得到40美元奖励。

在荷兰，当地的粪便银行采取了无偿捐献的模式，而且捐献者可以选择匿名。

在我国，南京医科大学第二附属医院、第四军医大学西京消化病医院等机构，也共同发起建立了中华粪菌库紧急救援计划，由这一公益救急平台收集的粪便，可用于肠道感染的治疗，为挽救生命提供支持。

需要说明的是，捐粪便的门槛很高，并不是谁想捐就能捐。首先，捐献者要很健康，粪便银行会对捐献者的粪便进行仔细检查，确保粪便不会有致病菌的存在。另外，粪便银行会对捐献者的血液进行化验，排除传染病患者或携带者。曾有许多人积极加入

“捐便便”的队伍，但实际录取率异常惨淡，比如OpenBiome的通过率只有4%。

如果移植对象比较排斥粪便移植的做法，还可以考虑口服

“粪便药丸”。从一个小规模实验的结果看，这些药丸的效果还不错，能有效缓解艰难梭菌感染症状，而且没有人在服药后吐出药丸。

相信随着科技的发展，随着人们对肠道菌群、粪菌移植了解的增加，健康的粪便一定可以有更多的用途。

效果图：粪便胶囊

三脉相承的社会人

在《消失的微生物》一书中，作者马丁

·布莱泽创造性地提出了“菌脉”一说，对与人类朝夕相处的菌群做出了生动确切的定义。

中国人常说

“血脉相连”。精卵结合之后，我们从父母那里得到了受精卵中的遗传物质，还通过脐带得到母亲血液中的营养。出生后，身体的血液又紧紧守护着我们，帮我们抵御外来侵入者。这是血脉的传续。

实际上，两代人的命运牵绊，不仅仅有父母精血及家族基因的遗传，还有菌群的传递。通过分娩和哺乳，母亲将有益菌群传递给我们。这群不可分离的朋友与我们终生相伴，帮助我们消化吸收，给予我们在维生素合成等方面所必需的营养素，调节我们的免疫系统，为我们抵抗病菌的入侵，与我们并肩战胜疾病。这是菌脉的传递。

另外，在成长过程中，我们不断接受家庭和社会的教育，学习各种文化知识，逐步塑造了自己的认知系统和理论结构。这是文脉的传承。

在影响人类进步的过程中，菌群与基因、文化一样，有着举足轻重的作用。只有

“血脉”“菌脉”“文脉”三脉相承，一个具有社会属性的人，才算是真正构建出来了。

人体肠道元基因组研究小贴士

在肠道菌群研究中，中国科学家处于全球第一梯队，在某些细分领域处于领先地位。为了深入了解这些与我们朝夕相伴、休戚与共的

“朋友”，人类开启了被称为人类第二基因组计划的人类微生物组计划（HumanMicrobiomeProject，HMP）。华大基因也参与了欧盟微生物研究项目中的人体肠道元基因组研究计划（MetagenomicsoftheHumanIntestinalTract，MetaHIT），承担了样品测序及后续生物信息分析工作。该研究成果于2010年作为封面故事发表在《自然》杂志上。

研究发现，人体肠道元基因组有

330万个非冗余的基因，大约是人自身基因的150倍。科学家因此估计我们肠道中存在1000~1150种细菌。2014年，华大基因在《自然·生物技术》杂志上发表文章，进一步将宏基因组参考基因补充到接近1000万个。

同时，在肠道菌群与疾病相关性研究方面，科学家们也取得了不少的研究成果。

2012年，深圳市第二人民医院、华大基因主导完成了肠道微生物与II型糖尿病的宏基因组关联分析，相关成果发表在《自然》杂志。

2015年，北京协和医院与华大基因科研团队主导了关于类风湿性关节炎患者口腔和肠道微生物宏基因组分析，研究成果发表于《自然·医学》杂志。同年，多家单位与华大基因联合在《自然·通讯》杂志发表了肠道微生物与结直肠癌的关联分析结果。

