生物的復雜和美妙使得許多人去思考：生物從哪里來？生物的基本結構是什么？生命過程是如何運作的？先有雞，還是先有蛋？生殖細胞也喝“孟婆湯”嗎？為什么每個人都是特別的？為什么多數生物要分成“雌”和“雄”兩性呢？人類的男性會消失嗎？人的智力有極限嗎？腦子越大越聰明？我們能不能通過克隆自己而達到“長生不老”？……
《上帝造人有多難：生命的密鑰》以通俗有趣的文筆從分子細胞水平上深入思考這些問題，道出生命的密語。
信號：ydreadtup，清華大學出版社旗下的圖書品牌，秉承“科學，讓個人更智慧，讓社會更理性”的理念，致力于科學普及和科技文化類圖書的出版，傳播科學知識、科學精神、科學方法，展現科學的真實、獨立、智慧、多變、寬容、動人及迷人。
作者簡介：
朱欽士，四川省成都市人。早年畢業(yè)于北京大學生物學系，后來取得荷蘭阿姆斯特丹大學生物化學博士學位，曾任中科院生物物理研究所碩士研究生導師，在國內外主要學術雜志上發(fā)表研究論文30余篇，參編第六版《十萬個為什么》。研究領域廣泛，包括生物能、酶的結構和功能、蛋白質的合成與轉運、癌癥與染色體、神經遞質、基因表達的調控機制、以及肝臟解毒系統(tǒng)等。
目錄：
我們從哪里來？
1.1上帝造人有多難？
1.2生命的偶然與必然
組成生命的分子怎樣相互“識別”和“組裝”自己？
2.1分子之間怎樣相互“認識”？
2.2蛋白質的“十九般兵器”
遺傳和進化
3.1先有雞，還是先有蛋？
3.2生殖細胞也喝“孟婆湯”嗎？
生物的共性和特性
4.1為什么每個人都是特別的？
4.2我們能請外星人吃飯嗎？
多姿多彩的“有性生活”
5.1生物的“性”事知多少？
5.2器官排斥和配偶選擇我們從哪里來？
1.1上帝造人有多難？
1.2生命的偶然與必然
組成生命的分子怎樣相互“識別”和“組裝”自己？
2.1分子之間怎樣相互“認識”？
2.2蛋白質的“十九般兵器”
遺傳和進化
3.1先有雞，還是先有蛋？
3.2生殖細胞也喝“孟婆湯”嗎？
生物的共性和特性
4.1為什么每個人都是特別的？
4.2我們能請外星人吃飯嗎？
多姿多彩的“有性生活”
5.1生物的“性”事知多少？
5.2器官排斥和配偶選擇
生物發(fā)展的皇冠——智力
6.1目的和智力
6.2人的智力有極限嗎？
干細胞與克隆
7.1人體的更新之源——干細胞
7.2我們能不能通過克隆自己而達到“長生不老”？
細胞的解毒和生殖細胞的永生
8.1我們的肌體是如何解毒的？
8.2為什么生殖細胞能夠永生？
生命中的幾何關系
9.1為什么我們覺得螞蟻是“大力士”？
生命與音樂
10.1音樂的美、奇、謎、憾
10.2美妙的歌聲是怎樣發(fā)出來的？
“經絡現象”秘密初探
11.1經絡現象是客觀存在的
11.2近年來對于經絡現象的研究
11.3理解經絡現象所需要的現代科學知識
前言生命是我們這個世界上最美妙的事物。地球上郁郁蔥蔥的森林，鮮花盛開的草原，鳴腔婉轉的鳥兒，翩翩起舞的蝴蝶，使我們的星球充滿“生”機。
生物也是我們這個宇宙中最復雜的物質存在形式。無生命的分子的結構大多是簡單的，從沙子里面的二氧化硅到大氣里的氮氣，分子中所含的原子數一般不超過10個。而蛋白質分子由幾十個到上千個基本“構件”（氨基酸）組成，每個蛋白質分子含有數千到數萬個原子。它們折疊成各種形狀，執(zhí)行不同的功能。我們的“生命藍圖”（DNA）更是由大約30億個“字母”（核苷酸）組成，含有約2千億個原子。億萬計的不同類型的分子以各種方式結合，組成細胞。而我們的身體又由約60萬億個不同類型的細胞組成，在此基礎上產生了協(xié)調一致的各種生理功能和精神意識。
我們人類也是生物，而且把生物的復雜性和能力發(fā)展到極致。我們不僅創(chuàng)造了語言文字，我們還發(fā)展了科學藝術。我們建設了美麗的鄉(xiāng)村、宏偉的城市。我們還發(fā)明了創(chuàng)造了汽車、飛機、計算機、互聯網。除了物質條件的進步，我們還有豐富美好的精神生活。我們不僅被這個世界創(chuàng)造，我們還能反過來研究和改造這個世界。
