編輯推薦

“刑警為什麼能利用一根毛發破解謎團，人體為什麼會産生‘點燃愛情的火花’，高矮胖瘦都是天生的嗎，我們腸道裏的細菌是敵人還是朋友？”《你身邊的遺傳奧妙》將會告訴你答案。

² 本書編寫瞭94個與我們息息相關的關於遺傳知識的話題 書中的話題涉及各個方麵，比如與我們日常飲食密切相關的轉基因技術與食品安全、一直爭議不斷的為什麼會有同性戀、由霧霾頻現引發的熱門話題—環境汙染怎樣引發疾病以及生動有趣的假如愛因斯坦與女秘書結婚等等。

² 書中涉及瞭人類、動物、植物和微生物組成瞭4個篇章 遠到深奧的生命密碼、生物性彆，近到如何健康生活、怎樣解釋日常瑣事，將科學融於生活，深入淺齣，通俗易懂。

內容簡介

　　作者在這本小冊子裏，編寫瞭近百個與我們生活息息相關的有關遺傳知識的有趣和有用的話題，每個話題獨立成章，分彆涉及人類、動物、植物和微生物的生命奧秘；同時按“生命密碼”“生物性彆”“健康生活”和“精彩世界”四項歸類，組成A篇、B篇、C篇和D篇，通俗解釋遺傳和環境在其中的作用，融科學於日常，變深奧為淺顯，化艱澀為生趣，適閤對生命的遺傳奧妙感興趣的朋友們閱讀，也是大中學生學習生物課很好的課外參考讀物。

作者簡介

　　李惟基，男，1939年生，中國農業大學教授。長期講授遺傳學並從事育種基礎研究，獲得國務院頒發的政府特殊津貼及榮譽證書。已主編《遺傳學》《新編遺傳學教程》，閤作編著《甘薯育種學》等。
　　
　　楊玉霞，女，1979年生，北京大學講師。中國科學院博士，美國馬薩諸塞大學博士後。現講授醫學遺傳學並參編教材，同時主持國傢和北京市自然科學基金項目，己在國內外期刊發錶論文多篇。

目錄

A篇 泛談生命密碼
我們繼承瞭父母的什麼
——什麼是遺傳物質
發熒光的煙草、兔子和行道樹
——遺傳物質的佐證
生旦淨醜一颱戲
——生命密碼的組成
轉基因技術與食品安全
——生命密碼的輸入
長肉不長膘的新型豬誕生瞭
——生命密碼的剔除
精選胚胎可獲得健康寶寶
——生命密碼的選擇
父母怎樣傳輸生命密碼給子女
——生命密碼的復製和傳遞
生命密碼怎樣錶達生命現象
——生命密碼的轉錄和翻譯
五顔六色的天然絲綢從哪裏來
——生命密碼産物之一：結構蛋白
煤氣中毒是怎樣發生的
——生命密碼産物之二：運輸蛋白
為什麼牛羊同吃青草，卻擠齣不同的奶
——生命密碼産物之三：酶
屢禁不止的競技興奮劑
——生命密碼産物之四：激素
螞蟻窩的裏裏外外
——生命密碼的間接産物：信息素
為什麼注射疫苗能免疫
——生命密碼産物之五：抗體和抗原
科素亞和立普妥怎樣降血壓和降血脂
——生命密碼産物之六：受體
玉米籽粒上的彩繪
——調控基因一
轉基因羊産的抗凝血藥物為什麼能集中在羊奶裏
——調控基因二
DNA指紋怎樣破解謎團
——基因外DNA序列
到底先有蛋還是先有雞
——密碼錶達的時間和空間
動物不結婚也能子孫滿堂嗎
——動物密碼重新錶達的潛能
玻璃管裏種莊稼
——植物密碼重新錶達的潛能
動植物細胞能否返老還童
——密碼重新錶達的方嚮
雙胞胎是否起源於同一枚受精卵
——密碼錶達與發育類型
“誰言寸草心，報得三春暉”
——發育類型與進化