2017年，上海交通大学医学院附属瑞金医院及华大基因团队以中国汉族青少年为研究对象，首次揭示中国肥胖人群的肠道菌群组成，发现一个能抑制肥胖的肠道微生物——多形拟杆菌，并阐述了其对代谢物氨基酸水平的影响，相关成果发表在《自然·医学》杂志上。

参考资料

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[1]肠易激综合征是一组持续或间歇发作的肠道功能紊乱性疾病，临床表现为腹痛、腹胀，排便习惯、大便性状改变，但是缺乏胃肠道结构及生化异常。

[2]一类小分子蛋白质，具有广泛生物学活性，由免疫细胞和某些非免疫细胞在刺激下合成、分泌。

[3]广谱抗生素指的是抗菌谱比较宽的药物，简单说就是能抵抗大部分细菌的药物。——编者注

回家吧！大豆

2018年4月4日，美国总统特朗普对中国列出了价值500亿美元加征关税产品清单。随后，中国商务部迅速回击，将美方出口的主要产品之一——大豆列入加征关税产品清单。

看似稀松平常的大豆，竟成为两个大国角力的核心之一。

从最大出口国变为最大进口国

大豆原产国是中国。遗憾的是，今天的中国却成了世界上最大的大豆进口国。

作为原产国，中国有数千年的大豆种植历史。统计资料显示，包括陕西、山西、河南北部、内蒙古东南部、山东中部地区的

11处考古遗址均发现了栽培大豆的遗迹，最早可追溯到商周时期。据专家推测，距今4000~5000年左右，野生大豆已由先民驯化、栽培，成为在古代居民饮食生活中发挥重要作用的农作物。

部分学者认为，古代文献记载中的

“菽”即是野生或半野生大豆的籽实。在《诗经》中，就曾经多次出现关于“菽”的记载。《诗经·小雅·小宛》有“中原有菽，庶民采之”，《诗经·小雅·采菽》有“采菽采菽，筐之筥之”，《诗经·大雅·生民》则有“蓺之荏菽，荏菽旆旆，禾役穟穟，麻麦幪幪，瓜瓞唪唪”，《尚书考灵曜》更直言“菽，大豆也”。以上种种记载，都充分证明大豆在古代农业社会影响深远。

从气候和土壤条件上看，中国也是种植大豆的合适区域。北纬温带地区的气候，分布在辽宁、河北、山西的有机质及含氮量较高的褐土，都是大豆最适宜的生长环境。不言而喻，在大豆种植方面，中国具有天然历史及地理优势，直至

2005年以前仍然占据着大豆最大生产与出口国的地位。

大豆又称黄豆，自古就是重要的农作物

谁能想到，仅仅十多年后，中国就成了最大的大豆进口国，每年进口量直线上升。

2012年，中国大豆的进口量达到5300万吨，约为该年国内产量（1300万吨）的4倍，意味着消费总量的80%为进口大豆。2017年，中国大豆进口量9700万吨，为全球大豆进口量（15100万吨）的64%。其中，超过30%的进口大豆来自美国。

的确，在大豆生产领域，美国是一股重要力量。

2017年，美国出口大豆5620万吨，占全球大豆出口量（1.5亿吨）的37%，仅次于巴西47%的比重，位居第二。其中，出口量的60%都进入了中国市场。可见，大豆对中美贸易的重要程度不容小觑，双方扮演着全球最大的客户及供应商的角色。

转基因技术引发的变局

从最大出口国变成最大进口国，中国大豆产业到底经历了什么？这一点令不少人感到困惑。归根结底还是那句话：

“落后就要挨打，只是形式不同。”对核心种质资源保护意识不足，育种技术不如人，可以说，大豆变局是中国农业迄今为止在转基因技术方面遭到的最大一场冲击。

在新世纪之交的一次学术交流中，一些中国的核心大豆品种被运到了美国，作为研究之用。然而，在孟山都（

Monsanto）公司改造之下，这些大豆被制成了拥有企业专利的RR转基因大豆。相比普通大豆，转基因大豆有着巨大的优势：对美国广泛使用的除杂草剂“草甘膦”具有抗拒能力。因此，在种植这一品种大豆的过程中可以直接用药物除草，省却了大量除草所需的劳动力成本，成品价格也相应更加低廉。