生物的復雜和美妙使得許多人去思考：生物從哪里來？生物的基本結構是什么？生命過程是如何運作的？為什么地球上有那么多種類的生命？為什么人要分男女兩性？為什生命是我們這個世界上最美妙的事物。地球上郁郁蔥蔥的森林，鮮花盛開的草原，鳴腔婉轉的鳥兒，翩翩起舞的蝴蝶，使我們的星球充滿“生”機。
生物也是我們這個宇宙中最復雜的物質存在形式。無生命的分子的結構大多是簡單的，從沙子里面的二氧化硅到大氣里的氮氣，分子中所含的原子數一般不超過10個。而蛋白質分子由幾十個到上千個基本“構件”（氨基酸）組成，每個蛋白質分子含有數千到數萬個原子。它們折疊成各種形狀，執(zhí)行不同的功能。我們的“生命藍圖”（DNA）更是由大約30億個“字母”（核苷酸）組成，含有約2千億個原子。億萬計的不同類型的分子以各種方式結合，組成細胞。而我們的身體又由約60萬億個不同類型的細胞組成，在此基礎上產生了協(xié)調一致的各種生理功能和精神意識。
我們人類也是生物，而且把生物的復雜性和能力發(fā)展到極致。我們不僅創(chuàng)造了語言文字，我們還發(fā)展了科學藝術。我們建設了美麗的鄉(xiāng)村、宏偉的城市。我們還發(fā)明了創(chuàng)造了汽車、飛機、計算機、互聯網。除了物質條件的進步，我們還有豐富美好的精神生活。我們不僅被這個世界創(chuàng)造，我們還能反過來研究和改造這個世界。
生物的復雜和美妙使得許多人去思考：生物從哪里來？生物的基本結構是什么？生命過程是如何運作的？為什么地球上有那么多種類的生命？為什么人要分男女兩性？為什么人會衰老？我們能夠通過克隆自己達到永生嗎？人還會變得更聰明嗎？有關生物的問題可以說是無窮無盡。
這本書不是生物教科書，所以它的重點不是去講述生物學里面的那些“經典”知識，例如蛋白質和DNA的一級結構和空間結構、遺傳密碼、DNA-mRNA-蛋白質的“中心法則”等內容。這些內容都可以在生物學的教科書中找到。這本書的目的，是用宇宙發(fā)展的角度，用新的思路來理解生命，探討各種生命現象的來由和進化機制，從分子水平上闡述生物的各種功能是“如何運作”和“怎么來的”問題。
在本書的寫作過程中，得到了郝杄林女士的全力支持和大力協(xié)助。除了提供有關信息、提出寫作建議和嚴格審稿外，她還承擔了幾乎全部家務，讓我能夠集中精力寫作。所以這本書是我們兩人共同努力的結果，作者在此也表達對她的感激之情。
——朱欽士2015.2生殖細胞也喝“孟婆湯”嗎？
按照佛教的輪回說，生命是不滅的。這一世的結束不過是下一世的開始。但是下一世的人無法擁有上一世的記憶。在投胎轉世之前，人人都必須走過“奈何橋”。在那里，喝了“孟婆湯”以后，這一世的記憶就全部消失了，這樣下一世才得以從零開始。
雖然現在相信投胎說的人已經不多了，但是這個故事里面的基本思想還是正確的，即人精神活動的產物，包括知識、經驗，對其他的人和事情的態(tài)度，感情，都不能傳給下一代。數學家的孩子不會生下來就懂數學；鋼琴家的孩子也不會生下來就會彈鋼琴。你認識和愛戴的人，你的孩子不一定認識和愛戴；你的理念和對事物的好惡，下一代也不一定繼承。
除了精神活動的產物，我們這一代的生活對身體的許多影響，也不會傳給下一代。因外傷失去一只眼睛的人，后代不會生下來就少一只眼睛。某處皮膚燒傷的人，孩子在那個地方的皮膚也不會有疤痕。
由此看來，我們在通過生殖細胞（精子和卵子）繁殖下一代時，這一生的記憶，不管是精神的還是身體的，都要被消除掉。這相當于生殖細胞喝了“孟婆湯”。那么身體里面的“孟婆湯”在哪里呢？