B篇 漫話生物性彆
C篇 健康生活閑言
D篇 精彩世界絮語
附錄 遺傳學緒論
參考文獻

精彩書摘

A篇 泛談生命密碼

每種生物都在各自的生命密碼支配下，經曆各自的生老病死過程。這種互不相同的生命密碼叫做基因，它們都是以特定的簡單化學物質為材質構成的。那麼，這種簡單的化學物質用什麼方式分彆貯存著各種生物之間韆差萬彆、豐富多彩的生命密碼呢？這許多生命密碼又怎樣先後有序地經過生物細胞裏的化學反應，産生哪幾類不同性質的蛋白質，從而演繹齣活靈活現的各種生命現象呢？與此同時，生命密碼又怎麼能夠使各種生物，在漫長的曆史長河中世代相傳、生生不息呢？如果你對這些問題感興趣的話，就請閱讀本篇，本篇正是試圖通過我們身邊多方麵的生活實例，通俗地和你聊聊這些基本的科學道理。

A04 轉基因技術與食品安全

——生命密碼的輸入

轉基因技術是科學界在確認DNA為遺傳物質之後的一項重大技術成就，也叫基因工程。它通過嚮生物細胞插入一段能夠錶達特定蛋白質的DNA片段，使生物獲得新的生命密碼，從而産生新的性狀。這種能夠錶達特定蛋白質的DNA片段就稱為基因。雖然這種技術在遺傳學上和常規雜交育種、誘變育種和遠緣雜交育種沒有本質區彆，都是使生物獲得另一種生物的基因；但是比起常規雜交來，更具有明確的目的性；比起誘發突變來，更具有預見性；比起遠緣雜交來，更具有獲得目標基因的可靠性。因此，可以稱為創造生物新類型途徑的“升級版”。

目前，轉基因技術已經取得瞭令人矚目的成就。醫藥方麵，已有300多種蛋白藥物可以通過基因工程獲得，其中有些已經通過嚴格的療效檢測、動物試驗和臨床測試。比較常見的有胰島素、乾擾素、生長激素、促紅細胞生成素等。另外還有許多用於抗腫瘤、溶血栓、治療血友病、減肥、抗中風等的藥品。預計基因工程藥物將成為21世紀藥業的支柱。此外，人們還翹首關注抗艾滋病的轉基因病毒疫苗早日問世。

微生物利用方麵，經過轉基因改造而成的“工程菌”一般生長迅速、能專一地降解汙染物，在處理汙水、淨化氣體、去除海洋石油汙染等方麵都可以發揮巨大作用。有的還可用於冶金采礦、二次采油、食品加工、降解殘留農藥等方麵。

圖A04-1 超級細菌的構建

種植業方麵，目前的主要成就錶現在培育抗病、抗蟲和抗除草劑的農作物品種。這些新品種的推廣在確保農作物産量和品質的基礎上，減少瞭農藥的使用，有利於保護自然環境和降低農業生産成本。以玉米為例，蘇雲金杆菌Bt製劑作為生物殺蟲劑應用於作物保護已有50多年的曆史，但是在目前農作物保護市場上占的份額仍然不足1%，主要原因是田間效果不穩定、在紫外綫下易分解、持效期短、對隱蔽害蟲效果不大、在玉米田使用操作睏難等。而今科學傢將Bt的殺蟲蛋白基因轉到玉米中，使玉米也能生産這種蛋白，當害蟲危害取食玉米時，在其中腸堿性溶液及酶的作用下被活化，就能殺死害蟲。

我國近9年來的中央一號文件，6次提到瞭轉基因技術，這就足以說明,中國這樣一個人口大國決不允許在這種前沿技術方麵落後。如果我們的技術停滯不前,就會受製於他國,對於我國種子業、糧食等方麵的戰略安全是很不利的。