强大的竞争优势形成了。转基因大豆先是占据美国

90%的大豆产量，随后又帮助美国基本实现对世界大豆产业的控制。自此，中国大豆工厂开始大量从美国进口大豆。

与此同时，中国大豆消费总量也在增长，主要增长部分为新式豆制品，即食用豆油和养殖业所用饲料中的豆粕。其中，豆油消费的增长对转基因大豆攻城略地尤其有利：其一，转基因大豆相对便宜，能降低豆油及肉制品的生产成本；其二，转基因大豆含油量较高，可更好地满足豆油生产及使用需求。

控制了国际大豆产业后，美国一度在大豆期货市场长时间释放信号，推动大豆价格水涨船高。出于对不断升高的价格的担忧，中国厂商开始囤积居奇，最终在美方的操纵下损失惨重。当年，在运送船只尚未离开美国港口时，不计其数的中国大豆压榨工厂已经宣告破产。跨国农业公司得以进一步控制下游的大豆压榨业，这令人不胜唏嘘。

1530万吨的国内年产量，断难满足每年超过1亿吨的需求。因此，中国近年进口的大豆量每年均超过9000万吨，占国内农产品进口额的30%以上。2017年，占中国进口量最高的巴西大豆为5093万吨，占该国总出口量的70%。哪怕将第三、第四大来源国阿根廷、乌拉圭每年可供出口的大豆总量尽数引入，也分别只有不到1000万吨、300万吨，更何况，这两个国家的对华出口量已经占其出口总量的80%以上。若舍弃作为第二大进口来源的美国大豆，出现的数量缺口要靠其他国家完全弥补，短期内几乎无可能。

大豆原产国的反击

幸而，作为大豆原产国，中国大豆仍然有独特的优势。

当前，中国大豆产业很大程度上为人所制。尽管如此，与其他大豆生产国的情况不同，中国产大豆虽然数量较低，但主要是天然大豆，具有较高的蛋白质含量，还不至于陷入被美国孟山都公司的

RR转基因大豆完全取代的局面。为了保护本国农业，中国政府也有意识地行动起来，禁止国内生产转基因大豆，从而为中国的天然大豆经济提供战略性保护。

而遍布中国各地的野生大豆，就是未来中国大豆产业摆脱孟山都控制的最大希望。

与全世界其他地区的种植大豆相比，这些野生大豆品种蕴藏着丰富得多的基因多样性。当年美国密西西比州暴发的大豆胞囊线虫病险些让当地大豆颗粒无收，最终还是靠从中国引进抗病的北京小黑豆，才解决了这一危机。利用优质的野生大豆资源，完全有可能通过杂交手段，产出一种在产量、抗病虫害能力、出油量上都能与国外种子公司相抗衡的品种。

从大豆最大出口国沦为最大进口国，这个教训非常深刻。在现代基因技术在农业的运用方面，中国比起发达国家已经迟了太多年，因此需要在分子聚合育种技术、转基因技术、基因编辑技术、合成生物学技术等现代育种技术领域奋起直追，才能将属于本国的作物种子及本国的农业命运掌握在自己手里。

必须承认的是，扎实、完善的科学研究始终是保障农产品及农业经济安全的最根本方式。基于这一理念，华大基因与南京农业大学大豆研究所

/国家大豆改良中心的盖钧镒院士研究组签署了合作协议，共同发起了“大豆回家”计划。目前，双方紧锣密鼓地进行着培养中国新型大豆品种的计划。

如能实现育成产量高、质量优的新大豆品种的目标，一条围绕新品种延伸出的全产业链将有望培育出来。诚如是，国人有望迎来一个自主、高效的新农业时代。这是一个值得期待的未来。