對于精神活動來說，“孟婆湯”就是細胞隔離。人的知識，經驗，思想和技能，是后天形成的，是“這一世”的精神積累。它們被存儲在大腦中神經細胞之間的聯系和回路中。而大腦離生殖器官很“遠”（從細胞的“眼光”來“看”），儲存在大腦中的信息無法被傳輸到生殖細胞里面去。而且儲存在神經細胞聯系和回路中的信息，也不能通過“格式轉換”而被“輸入”到生殖細胞里面DNA的序列（四種核苷酸的排列順序）中去，自然也就傳不到下一代去。
精神活動的產物無法遺傳的事實，我們在上面已經解釋了。那這一代身體的許多信息為什么也不能傳給下一代呢？
按照傳統(tǒng)的遺傳學理論，生殖細胞只能把儲存于DNA序列中的信息（建造身體的“藍圖”或“密碼”）傳下去。而DNA是很穩(wěn)定的分子，細胞里也有一整套修復受損的DNA的機制。在高等生物中，DNA被復制時的精確度也很高。由于這些原因，DNA序列的變化，特別是那些影響基因的序列變化，發(fā)生的速度很慢，不是在一，兩代中就可以完成的。這一代失去一只眼或一條腿，傷害的只是這一代的身體，并不能改變生殖細胞中DNA的序列。所以下一代得到的，仍然是建造“完整”身體的藍圖，據此發(fā)育出新一代的肌體。所以生殖細胞中DNA的序列在很大程度上也是“與世隔絕”的，不受這一代身體和精神活動的影響。它們在生成過程中，其效果就相當于喝了“孟婆湯”。
不過這只是隔離（大腦與生殖系統(tǒng)的隔離，以及生殖細胞內DNA的序列與生命活動的隔離）所造成的后果，還不是生殖細胞主動地“消除印跡”，所以還不是真正的“孟婆湯”。除了隔離以外，生殖細胞里面還有真正的“孟婆湯”，可以把這一生的印跡去掉。這個我們下面再講。
看到這里，也許有些人就已經感到“慶幸”了：這一輩子不管如何“胡過”（不健康的生活習慣，包括抽煙、喝酒、暴食、熬夜等），最多是自己的身體受到影響，而不容易影響孩子。然而，許多新的研究結果卻表明，父母的生活經歷是可以經由DNA序列以外的方式傳給他們的后代的。
2001年，瑞典科學家拜格林（LarsOlovBygren）發(fā)表了他對瑞典北部一個地廣人稀的叫做諾伯頓（Norrbotton）地方的人的壽命進行研究所得的結果。諾伯頓位于北極圈以內，糧食收成極不穩(wěn)定。如果年景歉收，人們就會挨餓；但如果獲得大豐收，他們又會大吃大喝。
拜格林的研究表明，如果爺爺輩在9到12歲時有大吃大喝的經歷，那他們的孫子的壽命就比較短，得糖尿病的幾率會增加。而在青春期前挨餓的男性，其孫子就較少得心血管病。同樣，在青春期前曾大吃大喝的祖母，她們的孫女的壽命也會明顯縮短。這說明爺爺奶奶輩的生活狀態(tài)對身體的影響可以遺傳給它們的孫子，而且爺爺奶奶輩在進入青春期之前的那段時間對于這種能遺傳的印跡最為重要。
隨后，拜格林又和倫敦大學的著名遺傳學家裴瑞（MarcusPembrey）合作進行研究。他們發(fā)現，如果父親在11歲之前（即進入青春期之前）就開始吸煙，那他們的兒子在9歲時就會超重。這些事實說明，在父親產生精子之前，他的生活經歷就會在他的遺傳物質上打下印跡。這些印跡可以經由生殖過程傳給它們的兒子，甚至孫子。
科學家們在動物身上也發(fā)現了類似的現象。比如讓果蠅接觸一種叫做蓋達納霉素（geldanamycin）的藥物，它們的眼睛上就會長出贅疣。即使它們的后代不再接觸蓋達納霉素，這些后代還會繼續(xù)在眼睛上長贅疣。這種現象甚至可以傳到第十三代。如果喂線蟲（一種只有1毫米長的低等動物）某種細菌，線蟲就會變得又小又圓。這種現象可以持續(xù)四十代，即使它們的后代不再接觸到這種細菌。
用小鼠做的實驗表明，即使像記憶能力（注意，不是記憶的信息）這樣與精神活動有關的特性也可以通過上一代的生活經歷傳給下一代。比如給有遺傳性記憶缺陷的小鼠玩具，讓它們做練習，用各種方法引起它們的注意，結果它們的后代在記憶能力上也有明顯的改進，即使它們的后代沒有得到這些練習。
