从精细解剖到复杂的基因组蓝图，讲述2500年来人类对生命本质的探索历程

 “我将违背我的天性，忤逆我的本能，永远爱你。......由于文化的出现，我们的人生的终极任务，将不只是繁殖，还有文化的创造和传承。”  

—道金斯（英国演化生物学家）

少年时05 | 解译生命密码

自然界中的生物多种多样，但它们却使用着同样一种语言——分子语言，用这种语言编写出大自然最复杂的密码——DNA。生物通过它，将生命的形态和特征代代相传，每一种生物因此而不同，而每一种生物中的个体因此而相似。这一串遗传密码中写着生命的秘密，科学家通过它可以找到人类远古的外祖母，窥探到一个人将来可能患什么疾病，还很有现在不治的疾病都可以由之而治愈。一旦这串密码完全解开，人类才能从本质上看清自己。

少年时70 换一个角度看生命

春华秋实，鸿雁南飞，蝌蚪变青蛙，蹒 跚学步的婴儿长成白发苍苍的老人……或多 或少，我们都对这五彩斑斓的生命世界感到 好奇，想要知晓那些关于自身与其他生命的 奥秘。不过，探索生命世界的规律却并非易事。

生物学在人类世界的发展中扮演着重要 的角色。生物学研究生命的所有方面，包括 起源、演化、分布、构造、发育、功能、行 为、与环境的互动关系，等等。科学家在探 索生物世界的过程中，不断发展出更新的思 想观念、理论模型、实验方法，在不同层面 上探索着生物的规律。光学显微镜、X 射线、 电子显微镜、分子克隆与测序技术等技术工 具的发展，以及化学、物理学、数学、计算 机等其他学科已有工具的引入，也都让生物 学家对自然的探索越来越深入、越来越复杂，也越来越成体系。

纵观生物学史，我们隐约看到两种不太相同的研究方向：在一个方向上，生物学家 对研究对象逐层“解剖”，力图弄清更微小 尺度上更精细的规律;在另一个方向上，生 物学家认为精细的“解剖”不足以还原事物 之间错综影响产生的现象，他们把生命看成 “复杂系统”，研究系统中各种具体事物之 间的普遍联系，探寻整体的规律。在生物学 发展史上，这两种研究有时此消彼长，有时 携手并进，它们还与其他科学学科紧密配合，使生物学变成一种高度交叉的前沿科学。

如今，全世界每天都产生出成百上千个新的生物学研究成果，成百上千种不同的技 术手段和研究方法被生物学家运用在实验室 中。你是否想过，这浩如烟海的知识，这已 经高度成熟的研究范式，都是怎样被前人从 这个奥妙无穷的世界中采撷而出的呢?在螺 旋式发展的生物学历史上，一代代生物学家 曾走过哪些弯路?他们如何推翻了前人的认 识，又总结出了哪些可供后人参考的经验? 本书的目的，正是要回答这些问题。

少年时92 “设计”生命-合成生物学的视角

我们都知道，我们可以从电子元件、 电子线路到电子系统，一步步地设计和 制造出一台电子计算机，那么，我们能 否从生物元件(DNA)、生物线路到生 物系统，一步步地设计和制造出一个生 命体呢?是的，合成生物学就是研究这 个过程的一门学问。

合成生物学用工程化设计理念，对 生物体进行有目标的设计、改造乃至重 新合成，突破了生命发生与进化的自然 法则，打开了从非生命物质向生命物质 转化的大门。有学者认为，这是继 DNA 双螺旋结构发现和基因组测序之后的“第 三次生物科学革命”。

不过，到现在为止，人类既未能， 也没有设想制造一个活生生的哺乳动物。

现在我们看到的合成生物学，是一种利 用细胞(如细菌)来生产我们想要的物 质的技术。这种技术以人工设计与编写 基因组为核心，对现有自然细胞进行改 造和优化，或者设计成全新可控运行的 人工细胞，并在这些“细胞工厂”里建 立各种高效率的代谢网络，完成各种生 产任务和生物新功能的创建。例如，采 用合成生物学技术，我们可以创建食品 细胞工厂，将可再生原料转化为重要食 品组分、功能性食品添加剂和营养化学 品;我们可以在各种环境中安置合成生 物学传感器来探测污染物，并利用合成 生物学技术来降解和处理污染物;我们 还可以利用合成生物学来处理信息、加 工化合物、制造材料、生产能源、研发 新的医疗方法和药物……

合成生物学是一门新兴的交叉学科， 它为生命科学研究带来了新思维、新方 法。对于初学者，让我们放弃一些传统 生物学的思维惯性，跟着科学家，用新 的思路来接触这门奇特的学问，用新的 视角来审视生命。

少年时96 认识基因——从破解到操控

本书讲述了基因研究在一百多年中的 发展历程，人类对基因的认知从破解走向了 操控。二十世纪初，科学家开始认识到生物 体的性状是由细胞核中的遗传物质决定的; 1953 年，沃森和克里克发现了 DNA 的双 螺旋结构，随后克里克建立了遗传信息从 DNA 流向 RNA，再到蛋白质的中心法则; 2000 年 ,“人类基因组计划”初步完成，由 此进入对基因系统性研究的组学时代;2012 年，科学家发现了 CRISPR/Cas 基因编辑系 统，并将其发展成了强大的基因改造工具。 与以上这些里程碑式事件同时发展的是基因 工程，随着限制性内切酶的发现，人们开始 在分子水平上对基因进行操作，“兴建”了 各种细菌工厂以生产特定的蛋白质，准确修 改动植物的基因组以获得期望的表型。众多 与各种疾病相关的基因和基因突变被发现， 让我们可以采取针对性的治疗，使临床医学 进入了分子时代。

从学科归属看，基因研究属于分子生 物学和分子遗传学的范畴。当科学家明确了 DNA 分子是构成基因的主要成分，并发现 DNA 决定表型的认知范式，就使“经典遗 传学”进入了“分子遗传学”时代;而随着 DNA 双螺旋分子结构的确认，以及随后通 过生物大分子特性对生命现象进行了深入的 研究，分子生物学也逐渐从生物化学和分子 遗传学分离出来，成为上个世纪末至本世纪 生命科学的热点。

基因分子生物学研究是现代生物学与医 学研究的基石。“少年时”丛书涉及大量生 物学与医学的内容，撰写这些章节的作者有 时会假定读者已经掌握了基因的基本知识， 而直接在此基础上展开内容。我们希望本书 可以作为一本比较系统的基因分子生物学基 础书，为读者铺垫这方面的基本知识，或者 解答读者阅读其他“少年时”生物学与医学 书籍相关文章时可能产生的疑问。

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