附录一

生命周期表

附录二

生命科学名词释义

Gb（gigabase）：DNA的长度单位，十亿个碱基对。

Kb（kilobase）：DNA的长度单位，一千个碱基对。

Mb（megabase）：DNA的长度单位，一百万个碱基对。

表观遗传（

epigenetics）：在基因的DNA序列没有发生改变的情况下，基因的修饰（比如甲基化、乙酰化）发生了可遗传的变化，最终导致表型变化的现象。

表型（

phenotype）：个体形态、功能等各方面的特征。

病原体（

pathogen）：可造成人或动植物感染疾病的微生物（包括细菌、病毒、立克次氏体、真菌）、寄生虫或其他媒介。

不饱和脂肪酸（

unsaturatedfattyacid）：含有一个或者多个双键的脂肪酸。

C值（Cvalue）：每一种生物单倍体基因组的DNA总量。

C值悖论（Cvalueparadox）：物种基因组大小和物种复杂性之间没有严格对应关系的现象。

——脑轴（gut-brainaxis）：肠和脑之间的生物化学信息交流系统，由免疫、迷走神经和神经内分泌途径构成，能影响大脑发育、神经疾病等生理活动。

DNA测序技术（DNAsequencing）：测定DNA上碱基序列的技术，是研究和改造基因的基础。

CRISPR-Cas9技术（CRISPR-Cas9）：一种基因编辑技术，可以高效、准确地对DNA进行剪切和改造。

单核苷酸多态性（

singlenucleotidepolymorphism，SNP）：在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性，是人类可遗传的变异中最常见的一种。

单糖（

monosaccharide）：不能再水解的糖类，是构成各种二糖和多糖分子的基本单位。

丹尼索瓦人（

Denisovans；拉丁文：

Homosapiens

ssp.Denisova）：生活在上一个冰河时代的人类种群，主要分布在中国，于2万~3万年前灭绝。

短串联重复序列（

shorttandemrepeats，STR）：又称微卫星DNA，是一种可遗传的、具有高度多态性的短长度DNA重复序列。

多肽（

polypeptide）：三个或三个以上α-氨基酸以肽键连接在一起形成的化合物，也是蛋白质水解的中间产物。

干细胞（

stemcell）：一类未充分分化、功能尚不成熟、具有自我复制能力的多潜能细胞，在一定条件下可以分化成多种功能细胞，具有再生为人体各种组织和器官的潜在功能。

高原反应（

altitudestress）：人体急速进入海拔3000米以上高原、暴露于低压低氧环境后产生的各种不适，常见的症状有头痛、恶心、食欲减退、疲倦、呼吸困难等。

古生代（

PaleozoicEra）：一个地质时期，年代为距今5.42亿年前到2.51亿年前，包括寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪、二叠纪。

海马体（

hippocampus）：大脑中位于丘脑和内侧颞叶之间的一个结构，形状与海马相似，主要负责长时记忆的存储转换和定向等功能。

寒武纪大爆发（

CambrianExplosion）：在距今约5.3亿年前的寒武纪，地球在2000多万年的时间内迅速起源，出现了各种节肢、多孔、脊索动物等，形成了多种门类动物同时存在的繁荣景象。

合成生物学（

syntheticbiology）：一门综合学科，以传统生物学知识为基础，设计新的生物系统或对原有生物系统进行深度改造。

呼吸链（

respiratorychain）：原核生物细胞膜上或者真核生物线粒体内膜上一系列的递氢反应和递电子反应组成的连续反应体系，将营养代谢物脱下的成对氢原子与氧结合生成水，同时有ATP生成，能为细胞生命活动提供能量。

互利共生（

mutualism）：两种生物生活在一起，彼此有利，两者分开以后双方的生活都要受到很大影响，甚至因为不能独立生活而死亡的现象。

基因型（

genotype）：又称遗传型，是某一生物个体全部基因组合的总称。遗传学中具体使用的基因型往往是指某一性状的基因型。

基因组（

genome）：单倍体细胞中的全套染色体。

鸡尾酒疗法（

cocktailtherapy）：通过三种或三种以上的抗病毒药物联合使用来治疗艾滋病，可以减少单一用药产生的抗药性，最大限度地抑制病毒的复制，是控制艾滋病最有效的方法之一。