所有這些證據都表明，即使我們傳給后代的DNA序列沒有改變，這一代生活所造成的身體的變化也會通過某種途徑傳給下一代。這是達爾文的進化學說無法解釋的，因為一兩代人的時間對進化來說太短了，這些影響不可能通過DNA序列的變動來實現。那上面說的事實又該如何解釋呢？
原來人類（以及其他“真核生物”，即組成身體的細胞具有細胞核的生物）的DNA分子并不是“裸露”的，而是和一些蛋白質結合在一起。帶負電的DNA分子“纏繞”在帶正電的蛋白質（比如“組蛋白”）分子上，使原來“細長”的DNA分子卷成緊密的結構。這有點像一本書，它記載著建造我們身體的“遺傳密碼”。如果把DNA里面的信息比喻為書里的字句，那蛋白質就是書頁。字句是印在書頁上的，而且書頁緊密地排列起來，成為一本書。所以當你拿起一本書時，里面的信息是看不見的，除非你把書頁打開。
我們身體是由200多種類型的細胞組成的。雖然細胞的種類各式各樣，但是它們里面所包含的遺傳信息（DNA序列）是完全一樣的。之所以細胞會彼此不同（比如神經細胞和肌肉細胞），是因為它們打開的“書頁”不同。你打開這一些書頁，讀取這些書頁里的信息；我打開另外一些書頁，讀取另一些信息。這樣對遺傳信息的“選擇性使用”，就形成了各式各樣的細胞。那細胞如何有選擇性地打開一些“書頁”，又選擇性地不打開另一些“書頁”呢？這就和“書頁”自己的性質有關。
在細胞里，打開“書頁”的一個重要“開關”，就是組蛋白的“乙酰化”。從化學上講，就是在組蛋白上面的一些帶正電的基團（“氨基”-NH2）上面帶一頂“帽子”，用“乙酰基”把“氨基”上面的正電荷“屏蔽”掉。組蛋白的正電荷一減少，通過帶負電的分子（包括DNA）繞成緊密結構的力量就弱了，這一部分的DNA就會“松開”，相當于“書頁”被打開，里面的信息即可以被讀取了。
除了組蛋白，DNA里面的每個基因也帶有自己的“開關”。就是“書頁”被打開了，這些“開關”也能決定基因里面的信息是不是能被讀取。這些“開關”本身也是DNA序列，叫做“啟動子”（promoter）。它們和一些叫做“轉錄因子”的蛋白質相互作用，共同決定基因是“開”還是“關”。如果在“開關”里面的胞嘧啶（用字母C表示）上也戴個“帽子”，“轉錄因子”就“不認識”這個“開關”了，也就是不能和“開關”里面的DNA序列結合。這個DNA上面的“帽子”，就是由一個碳原子和三個氫原子組成的，叫做“甲基”的基團（-CH3）。給DNA戴上“甲基”“帽子”的活動叫做DNA的“甲基化”。這相當于給DNA戴上“隱身帽”，使基因里面的信息無法被讀取。
所以DNA里面的信息能不能被讀取，除了打開基因的開關（啟動子）和直接讀取信息的RNA聚合酶（把DNA里面的信息“轉錄”到“信使RNA”上去）外，還和DNA的“甲基化”狀況與組蛋白的“乙�；睜顩r有關。這些“修飾”并不改變DNA分子中核苷酸的順序，但是卻能影響基因中信息的讀取。
而人一生的生活經驗，無論是精神的還是身體的，都能改變組蛋白“乙�；焙虳NA“甲基化”的情形，影響我們的精神生活和身體狀況。這些不通過DNA序列改變而影響身體性狀，有時并且能傳給后代的變化就叫做“外遺傳”修飾，即發(fā)生在DNA序列外的變化。在英文中，“外遺傳學”叫做“epigenetics”。其中“genetics”是“遺傳學”，而前綴“epi-”則表示“在…之上”，“在…之外”的意思。在國內，“epigenetics”也被譯成為“表觀遺傳學”，表達的是同樣的意思。
這些“外遺傳”修飾對身體的影響很大。比如同卵雙胞胎的DNA序列是完全一樣的，按說他們得病的類型和幾率也應該是一樣的。但是醫(yī)生卻發(fā)現，有時一個人會得�。ㄈ绨籽『图t斑狼瘡），另一個人卻不得。隨后的研究表明，是他們的DNA的“甲基化”的情形不同。DNA“甲基化”的異常也和其他類型癌癥的發(fā)生有關。比如一個負責DNA修復的基因叫做MLH1，它的異�！凹谆本秃徒Y腸癌的發(fā)生有關。具有同樣遺傳物質的小鼠，毛色卻常常不同。研究發(fā)現這是因為一個叫agouti的基因的“甲基化”程度不同。
