基因到底是什么？

先说结论：基因既不是像细胞那样的“生命单位”，也不是像原子那样的“物质颗粒”。最接近的说法是“信息”，也就是一段文字。

我们的细胞里有一种非常细长的分子，叫作 DNA。DNA 上整齐地排列着 A、T、G、C 四种“文字”，排列顺序就是信息。基因，就是这条长长的文字串中，写着“制造身体零件的方法”的一个区段。

基因“在哪里、以什么形态”存在？我们从人体开始，一级一级放大来看。

人体由约 37 万亿个细胞组成。大多数细胞的中央都有一个叫细胞核的小袋子，DNA 就收在里面。

令人惊讶的是它的长度。把一个细胞里的 DNA 拉直，竟有约 2 米长，却装在直径不到百分之一毫米的细胞核里。秘诀是“线轴”：DNA 缠绕在一种叫组蛋白的蛋白质上，再层层折叠，被紧凑地收纳起来。

再放大，DNA 是两条链扭成螺旋的双螺旋。组成这些链的，是碳、氢、氧、氮、磷这些极其常见的原子。也就是说，把基因当作“物”来看，它是原子规则相连的分子的一部分；但它的价值不在原子本身，而在 A・T・G・C 的排列顺序。

“基因像细胞，还是像原子？”我们用一张表来回答。

那么，在 DNA 的文字串上，基因是怎样排列的呢？放大其中一小段，大概是这样的。

用书来比喻，整体关系是这样的：

• 基因组 ── 一个人的全部信息，约 30 亿个字母的大全集
• 染色体 ── 全集中的“卷”。人有 23 卷，父母各给一套，共 46 册
• 基因 ── 一道菜谱。作为蛋白质设计图的约 2 万个
• 密码子 ── 由 3 个字母组成的“单词”，一个单词代表一种氨基酸
• 碱基 ── A・T・G・C 四种“文字”

其实，作为蛋白质设计图被读取的部分，只占整个基因组的约 1.5%。其余部分包括基因的开关（决定何时、用多少的部分）、另一种分子 RNA 的设计图，以及作用还不太清楚的部分。

看看发现的历史，就更能理解基因是“信息”这件事。基因在被显微镜看到之前，先是作为“看不见、但肯定存在的单位”被提出来的。

在孟德尔的时代，基因还是“计算上的存在”。经过约 90 年，人们才知道它是写在 DNA 分子上的文字排列。

基因光是写着什么也不会做。要被读取、制造出蛋白质，才开始起作用。这个流程在几乎所有生物中都是共通的。

1. 转录 ── 在细胞核内，只把需要的基因部分抄写成叫作 mRNA 的副本。重要的原本（DNA）不出细胞核，只把副本带出去
2. 翻译 ── 在细胞核外，名为核糖体的“工厂”每次读 3 个字母，把对应的氨基酸一个个连接起来
3. 折叠 ── 连接好的氨基酸链折叠成固定的形状，蛋白质就完成了

4 种字母每 3 个排成一组，共有 64 种组合，用来指定 20 种氨基酸和“读完了”的信号。这样制造出的蛋白质，才是身体里真正干活的角色。

只是一串文字排列的基因，为什么对生物有这么大的影响？原因大致有四个。

1. 所有细胞都拥有同一套全集

我们都是从仅仅一个受精卵开始的。受精卵每分裂一次，DNA 就把两条链解开，各自作为模板准确复制（A 配 T、G 配 C，只要有一条就能复原另一条）。于是，37 万亿个细胞中的绝大多数，都各自拥有一套相同的全集。

2. 因为它是制造、驱动身体的“工具”的菜谱

正如上一章所见，身体的材料、化学反应、信号和防御，实际都由蛋白质承担。它们全部的做法都写在基因里，所以基因一旦改变，影响可能波及身体的各个角落。

3. 用开关切换要用的页面

神经细胞和肌肉细胞拥有的全集是一样的，不同的是翻开了哪一页。细胞会打开或关闭基因的开关，只使用需要的基因。所以，同一份设计图，能生出形态和功能完全不同的细胞。

4. 因为它会从父母传给子女

人的大多数基因都有两份，一份来自父亲，一份来自母亲。人与人之间的文字排列99% 以上相同，剩下的细微差别，形成了长相和体质的个性。有时仅仅一个字母的差别就会改变蛋白质的形状，成为疾病的原因（例如镰状细胞病）。

这大概是最让人在意的部分。答案是：有“基因决定的事”，也有“光靠基因决定不了的事”。

生 ── 从一个细胞造出身体的程序

受精卵以什么顺序分裂、哪里成为头、哪里成为手——这些造身体的步骤，是按照写在基因里的程序进行的。有趣的是，程序里甚至包括“细胞自己死去”的步骤。胎儿的手一开始手指之间是连着的，中间的细胞按计划消失后，五根手指才分开。揭示这种“程序性细胞死亡”机制的研究，获得了 2002 年诺贝尔生理学或医学奖。即使在成人体内，每天也有超过一万亿个细胞以这种方式更替。

老 ── 次数券，以及一点点累积的损伤

染色体的两端有叫作端粒的“保护帽”，细胞每分裂一次就会变短一点。它就像分裂的次数券，即使是胎儿的细胞，分裂约 50 次后也会变成不再增殖的“衰老细胞”。此外，DNA 几乎每天都会受到紫外线、辐射、活性氧等的损伤，没能修复的损伤会随年龄不断累积。

那么，寿命本身是由遗传决定的吗？2018 年一项分析了超过 4 亿人家谱数据的研究估计，寿命差异中能用遗传解释的不到一成（7% 以下）。看起来是长寿家族，很多其实是因为共享相似的生活方式和环境。

病 ── 几乎注定的疾病，与改变“易感性”的疾病

疾病与基因的关系，大致可分为两种：

• 由一个基因的变化几乎决定的疾病 ── 例如亨廷顿病，是 HTT 基因中“CAG”这 3 个字母的重复过长所致。重复 40 次以上几乎必定发病，多数在 30～40 多岁出现症状。只要从父母那里继承一份改变了的基因就会发病
• 许多基因与环境交织的疾病 ── 2 型糖尿病、高血压等许多常见病属于这一类。数百个各有微小影响的基因差异叠加起来，改变“易感性”，再加上饮食、运动、睡眠等因素共同决定

癌症也是基因的疾病，但多数并不是从父母那里继承的。它是在一生中，体细胞的 DNA 损伤不断累积、细胞增殖的“刹车”坏掉而引起的。这种体细胞的变化不会遗传给子女。

死 ── 细胞的死是程序，人的寿命不是剧本

在细胞层面，死亡确实是基因程序的一部分。但是，并不存在决定一个人几岁去世的“死亡基因”。衰老与端粒、DNA 损伤、身体的修复能力等许多基因和环境有关，也有偶然的成分。