碱基（

base）：核酸、核苷、核苷酸的成分，由嘌呤和嘧啶衍生而来，共有5种：胞嘧啶（缩写作C）、鸟嘌呤（G）、腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T，DNA专有）和尿嘧啶（U，RNA专有）。

渐冻症（

amyotrophiclateralsclerosis，ALS）：学名肌萎缩侧索硬化，是指上运动神经元和下运动神经元损伤之后，导致包括球部（延髓支配的这部分肌肉）、四肢、躯干、胸部、腹部的肌肉逐渐无力和萎缩。

菌丝（

hypha）：真菌体内的一种管状单条的丝状结构。

抗逆性（

stressresistance）：生物抵抗不利环境的某些性状，如抗寒、抗旱、抗盐、抗病虫害等。

抗生素（

antibiotic）：生物体分泌的能选择性地抑制某些微生物生长的物质。抗生素对病原微生物具有抑制或杀灭作用，是防治感染性疾病的重要药物。

抗体（

antibody，Ab）：由浆细胞（效应B细胞）分泌，用于鉴别与中和外来物质（如细菌、病毒等）的蛋白质，存在于脊椎动物的体液中及其B细胞的细胞膜表面。

抗原（

antigen，Ag）：能诱导机体发生免疫应答的物质。

狂犬病（

Rabies）：一种人兽共患的急性传染病，由狂犬病毒引起，患者发病时会出现恐水、怕风等症状，最终死于呼吸或循环衰竭。

一旦病发，致死率为

100%。

克隆（

clone）：生物体通过体细胞进行的无性繁殖，基因型与该生物体完全相同。

镰刀型红细胞贫血症（

SickleCellAnemia）：一种常染色体隐性基因遗传病，患病者的血液红细胞呈镰刀状，其携带氧的功能只有正常红细胞的一半。

零号患者（

PatientZero）：又称零号病人，指第一个得传染病，并开始散播病毒的患者。在流行病调查中，也称初始病例或标识病例。

卵胎生（

ovoviviparity）：又称伪胎生，是指动物的卵在母体内孵化成幼体后才产出母体的生殖方式，介于卵生和胎生之间。部分鱼类和爬行类为卵胎生。

裸子植物（

gymnosperm）：种子裸露，其外层没有果皮包被的种子植物，比如松树。

免疫球蛋白（

immunoglobulin，IgB）：淋巴细胞在抗原刺激下转化为浆细胞，产生能与相应抗原发生特异性结合的球蛋白，称为免疫球蛋白。所有的抗体都是免疫球蛋白，但免疫球蛋白并不都具有抗体活性。免疫球蛋白分为五类，即免疫球蛋白G（IgG）、免疫球蛋白A（IgA）、免疫球蛋白M（IgM）、免疫球蛋白D（IgD）和免疫球蛋白E（IgE）。

免疫应答（

immuneresponse）：机体免疫系统被抗原刺激产生的排出抗原的生理过程，包括抗原递呈、淋巴细胞活化、免疫分子形成及免疫效应发生等一系列生理反应。

耐药性（

drugresistance）：又称抗药性，是指微生物、寄生虫及肿瘤细胞对于药物作用的耐受性。耐药性一旦产生，药物的治疗作用就明显下降。

内毒素（

endotoxin）：革兰阴性菌中毒性物质的总称，存在于细胞壁中，由菌体裂解后释出。

脑干（

brainstem）：中枢神经系统的一部分，位于脊髓和大脑之间，与心跳、呼吸、消化等重要生理功能有关。

脑容量（

cranialcapacity）：也称颅容量，指颅骨内腔容量大小，以毫升为单位。

尼安德特人（英文：

neanderthals；拉丁文：

Homoneander-thalensis

）：生活在整个欧洲、亚洲西部以及非洲北部的古人类，比早期现代人稍矮但身体和四肢粗壮，平均脑量稍大，于

3万年前灭绝。

逆转座子（

retrotransposons）：让转录的RNA经过逆转录成为cDNA并插入到基因组新位点上的特定DNA序列，包括编码逆转录酶和整合酶的基因等。

牛痘病毒（

vacciniavirus）：一种能引起牛产生轻微水痘的病毒，可传染给人类，并让感染者获得对天花病毒的免疫力。可用于制备天花疫苗。

胚胎干细胞（

embryonicstemcell）：早期胚胎（原肠胚期之前）或原始性腺（由原始生殖细胞迁移分化形成的结构）中分离出来的一类细胞，在体外培养时可以无限增殖，而且能分化为各种类型的细胞。