“外遺傳因素”也影響植物的性狀。比如一種叫做“柳穿魚”的植物（Linariavulgaris），它的花就有兩種形式。一種是兩側對稱的，另一種卻是中心對稱的。這兩種花細胞里面的DNA序列完全相同，不同的是一個叫Lcyc的基因的“甲基化”情形。
所以“外遺傳”因素的作用，就是影響DNA里面的信息如何被讀取。這和DNA中儲存的信息同樣重要。這就像讀一本建造身體的“使用說明書”，里面的內容都是一樣的。但是外遺傳修飾能決定你是不是能打開應該“讀”的那些書頁，或者能不能避免本不該打開的書頁被翻開。
如果DNA序列以外的修飾能夠通過生殖細胞傳給下一代，那就有了一種與DNA遺傳不同的遺傳方式，它可以把這一代身體的狀況傳給下一代。但是在實際上，我們的身體是極力避免這種情況發(fā)生的，并且在生殖的兩個階段“消除”這些“外遺傳”的修飾。
在身體形成精子和卵子的時候，DNA上面的“甲基化”和組蛋白上面的“乙�；倍际且幌匦略O定的，以適應生殖細胞的功能。同樣，受精卵在發(fā)育成胎兒時，里面DNA的“甲基化”和組蛋白的“乙�；币惨匦略O定，以適應胎兒發(fā)育的需要。這種消除細胞原來的“外遺傳”修飾的機制，才是生殖細胞中真正的“孟婆湯”。而且和人過“奈何橋”時只喝一次“孟婆湯”不同，在生殖細胞的形成階段和受精卵階段都要喝“孟婆湯”，也就是要喝這種“湯”兩次。看來生物為了下一代“重新開始”，真的是設了重重關卡，要把這一生的所有印跡都“抹掉”。
在過去，這個“抹去”印跡的過程被認為是非常徹底的，也就是覺得細胞里面的“孟婆湯”非常有效。比如在精子形成的過程中，不僅要先消除DNA原先的“甲基化”，而且還用另一種堿性蛋白質——精蛋白，來替換組蛋白。這相當于把書里面印字句的書頁紙都換成了新紙，那原來在書頁上做的“記號”（乙�；┮餐瑫r被消除了。但是在本文中所列舉的上一代的生活經歷和身體狀況對后代的影響卻表明，細胞里面的“孟婆湯”在消除這一生的記憶上并非100%有效。有一些信息能夠成為“漏網之魚”，“逃”到下一代的細胞里面去，影響基因的功能。這種“逃”出“孟婆湯”作用的機制現在還不完全清楚，但是也有了一些初步的結果。比如為精子活動所需要的基因，它們所結合的蛋白就仍然是組蛋白，而沒有完全被精蛋白取代。
“外遺傳”機制可以使動物打破DNA序列變化緩慢的限制，使得后代能迅速獲得上一代生物對環(huán)境因素做出反應而發(fā)生的變化，這對生物種群的生存和繁衍也許是有利的。但是通過“外遺傳”因子傳遞下去的效果并不總是有利的，上一代不良的環(huán)境和生活習慣對后代健康的不利影響就是明顯的例子。
當然，外遺傳并不是進化。在外因消失以后，這些外遺傳現象也會逐漸淡化消失，DNA又回到原先的調控狀態(tài)。但它在以后數代或數十代中造成的影響仍是不能被忽視的，有可能對我們的后代的健康狀況造成不良的后果。另一方面，“外遺傳”狀況的改變又是可逆的。不良的生活習慣（比如吸煙和吸毒）雖然會改變有關基因的“外遺傳”狀態(tài)，但是一旦這些不良習慣被消除，這些“外遺傳”的改變又會逐漸減弱以致消失。所以我們無論是為了自己的健康還是后代的健康，都應該改變不良生活習慣。
對于外遺傳學的研究目前還處于初期階段，其中的許多機制還不很清楚。而且“外遺傳”的機制也不限于組蛋白的“乙�；焙虳NA的“甲基化”，還包括小分子核糖核酸（RNA）的作用等。但是近年來的研究已經開始改變人們對于遺傳的思想和觀念。了解一些外遺傳學方面的知識，對我們自己和我們后代的健康，都是很有幫助的�！�
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