1.11 拼出生命奥秘的蓝图

人的所有思维和行为都与基因有关，无论是正常的生理活动还是异常的病理状况，都取决于功能基因。但是，怎样才能知道哪种或哪些基因控制着人的行为和思维，或者与生命的某种行为有关呢？所以，寻找功能基因，也就是DNA上的某一片段或某几个片段，能打开我们理解生命内核的一扇扇窗户。

但是，寻找功能基因的任务如同拼图。正如法国昆虫学家法布尔（J-H.C.Fabre,1823—1915）所说，“不管我们的照明灯能把光线投射到多远，照明圈外依然死死围挡着黑暗。我们四周都是未知事物的深渊黑洞，但我们应为此而感到心安理得，因为我们已经注定要做的事情，就是使微不足道的已知领域再扩大一点范围。我们都是求索之人，求知欲牵着我们的神魂，就让我们从一个点到另一个点地移动我们自己的提灯吧。随着一小片一小片的面目被认识清楚，人们最终也许能将整体画面的某个局部拼制出来”。

正是由于不断地探索和拼图，现在已经发现，人类的功能基因并非是原先估计的10万个，而是约3万个。人类所有功能基因只占全部遗传密码的5%，剩下的95%是非功能基因，即不是为产生蛋白质而编码的基因。然而，这些庞大的非编码区基因并非是多余的，而是如同庞大的后勤部队和预备队一样，支撑着功能基因，同时也准备着一旦功能基因失效和受损后能随时站出来修补和替换它们。

非功能基因就像是一篇文章中的标点符号以及副词、连接词一样，起着修饰和衔接句子、段落、篇章的作用，并决定着一篇文章的风格，是流畅明朗还是晦涩深奥。相应地对于人就可能是起着决定着人的气质、性格和行为方式等的作用，当然后天的生活也共同起着作用。比如一个功能基因决定着某个人的身高，但非功能基因（非编码区基因）则可能决定着这个人什么时候长高、最终长多高、什么时候停止长高等。因此基因和功能基因的数量、基因表达方式和管理方式等结合起来才决定一种生物的基本特征。

要知道哪种基因控制人的生命现象，例如吃饭、睡觉、运动、歌唱等，常用的方法是对动物“敲除基因”或让某一特定基因变异，以观察这种基因被敲除或变异后，动物会产生什么样的行为。

例如，千万年来，人类形成了日出而作、日落而息的行为方式。人人都需要睡眠，但睡眠的机理我们知之甚少，而且睡眠显然与生命内核的基因有千丝万缕的联系。通过对果蝇基因的敲除和使其变异，我们现在知道至少有两种或更多的基因调控着睡眠。这两种基因涉及睡眠的周期和时间，称为“周期基因”和“无时间基因”，它们是生物时钟的基本构成成分。如果果蝇缺乏“周期基因”，它们似乎在睡眠上并无异常。但是“无时间基因”发生突变或被敲除后，果蝇的睡眠便减少了，而且不会有补觉的行为，它们并不想睡觉。

果蝇有1.4万多个基因，美国威斯康星大学的西雷尼（C.Cirelli）发现，果蝇的睡眠基因叫“沙克尔”（shaker），如果它被敲除或发生变异，果蝇的睡眠时间至少比正常果蝇少三分之一。一般情况下果蝇每天睡眠10～12小时，而基因变异的果蝇每天只需要3～4小时的休息。“沙克尔”基因控制睡眠的原因在于，该基因使果蝇体内产生一种蛋白质，这种蛋白质能够促使钾离子进入神经细胞。“沙克尔”基因发生变异后，果蝇体内的钾离子就无法进入神经细胞，因此可能导致果蝇睡眠减少。

果蝇的基因构成与人类相似，它的睡眠特征，比如睡眠不足导致反应迟钝等都与人类相似。人体内也存在“沙克尔”基因，它的作用也与果蝇的类似。从这里也就找到理解人类生命内核的窗口。

由此也提示，发现人类的功能基因除了基因敲除，还需要在动物身上进行与人类相似的对比。所以，无论是从果蝇，还是从小鼠身上都可以比较人类的功能基因。例如，敲除小鼠的NR2B基因会使得小鼠变笨，而移植了这一基因则让小鼠变得聪明，于是我们知道了NR2B基因与智力有关，是“聪明基因”。

当然，也可以采用直接对比的方法发现功能基因。美国休斯顿贝勒医学院（Baylor College of Medcine）的乔治·温斯托克（G.Weinstock, 1949—）破译了海洋中一种独特生物——海胆的基因组。尽管人与海胆的进化相去甚远，但海胆的基因组与人类基因组比较相似。例如，尽管海胆没有眼和耳，但却有类似于人类主管视力和听力的基因。海胆像人而不像昆虫和软体动物，它和海星都有内骨骼。海胆比其他常用的实验动物模型如果蝇、线虫等更接近人类，但是又比小鼠和鸡等脊椎动物更远离人类。

海胆的免疫系统最令人吃惊，一些特定的基因参与识别病毒和其他入侵者。人类也有数十个这样的基因，而海胆的这种基因有数百个。它们能防御病毒和细菌，这也许是海胆这种生物的寿命可达百年以上的原因。另外，一些被认为是脊椎动物独有的基因也在海胆基因组中存在。比如，人类用于视觉和听力的基因在海胆基因组中也存在，只是功能不同，可能是感受光和热。通过这样的对比，可以发现更多的人类功能基因，并可以解答无数的生命问题。

当然，发现功能基因还可以在基因敲除方法的基础上改进，从而更快地发现人类生命内核中的所有功能基因。传统的基因敲除是，在实验鼠还是干细胞状态时将其中某个基因剔除，然后使其发育成为基因突变的白鼠，从而观察去除某种基因后的小鼠的生理和行为，以确定该敲除基因的功能。然而除了技术难度很大外，这种方法的研究周期也很长，两名研究人员一年内才能培育出两个基因剔除的小鼠。

于是，在此基础上美国耶鲁大学的许田发现了PB转座因子，能够引发基因突变。转座因子可以进入基因组内不同位置，并导致基因突变。PB转座因子是在蛾子体内发现的，能够稳定引起哺乳动物基因突变，也就能定向敲掉某些基因以确定其功能。由于PB转座因子是从飞蛾体内找到的，便因此而获得了一个中文名字“夸蛾”。“夸蛾”是中国神话《愚公移山》中的大力士，而PB转座因子则是微观世界里的大力士。夸蛾进入基因组后，就好像一枚已经锁定目标的鱼雷，可以直接插入到相应基因当中，然后引起这个基因的突变。利用夸蛾来引起基因突变，两名研究人员可以在3个月内培养出70个基因突变的小白鼠，并确定其基因功能，因而把研究效率提高了140倍。