皮层（

cortex）：大脑表层厚度约为1~4毫米的结构，是调节躯体运动的最高级中枢。人类大脑皮层通常有6个细胞层。

皮托悖论（

Peto’sParadox）：虽然理论上动物的细胞分裂次数越多，越容易发生基因突变患上癌症，但从总体看，癌症的发生率跟生物体型大小或者寿命并没有太大关系。

全能性（

totipotency）：个体已经分化的细胞在适宜的条件下再生成完整个体的遗传潜力。

染色体（

chromosome）：细胞核内DNA和结合在上面的蛋白质压缩形成的聚合体，易被碱性染料染成深色，是遗传信息的主要载体。

热休克蛋白（

heatshockprotein，HSP）：细胞在外界刺激（特别是高温环境）诱导下所生成的一类蛋白质，能保护细胞并促进细胞对各种刺激所造成的损伤进行修复。

人类乳头瘤病毒（

HumanPapillomavirus，HPV）：一种小型环状DNA病毒，通过性接触传播，可引发宫颈癌。

神经节（

ganglion）：功能相同的神经元细胞体在中枢以外的周围部位集合而成的结节状构造。

渗透压（

osmoticpressure）：对于两侧水溶液浓度不同的半透膜，为了阻止水从低浓度一侧渗透到高浓度一侧而在高浓度一侧施加的最小额外压强。

生长素（

auxin）：植物内源激素，即吲哚乙酸，可促进植物生长。

树突（

dentrite）：神经细胞伸延部分形成的形状如树的分枝，可以接受从其他神经元传入的信息。

双糖（

disaccharide）：又名二糖，由两个单糖分子通过糖苷键形成。

体外受精（

externalfertilization）：动物的精子和卵子在体外环境中完成的受精过程。

唐氏综合征（

Downsyndrome）：因为多了一条常染色体导致的出生缺陷疾病，具体表现为面容异常、智能障碍、发育迟缓、身材矮小以及其他先天性疾病等。

体外人工授精技术（

invitrofertilization，IVF）：从女性卵巢内取出卵子，让其在体外与男性精子结合形成胚胎，然后将胚胎转移到女性子宫内发育为婴儿的技术。

同源性（

homology）：两种核酸分子的核苷酸序列之间或两种蛋白质分子的氨基酸序列之间的相似程度。

突变（

mutation）：DNA序列发生的可遗传的永久性变化。

突触（

synapse）：两个神经元之间或神经元与效应器细胞之间相互接触、传递信息的部位。

褪黑素（

melatonin）：存在于生物体内的一种胺类激素。人类的褪黑素由松果体产生，有调节生物钟节奏和改善睡眠的作用。

外分泌（

exocrine）：人或高等动物体内某些腺体分泌的物质通过导管排出体外或引至体内其他部分的现象。

无性生殖（

asexualreproduction）：不经过两性生殖细胞的结合，由母体直接产生新个体的生殖方式。

无创产前基因检测技术（

noninvasiveprenataltest，NIPT）：通过对孕妇外周血中的胎儿游离DNA进行检测、分析，从而判断胎儿染色体是否异常的技术。

下丘脑（

hypothalamus）：丘脑下方的结构，是调节内脏活动和内分泌活动的较高级神经中枢所在。

细胞凋亡（

apoptosis）：为了维持机体内环境稳定，由基因控制的自主、有序的细胞死亡，涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用。

小脑（

cerebellum）：中枢神经系统的一部分，位于大脑的后下方，是运动的重要调节中枢。

信息素（

pheromone）：又称外激素，是指由个体分泌到体外，被同物种的其他个体通过嗅觉器官（如副嗅球、犁鼻器）察觉，使后者表现出某种行为、情绪、心理或生理机制改变的物质，具有通信功能。

