问题

生物的基因有没有可能是“祖传屎山”?

回答
“祖传屎山”,这个词本身就带着一种戏谑和无奈,但如果我们将它套用到生物的基因上,你会发现,这其中蕴含着一种令人拍案叫绝的、极其精准的比喻。生物的基因,真的在某种程度上,可以被看作是“祖传屎山”,而且,这个比喻在很多方面都道出了基因传承的本质,以及我们面对基因遗产时所面临的复杂情况。

首先,让我们从“祖传”这个概念入手。基因,毫无疑问是我们从父母那里继承下来的。每一个生物体,从最简单的细菌到我们人类,都拥有一个基因组,这个基因组就像是一本厚重的家族史书,记录着我们祖先们漫长的生命历程、他们所经历的适应与选择、以及那些在无数代繁衍中留存下来的信息。这些信息不仅仅是简单的“长得像爸爸”或者“眼睛像妈妈”的显性特征,更包含了无数的潜力和倾向,那些在我们体内沉睡,可能永远不会被显现,也可能在特定环境下被激活的遗传密码。你体内的每一个DNA片段,追根溯源,都可以找到它的“祖宗”,那些曾经在你之前无数代生命中扮演过重要角色的基因。这种传承是如此的连续,以至于我们常常说,我们是“祖辈的延续”,这句话在基因层面上,是绝对真实的。

然而,“屎山”这个词,就更加具有讽刺和写实的意味了。我们以为从祖辈那里继承来的,都是精华,是那些帮助生命生存和繁衍的“好”基因。但事实远非如此。在漫长的进化过程中,基因的变异是永无止境的。很多变异是中性的,它们既不带来明显的优势,也不带来劣势,就像随意丢弃在山上的石块,默默无闻。但还有很多变异,是“坏”的。它们可能导致疾病,可能降低生存率,可能影响生殖能力,这些都被我们亲切地称为“垃圾基因”、“沉默的杀手”,或者更粗俗地说,是“糟粕”。

更可怕的是,这些“糟粕”并没有被轻易地剔除。自然选择虽然是一个强大的筛子,但它并不完美。有些有害基因,可能只在特定的条件下才会显现,或者它的负面影响会被其他基因所掩盖,从而得以在种群中流传。有些时候,一个看似有害的基因,反而可能在特定的环境压力下,带来某种微弱的优势,从而在进化史上得以保留。想象一下,一座山,堆满了历代堆积起来的各种各样的东西,有的是珍宝,有的是普通的石头,而有的是会发臭、会腐烂、会带来麻烦的垃圾。我们的基因组,就是这样一座庞大而复杂的地质构造。

而且,“屎山”还有一个重要的特点,那就是它会不断地“生长”和“堆积”。每一次生殖,都是一次基因的“重新洗牌”和“再分配”。父母的基因组,加上一些随机的变异,就组成了新的基因组,传承给下一代。这个过程中,新的“垃圾”可能会产生,旧的“垃圾”也可能被保留。就好像人们不断地往这座山上倾倒东西,很少有人有动力去清理那些已经没有用处甚至是有害的物质。我们体内的基因组,实际上是无数代生命活动留下的痕迹,是一个累积的过程。那些我们可能觉得“多余”、“不好”的基因,它们并没有在“生产”出来的那一刻就被销毁,而是被一同打包,传给了我们。

从这个角度看,我们每个人,就像是在继承一座堆积了无数代、包含着各种优缺点、有价值也有无用之物的“祖传屎山”。我们无法选择这座山是否要接受,也无法轻易地将它彻底清理干净。我们只能努力去了解它,去辨别其中的“宝藏”,去尽量规避那些“垃圾”带来的负面影响。

比如,我们身上可能携带着一些容易导致特定疾病的基因,但同时,也可能携带有能够增强免疫力、适应某些特殊环境的基因。这些基因,都是在我们漫长的“祖传”过程中,一点一点堆积起来的,它们共同构成了我们基因组的全部。我们不是一栋完全新建的房子,而是在前人基础上不断修修补补、层层叠加的建筑。