然而，轉基因技術作為一門高新技術，還不為公眾所熟悉，所以在取得成就的同時，它的安全性，特彆是食品安全性，自然也引起瞭社會上廣泛的關注。其實，說到安全不安全，我們需要對每一件轉基因産品進行逐個的具體分析，就好比在常見食品裏，有的蘑菇是安全的，也有的蘑菇是有毒的，需要區彆對待而不應籠統地肯定或否定。正因為如此，我國政府部門對每一件轉基因食品，不論自産或進口的，都嚴格製定和執行相關的管控條例，其中包括懲處未經國傢審批而私自投放市場，或雖持有品種安全證書但違規銷售其種子的行為。

圖A04-2 轉Bt基因玉米的殺蟲原理和食品安全性

此外，目前我國社會上關於轉基因的爭論,很大層麵上是科學普及不到位造成的。例如曾有人錯誤地認為，抗蟲玉米的bt基因編碼的bt蛋白，既然能殺死害蟲也就有可能置人於死地。其實，人的腸胃液環境是酸性的，Bt蛋白在人體不會被活化，而且人、魚、傢畜、傢禽等的腸道細胞也沒有這類蛋白的有效結閤位點，因此是安全的。這就好比番茄堿、辣椒素都能殺蟲，但是並不妨礙番茄和辣椒成為許多人喜愛的食物。鑒於目前社會上存在著爭論，2015年的中央一號文件除瞭重提加強農業生物轉基因技術研究和安全管理之外，還首次寫進瞭加強轉基因科學普及的要求。

A06 精選胚胎可獲得健康寶寶

——生命密碼的選擇

2013年5月，一對夫妻來到北醫三院生殖中心就診。患者是丈夫，他患有遺傳病，曾經多次手術治療，十分痛苦。就診目的是請求醫院幫助他們生一個健康寶寶，避免下一代也承受那般痛苦的摺磨。

據檢查，他的病因是某一對等位基因當中的一個發生瞭堿基缺失。或許大傢都知道，堿基是生物遺傳物質DNA的組成部分，就像是一部機器上必不可少的一個重要零件，不同的堿基序列組成不同的基因。倘若某個基因發生個彆堿基的替換、插入或缺失，就有可能使這個基因不能正常執行功能而引發疾病。類似這位男患者患的這類單基因病，大部分具有緻死性、緻殘性或緻畸性。除瞭有一部分可以進行提前預防，或通過某些治療方法進行校正之外，大部分目前還沒有找到有效的治療手段。患者的後代中，無論男孩女孩都有一定的可能性患同樣的疾病，這對夫妻將來的孩子是否正常就看胚胎繼承的是父親那一對基因中的哪一個——是正常的一個呢，或是發生堿基缺失的那一個。因此，醫院決定采用胚胎基因診斷的方法，幫助他們篩選具有正常基因的胚胎。

圖A06-1 精選早期胚胎

醫院首先通過輔助生殖技術，也就是試管嬰兒技術，將妻子的卵細胞同丈夫的精子，在試管裏進行融閤，結果獲得瞭18枚質量好的胚胎。

接著，利用顯微操作技術，從這些胚胎中獲得瞭極少量細胞。然後，采用他們研究團隊研發的最新技術，將這些極少量胚胎細胞中的DNA均勻擴增上百萬倍，用以滿足基因分析對樣本規模的需求。

在這基礎上，研究人員檢查瞭上述胚胎細胞，觀察其中染色體的數目和結構有沒有異常；同時準確地、單位點地檢測瞭關鍵基因的DNA分子結構。最後發現，這18枚胚胎中隻有3枚胚胎是完全正常的，也就是基因既不包含緻病位點又不包含新發現的突變位點，同時染色體數目和結構也都正常。

2013年12月，3枚胚胎中質量最好的1枚，被移植到那位遺傳病患者妻子的子宮內，結果胚胎成功著床，發育正常。隨後，抽取孕婦羊水細胞，也就是胎兒正常脫落、漂浮在母體內的細胞，用以進行染色體和及其攜帶的關鍵基因的檢測，確認瞭胎兒的染色體和及其攜帶的關鍵基因都正常。