性状（

trait）：可遗传的生物体形态结构、生理和行为等特征。

新生代（

CenozoicEra）：地球历史上最新的一个地质时代，起始于6600万年前，包括古近纪、新近纪和第四纪。

嗅球（

olfactorybulb）：脊椎动物前脑结构中参与嗅觉的部分，用于感知气味。

血红蛋白（

Hemoglobin）：红细胞内运输氧的特殊蛋白质，是使血液呈红色的主要物质，由珠蛋白和血红素组成。

血清素（

serotonin）：人体内产生的一种神经传递物质，可影响人的胃口和情绪。

外周血（

peripheralblood）：已经被造血器官释放入循环系统参与循环的血液。

延迟着床（

delayedimplantation）：单孔类以外的哺乳类动物受精后胚胎超过正常期才在子宫壁着床的现象。

演化（

evolution）：生物基因出现变异，并把变异遗传给后代，导致后代性状与先祖产生差异的现象。

疫苗（

vaccine）：用各类病原微生物制作的用于预防传染疾病的生物制剂。

益生菌（

probiotic）：对宿主有益的活性微生物的总称，定植于人体肠道、生殖系统内，能改善宿主微生态平衡，发挥有益作用。

有性生殖（

sexualreproduction）：由亲代产生有性生殖细胞，两性生殖细胞结合形成受精卵，再由受精卵发育成为新个体的生殖方式。

诱导性多能干细胞（

inducedpluripotentstemcells，iPSC）：将特定基因转入成纤维细胞中，使其重编程而得到的一种类似胚胎干细胞的可培养并分化的干细胞。

原核生物（

prokaryotes）：细胞核无核膜包裹，只有裸露DNA的原始单细胞生物，包括细菌、放线菌、立克次氏体、衣原体、支原体等。

运动神经元（

motorneuron）：负责将脊髓和大脑发出的信息传到肌肉和内分泌腺，支配效应器官活动的神经元。

杂交（

hybridization）：通过不同基因型的个体之间交配，产生基因杂合的个体。

真核生物（

eukaryotes）：所有具有细胞核的生物的总称，包括所有动物、植物、真菌等。

支原体（

mycoplasma）：一类缺乏细胞壁的原核细胞型微生物，呈高度多形性，有球形、杆形、丝状、分枝状等多种形态。它不同于细菌，也不同于病毒。

中生代（

MesozoicEra）：一个地质时期，年代为距今2.51亿年前到6600万年前，包括三叠纪、侏罗纪和白垩纪。

中枢神经系统（

centralnervoussystem，CNS）：由脑和脊髓组成，是人体神经系统的最主要部分。中枢神经系统接受全身各处的传入信息，经它整合加工后成为协调的运动性传出，或者储存在中枢神经系统内成为学习、记忆的神经基础。

轴突（

axon）：又称轴索，是指神经细胞膜表面用于传导神经冲动的细长突起。

转录（

transcription）：蛋白质生物合成过程中的第一步，以DNA的一条链为模板，合成信使RNA的过程。

转座子（

transposon）：能让一段基因可以从原位上单独复制或断裂下来，插入另一位点的特定DNA序列。

子实体（

fruitingbody）：高等真菌长出地面的部分，可以产生孢子。又称果实体，由已组织化了的菌丝体组成。

莫要辜负最美的时代

不是因为看到了希望才坚持，而是因为坚持才看到了希望

2002年大学毕业至今，我已经在华大基因度过了16个年头。人的职场生涯能有几个16年？有人对我说，你是幸福的，一毕业就能加入这么牛的组织。但我加入华大时，华大远没有今天的江湖地位，开出的薪酬也是我拿到的所有offer（录取通知）中最低的一个。那我又为什么独独选中了华大？是因为创始人们不凡的远见与果敢打动了我，居然敢以一家民营企业的身份“擅自”代表中国参加国际人类基因组计划。我选择相信并坚持，选择同行而非旁观，这是那个伟大时代给每一个人的最好馈赠。