所以,当你说生物的基因是“祖传屎山”时,你触及到了一个非常深刻的真相。它并非是对生命的不敬,而是一种对进化机制的坦诚描述。它提醒我们,生命是一个不断积累、不断演化的过程,而我们,都是这个过程中不可分割的一部分,带着前人留下的所有遗产,继续向前。我们要做的是,在理解这个“屎山”的复杂性的基础上,更加珍惜那些真正有价值的部分,并努力在有限的范围内,去“清理”和“优化”这个我们继承来的基因遗产。

网友意见

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我有时候会说人类基因组是代码屎山,人类之外也有许多生物的基因拥有“祖传代码”的低效特征[1],但你是不能对所有生物一概而论的,演化更不是“从第一个DNA生物进化至人类,积累了很多祖传代码”这样抽象的情景。

大部分原核生物的基因组是没有内含子的,放眼望去所有的编码都可以发挥功能,尽管经常会有许多功能处在并不好使的状态。

  • 远洋杆菌属(Pelagibacter)遍在远洋杆菌(P. ubique)可能是现代地球上数量最多的细菌,估计其数量级在万亿亿亿的程度,可以占据夏季温带海洋表层水中细胞总数的一半左右。该物种世界性分布,是革兰氏阴性菌,以溶解的有机碳为生,是已知的体型最小的独立生活的生物之一,比很多支原体的体型还要小:体长370~890纳米,直径120~200纳米。
  • 2005年测序表明遍在远洋杆菌HTCC1062菌株的基因组为1308759bp,是已知的自由生活的物种中最小的基因组,只有1354个基因。它的基因组不含重复的基因拷贝,没有内含子和病毒基因(当然,正在被噬菌体攻击时例外),并适应缺氮的远海而减少了基因组中使用的氮。

人类已经亲自动手修改过一些生物的基因组,从里面剔除内含子和功能较弱的基因,生物仍然可以正常生存,例如克雷格·文特尔领导的研究组用自然界存在的支原体基因组删改出含有525个基因的支原体[2]。显然,这不是程序员们所说的代码屎山可以比的。

人类基因组里的一些内含子是有功能的,目前保守估计至少15%的碱基对是必需的,美国国家人类基因组研究所的公共联合研究项目“DNA元件百科全书(ENCODE)”则认为人类基因组的80%具有功能——没错,里面有很多是低效的祖传代码,但你并不是总启动着它们的,人类现在的能量获取效率完全支持得起细胞复制时占用这么点核酸。

  • 选择性剪切允许外显子和内含子的不同组合让同样的基因结构编码不同的蛋白,不同的基因还可以一起编码新蛋白。人类基因编码的蛋白质数量比基因数量高一个数量级,编码的RNA数量则比基因数量高两到三个数量级。
  • 而且,你很快就会看到生活方式远比我们原始的生物在使用超过我们许多倍的庞大基因组。
  • 2020年,对整个人类基因组的研究有一定进展:基因型-组织表达项目相关的研究人员于九月上旬在《科学》、《细胞》等杂志上发表了15篇论文介绍他们的发现,《科学》杂志以封面报道的形式对此进行了介绍,你可以去看看。

根据过去几十年的观测事实,基因编码不是程序源码,而是备用工具箱,你无法从基因里看出器官排列的方式,多细胞生物的身体构造在很大程度上是细胞发生过程和环境互动的产物。演化也能随机地造成祖传基因的丢失或失去活性,现在每个人的基因组的两万来个基因里都有约20个完全沉默。

现代生物学已经放弃“高等生物”“低等生物”这样不准确的描述,“庞大的基因库”也是风趣的表达:

  • “基因库”是互相能产生可育后代的群体中的全部个体所含有的全部基因的集合。
  • 个体数量极多、遗传多样性高的物种的基因库远比人类大,毕竟全人类的遗传多样性比东非的几千只猩猩的遗传多样性还要低。
  • 个体的基因组不是基因库,人类基因组也并不庞大。

人类染色体才46条,碱基对才30亿个,基因才20000~26000个,说难听点,够干啥的

  • 老鼠基因组含约33亿个碱基对,约29000个基因。
  • 瓶尔小草属的植物拥有已知多细胞生物中最多的染色体,约1260到1400条染色体。
  • 石花肺鱼拥有已知多细胞动物中最大的基因组,约1300亿个碱基对。
  • 衣笠草拥有已知多细胞生物中最大的基因组,约1490亿个碱基对。