2014年9月，孕婦順利分娩。嬰兒體重4030剋，身長53厘米。隨後，對臍血細胞的基因檢測再次證實，嬰兒不含緻病位點。至此，夫妻二人終於擁有瞭一個健康的寶寶。

A07 父母怎樣傳輸生命密碼給子女

——生命密碼的復製和傳遞

科學傢已經用許多實驗證明瞭，我們從父母那裏直接繼承的是他們的DNA。DNA是一種化學物質，不同的DNA分子具有不同的化學結構。我們的身軀是按照各自父母DNA的化學結構建造起來的。我的相貌像我的父母，你的相貌像你的父母，這是因為你父母的DNA化學結構和我父母的DNA化學結構有所不同。這些互有區彆的DNA化學結構，就是不同的遺傳信息，或者叫做不同的生命密碼。

那麼，父母的生命密碼是怎樣傳輸給我們的呢？這就要說到承載密碼的DNA的功能瞭。首先是DNA能夠自我復製。也就是說，一個DNA分子能夠變成兩個DNA分子，這兩個新産生的DNA分子，化學結構彼此相同，並且也和復製前的那一個DNA分子相同。我們通常把復製前的那個DNA叫做親DNA，把復製後産生的兩個新DNA叫做子DNA。就分子水平上來說，它們之間可以說是親子關係，上下代的關係。這親子DNA之間，因為分子結構相同，所以攜帶的生命密碼相同。這就為親代的性狀重新錶現於子代，奠定瞭物質基礎。

圖A07-1 DNA復製

那麼，子DNA又是怎樣將生命密碼帶給子代的呢？依靠的是細胞分裂。我們知道，生物體從小到大的生長，靠的是細胞數目的增加，而細胞數目的增加靠的是細胞的不斷分裂，一個變兩個，兩個變四個，四個變八個……，每一次分裂形成的兩個新細胞叫做子細胞，原來那一個舊的細胞叫做親細胞。就細胞水平上來說，親細胞和子細胞之間是上下代的關係。在這個過程中，DNA分子也同步地復製，並且及時地將新形成的子DNA分配到新形成的子細胞裏。

圖A07-2 細胞的分裂、增殖

因此，在生物體的生長過程中，細胞與細胞之間，它們DNA的化學結構一般彼此相同，都攜帶著相同的生命密碼。在生物體達到性成熟形成性細胞之後，這些和親代相同的生命密碼，就被性細胞通過受精傳給下一代生物體瞭。父母的生命密碼就這樣傳輸給瞭我們。

總之，因為DNA具有自我復製的本領，所以生物的生命密碼纔有可能穩定地帶給下一代生物體，父母的生命密碼纔有可能穩定地傳輸給我們。

A A13 螞蟻窩的裏裏外外

——生命密碼的間接産物：信息素

一隻螞蟻發現食物時，能夠召集同住一窩的一大群同伴組成漫長的運輸隊伍，安全、有序地將食物搬迴窩裏，靠的是什麼呢？主要就是螞蟻釋放到體外的各種信息素。這些信息素屬於固醇類激素，但是它分泌到體外，作為同種生物個體之間交流的化學語言。群居的昆蟲能釋放各種信息素，例如聚集信息素、告警信息素、示蹤信息素、標記信息素，以及性信息素等。這些信息素是經過一係列生物化學反應産生的，歸根到底離不開生命密碼——基因的作用，是基因錶達的間接産物，但不是基因直接錶達的蛋白質産物，這是我們應當正確區彆的。
雖然常見螞蟻分散四處覓食，但隻要有誰發現瞭食物，除瞭趕緊銜一小塊迴巢去之外，沿途還會記得分泌齣芳香訊號，用以緊急通知同伴前來支援。附近聞到香味的螞蟻會一路嗅著這條芳香路綫找到食物，每隻螞蟻銜一小塊食物，通力閤作將所有食物搬迴窩巢。由於一同前去的螞蟻都散發齣氣味，這就使來迴的路上成瞭“氣味長廊”，成群螞蟻就會沿著這條長廊而忙碌地搬運食物，這些沿著香味移動的螞蟻就形成瞭一排漫長的隊伍，有秩序地前行。螞蟻分泌的這種芳香物質就是信息素，由於它的揮發性大，幾分鍾過後，食物都運迴瞭窩巢，香味也就消失瞭，不會再有螞蟻前來。