与其说我管理的是时间，倒不如说我管理的是精力

很多朋友都很奇怪我为什么可以同时做这么多事情，但我想说，每个人一天都只拥有

24小时，时间是一样的，但是效率却可以天差地别。基因领域是个非常年轻的行业，我今年不到40岁，却可以算得上是这个行业的元老级人物。

可能相比于业内其他管理者，我选择把更多的时间放到团队建设上，即

“育人”而非“做事”。我选择把更多的私人时间放到自我能力的提升上，比如健身和读书。一个人能做的事情总是有限的，但如果能带动一群人一起做事情，且永远不要成为这一群人的瓶颈，就可以达到事半功倍的效果。也唯独这样，才能把一辈子活出别人几辈子的样子。

若问捷径，我觉得选对行、跟对人、读对书、健好身是最重要的

从通信、

IT和互联网这几波浪潮来看，每个奇迹时代都交相辉映着“突破性的技术”和“英雄般的人物”。我很庆幸投身工作之初，就能感受到那处于基因组大科学工程浪潮之巅的波澜，以及紧跟着基因测序技术迭代演进的汹涌澎湃。我更庆幸的是，在华大基因的核心团队里，能在汪建和杨焕明两位创始人的指引下稳步前行。可以说，我们如此幸运地站在了巨人的肩膀上，参与并见证了这个行业的崛起。

至于读书和健身，前者健脑，后者强身。对大多数人来说，这两点恐怕是最可及、最可行的进步方法。但在这两件事上花一天两天，是看不到效果的，即便坚持一两个月，效果也不显著。只有十年如一日，坚持读书、坚持健身并日益精进，你才会发现，做与不做的结果是天渊之别。

从《天方烨谈》第一期节目上线，到节目被收录成书，已经过去了两年多的时间。在此，我向参与这些工作的全体人员致以衷心的感谢。

首先，感谢汪建老师和杨焕明院士，多年来他们对我悉心指导，多加鼓励，不断鞭策我学习和前进。可以说，是他们的学术思想、行业贡献和科普情怀，点亮了我的很多想法，催生了《天方烨谈》和《生命密码》。

其次，感谢每一位参与科普工作的小伙伴，他们是成就《天方烨谈》和《生命密码》的幕后英雄：陈冬娜、陈海新、陈蕾、陈思原、陈维熙、程红英、丛丽娟、崔欢欢、戴方时、杜玉涛、高龙龙、高润喆、苟雪静、郭钰、黄良博、黄文健、李恬、李延红、李世明、李雯琪、林晋洲、刘涛、马清滢、马勇、闵久梦、明瑶、太帅帅、唐川、王晓丽、吴静、项飞、萧芳权、许春艳、杨智力、叶辰、于丽丽、岳震、曾凡薇、张聪、张稆元、张译捷、赵娜、朱师达、朱帅等。

再次，感谢为本书进行审校的小伙伴：陈春海、陈军辉、陈颖、程时锋、谢雪峰、邓迦遥、董洁、方晓东、高强、光宣敏、韩琨、黄辉、黄锦群、黄莹莹、金鑫、黎万顺、黎建君、李瑜琪、李玉梅、梁毓健、林诗祺、刘娜、刘青峰、卢锦荣、沈娟、沈玥、宋历、孙海陆、孙嗣龙、王崇志、吴丹丹、吴雪丽、吴章艳、徐加豹、许鹏威、姚晓明、杨焕杰、杨幸璐、尹立新、翟腾、张弛、张海琳、张雨宇、郑涛、周菊红、朱亚兵等。

还要感谢我的家人，感谢父母在我幼年时期的生物启蒙，感谢夫人在成书过程中的不断鼓励，感谢女儿不断给我的奇思妙想（比如她听我讲食物链后，立即问我《西游记》中的车迟国三仙，肉食的虎力大仙为什么不吃掉植食的鹿力大仙和羊力大仙）。

最后，特别感谢《天方烨谈》的所有听众，是他们的支持和鼓励，促使我们尽快拿出这本《生命密码》，以飨读者。

基因即因，未来已来，愿我们共同解码生命，体验精彩人生！

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