是“多细胞生物中”哦。

  • 色藻界纤毛虫门旋毛纲的单细胞生物Sterkiella histriomuscorum拥有已知生物中最多的染色体,其二倍体大核装有约16000条染色体。
  • 无恒变形虫Polychaos dubium拥有已知生物中最大的基因组,约6700亿个碱基对。这是1960年代的分子生物学技术测出的,有人认为含有很大的误差[3](当年测定大变形虫拥有约3000亿个碱基对,现代技术重新测定则为约400亿个,但你瞧瞧咱们那29亿~30亿的数据好了)。

单细胞真核生物用一个细胞实现极度复杂的功能和丰富多样的行为,其身体构造的复杂程度和基因组的规模都和你我身上的细胞不是一个概念。谈人家是低等生物,很大程度是因为十九世纪的科研工具的性能太差,看不清楚人家在干什么。

参考

  1. ^ 可以类比为几百个人堆积木,堆得歪歪扭扭、乱七八糟,但你千万不能抽里面的积木,抽一块就可能造成整个坍塌。结果每个人都往上继续加积木,弄出的东西越来越臃肿、越来越不稳定。
  2. ^ https://science.sciencemag.org/content/286/5447/2165.abstract
  3. ^ https://doi.org/10.1016/j.tree.2003.10.007
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推荐一本书《《人类这个不良品》。

先说一个:人的视网膜安反了。

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是的,所以转基因(GMO,基因编辑,或者从业者对同一个事物的任何称呼)是不安全的。转基因的基本原理就是:

第一步:把外来基因复制粘贴进去,结果要么是根本复制粘贴不进去,要么是复制进去也不表达(生物基因虽然是屎山,但是和计算机代码屎山不同的是,生物,特别是高等生物有非常聪明的基因沉默机制,除了正常的繁殖,异常的基因改动绝大多数都会被屏蔽掉,完全不表达,或者表达出蛋白质也会形成包涵体,不能发挥生理作用);

第二步:为打破基因沉默,加入各种强迫基因表达的元件(最常见的是强启动子),结果基因表达了,基因表达出的蛋白质参与了生理生化过程,但是:

1,生理生化过程是一个复杂网络,牵一发而动全身;

2,一个基因可能参与不同蛋白质的表达;

3,基因在DNA分子上的顺序对基因表达有影响;

4,加进去的那些强力元件不老实,影响其他基因的表达;

很快发现,转基因生物出现各种奇奇怪怪的bug(按基因工程术语说是脱靶效应非预期性改变);

第三步,把第一步和第二步重复成百上千遍,从中挑选出表面上既表达了目标基因,又没有出现明显的bug(生物本身无法存活,强烈毒性,显著低产量等)的转基因生物,至于完全可能出现,却几乎无法辨识的不太明显的bug:

1,致癌等长期安全影响

2,基因漂移到其他生物体导致的环境影响;

等,就自欺欺人地认为不存在,或者做一些假数据或刻意挑选的数据假装它不存在。

第四步,把第三步得到的转基因生物量产推向市场,宣布攻克转基因重大课题,向农民推销,向国家要钱,和网络反转势力吵架等。


我以上说的每一步都是有事例证实的。反转基因界的书多为通俗读物,适合知乎网友的,写的专业的不多,有两本书推荐给大家,可惜目前均未引进国内:

1,Altered Genes, Twisted Truth(改变的基因,扭曲的真相),作者Steven Druker是美国的公共利益律师,他在书中揭示了美国政府和主要科研机构如何系统地歪曲关于转基因生物的事实以及质疑其安全性的科学研究。

2,Pandora's Potatoes: The Worst GMOs(潘多拉土豆:最糟糕的转基因),作者Caius Rommens曾在孟山都、辛普劳公司开发转基因,特别是作为领衔科学家为后者开发了一种转基因土豆,后来他却开始怀疑自己开发的产品的安全性,以及现有的监管体制,转向反转基因阵营。

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