圖A13-1 螞蟻按照信息素的分布搬運食物

現在讓我們再進到螞蟻窩裏瞧瞧吧。螞蟻一般以一窩為一個傢庭。一窩螞蟻一般有500～2000隻，一年可繁殖分齣15～25窩。一窩中同時存在蟻後（雌性）、蟻王（雄性）、兵蟻和工蟻。工蟻專門築巢、覓食、育幼等，數量最多；兵蟻負責保衛群眾安全，數量較少。蟻後上鄂腺能釋放"女皇信息素"，又稱"女皇物質"。這種"女皇物質"散發在蟻群內，能夠抑製工蟻的卵巢和生殖係統的發育，使工蟻專心緻誌於除産卵外的一切群內外工作。兵蟻的主鄂腺分泌物也是一種信息素，起的是防衛、報警作用，所以叫做報警信息素。工蟻的直腸附近有一個直腸腺能分泌示蹤信息素，混在糞便中來標記蟻群的領地；腹腺分泌物起著對近距離物體的定位作用；毒囊附近有一種杜氏腺，其分泌物起報警、召集作用，常和毒液一起從螫針泌齣。螞蟻還能利用氣味辨彆誰是同族，誰是異族。如果誤入異族巢穴被發覺，它的命運可就悲慘瞭。

A15 科素亞和立普妥怎樣降血壓和血脂

——生命密碼産物之六：受體

我們使用的許多藥物，要和細胞裏相應的受體結閤，纔能發揮作用。受體是什麼呢？受體是由基因錶達的一類特殊的蛋白質分子。

舉例來說，有一類抗高血壓藥，例如洛丁新、科素亞等，這類藥物被統稱為“血管緊張素酶抑製劑”（簡稱ACEI），也是結閤特定的受體纔起到降低血壓作用的。

原來，血管緊張素酶在人的多種器官能夠同AT1受體結閤而引起血管強烈收縮和平滑肌細胞增生，以緻血壓升高；而上述ACEI類藥物能夠選擇性地結閤AT1受體，從而抑製血管緊張素酶同那種受體的結閤。因此，足夠劑量的藥物纔能競爭得過血管緊張素酶去和那些受體結閤，從而有效地降低血壓，例如有些患者每天服用50mg的科素亞就可以將血壓維持在130-140/80-90mm汞柱之間；而對於另一些患者來說，則需要每天服用100mg的科素亞纔能將血壓降到140/90mm汞柱，錶現為不同患者對同一種藥物具有不同的敏感程度。

圖A15-01 血壓升高和藥物降血壓的原理之一

此外，目前廣泛使用的一種強降血脂藥物叫做阿托伐他汀鈣片，商品名稱叫做立普妥。在2011年全球最暢銷的20種藥品中，阿托伐他汀鈣片居於首位，達到133億美元。它的治療作用也和受體有密切的關係。原來，人的肝髒是閤成膽固醇和清除低密度脂蛋白（後者俗稱“壞膽固醇”）的基本作用位點和重要部位。而立普妥是肝髒內某種還原酶的選擇性、競爭性抑製劑，能通過抑製還原酶和膽固醇閤成而降低血漿膽固醇和脂蛋白水平，並通過增加肝髒細胞錶麵的低密度脂蛋白受體數目，而增強肝髒對低密度脂蛋白的攝取和分解代謝；同時還能降低低密度脂蛋白的生成和顆粒數目。

通過以上介紹，我們應該知道，許多藥物是在和細胞裏相應的受體結閤之後纔發揮治療作用的。能夠同藥物結閤的受體稱為有效受體。但是，細胞裏有效受體的數量有限，在同藥物的結閤達到飽和時産生最大效應，倘若這時再增加藥物濃度，就不可能有更多的受體被結閤，藥效也就不會再增加瞭。

倘若病人長期使用同一種藥物，也可能對他的這種疾病失去療效，有人稱之為“脫逸現象”，本質上也有可能是因為受體結閤部位已經飽和的緣故。在中止使用同種藥物一個時期之後，或者換用另外一種藥物，因而所結閤的不是同一種受體的時候，則還有可能恢復療效。

19 到底先有蛋還是先有雞

——密碼錶達的時間和空間

很早以前就聽說過這樣一則笑話，說的是一對夫妻麵對一籮筐雞蛋商量著怎麼發傢緻富。丈夫說，他準備孵蛋養雞，養雞生蛋，反復循環就會蛋越來越多，雞也越來越多，每次賣齣去賺來的錢自然也就越來越多，到時候生活就會過得越來越好。說到這裏，妻子問他：“然後呢?”丈夫想瞭想，突然興奮地冒齣瞭答案：“討個小老婆！”妻子聽瞭火冒三丈，猛然站起來，抬起腿一腳踢翻瞭那一籮筐雞蛋，結果全都碎瞭，碎的不僅是雞蛋，並且還有他們的發傢緻富夢。

我們且不在這裏討論這則笑話給予我們的生活啓示，而是著重關注一下“雞生蛋，蛋生雞”這樣一個無窮循環裏，到底是先有蛋還是先有雞。這個有趣的謎題，韆百年來百姓茶餘飯後各執一詞，“公說公有理，婆說婆有理”，科學界的爭論也長期難分勝負。

在這個問題的爭論裏，科學傢們一般都傾嚮於先有蛋。例如在本世紀初，一位基因學專傢曾經認為，第一隻雞在誕生之前，是包在蛋裏的一個胚胎，而那個胚胎的基因與生齣來的這隻雞的基因是相同的，所以說先有蛋而後有雞。一位哲學傢還從哲學的角度支持那位基因學專傢的觀點，他指齣，第一隻雞不可能是從其他動物所生的蛋中孵齣來的，所以隻能是先有雞蛋纔有雞。一位古生物學者研究瞭恐龍蛋的化石之後，推論恐龍首先建造瞭類似鳥窩的巢穴，産下瞭類似鳥蛋的蛋，然後再進化成鳥類，雞就是屬於這樣進化來的一種鳥類，因此認為雞蛋先於雞之前就存在瞭。

直到2010年，英國兩位科學傢纔報道說，他們終於破解瞭這個謎題，給齣瞭“先有雞”的明確答案。他們發現，雞蛋殼的形成需要一種稱為OC-17的蛋白質；他們並且掌握瞭這種蛋白質參與雞蛋殼形成的過程。同時又發現，這種蛋白質隻能在母雞的卵巢細胞中産生，而不存在於雞的其他細胞。因此得齣結論，隻有先有瞭雞，纔能有雞的卵巢，從而纔能夠産生第一枚雞蛋。

圖19-1雞的OC-17基因隻在母雞的卵巢細胞錶達

先有蛋還是先有雞的問題，現在終於有瞭明確的答案。我們接著需要關注的，是答案所依據的關鍵性實驗結果：那種稱為OC-17的蛋白質，隻在母雞的卵巢中産生，也就是說，決定那種蛋白質的OC-17基因隻在卵巢錶達。不錯，雞的全身細胞都擁有完整的各種基因；可是形成蛋殼所必需的那種蛋白質卻偏偏隻在卵巢齣現。這就說明，OC-17基因的錶達時間和地點是受調控基因控製的，就好比集中停留在車場的各路公交車，司機都必須聽從調度員的指揮，發車的時間、路綫和去嚮都有明確的規定。雞也一樣，雞的調控基因隻允許OC-17基因在成熟的雞卵巢細胞裏錶達，換句話說，成熟的雞卵巢細胞纔具備OC-17基因錶達的環境條件。

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