為什么每個人都是特別的？——談?wù)劵虻摹跋磁啤?/h4>

朱欽士

2012年05月31日

  現(xiàn)在地球上的人口已經(jīng)超過70億，光是在中國就有超過13億人。在我們見過的人中，無論是自己直接接觸到的家人、鄰居、同學(xué)、同事，還是在公共場合遇見的人，以及從電影，電視，報紙，書刊上看見的人，每個人都有自己的特征，沒有兩個人是完全相同的。不僅人與人之間臉形、身材、膚色、體質(zhì)，患各種病的幾率不同，而且每個人的性格、思想、觀念、表情、動作、習(xí)慣、愛好都不一樣。這些專屬于每個人的東西，就組成了這個人的“特質(zhì)”，把一個人和另一個人區(qū)別開來。“特質(zhì)”是相當穩(wěn)定的。人的身體可以變老，但是人的“特質(zhì)”卻變化不大。即使是老同學(xué)幾十年不見面，再相遇時也許已經(jīng)面目全非，但我們還是可以很快辨別出誰是“當年的那個人”，絕不會把這個同學(xué)誤認為是另一個同學(xué)。

  那人與人之間為什么有這么多差別呢？

遺傳物質(zhì)的作用

  首先要考慮的當然是遺傳因素。俗話說，“種瓜得瓜，種豆得豆”，牛生不出羊，貓也生不出老鼠，就是因為它們的遺傳物質(zhì)不同。就是人，黃種人之間結(jié)婚也生不出白人或黑人。即使是在同一民族中，除了同卵雙胞胎外，也沒有兩個摸樣相同的人。在拍中國近代的歷史片時，就是從13億人中去尋找，也找不到和已經(jīng)去世的任何一位國家領(lǐng)導(dǎo)人模樣完全相同的人，就連七，八分像的都難以找到。這些事實都說明，一個生物體的性狀首先是由遺傳物質(zhì)決定的。

  除了一些病毒外，地球上所有生物的遺傳物質(zhì)都是由脫氧核糖核酸，即DNA構(gòu)成的。每個人都有不同于其他人的“特質(zhì)”，首先就在于除同卵雙胞胎或同卵多胞胎以外，沒有兩個人的DNA是完全一樣的。反過來，同卵雙胞胎（由同一受精卵分裂而來，所以具有相同的DNA）之間高度的相似性（相對于一般人而言），又從反面證明了DNA對生物性狀的重要性。

  我們身體里面的各種生命活動主要是靠各種蛋白質(zhì)分子來執(zhí)行的，而蛋白質(zhì)又是由DNA來編碼和控制的。是DNA決定在什么時間，在什么細胞里面，生產(chǎn)（生物學(xué)里面叫“表達”）出什么種類的蛋白質(zhì)，以及生產(chǎn)多少。DNA有差別，生成的蛋白質(zhì)的種類，數(shù)量，性質(zhì)，以及出現(xiàn)的時間和地點也會有一些差別。這些差別就造成了細胞內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)進行程度的差異，以及各種信息傳遞鏈運作狀況的不同。這是人與人之間差別的遺傳學(xué)基礎(chǔ)。

  人的“遺傳密碼”是由約30億個“堿基”（可以看成為“字母”）“拼寫”而成的，為大約20,000種類型的蛋白質(zhì)編碼。和英文有26個字母不同，人的遺傳密碼的“字母”只有四個，即A、G、C、T，分別代表腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶。人之間DNA的差異，主要是單個“字母”的差異，叫做“單核苷酸多態(tài)性”。比如在DNA的某個位置，你是A，我是G，你是C，我是T，等等。如果這種“字母”的差別能影響蛋白質(zhì)的組成（比如改變蛋白質(zhì)中的一個氨基酸），或者改變蛋白質(zhì)“表達”的時間，地點，和多少，就會對人的性狀發(fā)生影響。

  遺傳物質(zhì)對生物性狀的重要性，最直接的證據(jù)就是由DNA的缺陷所引起的各種疾病，包括由父母的DNA傳給下一代的疾病，比如色盲、白化病、先天性耳聾、多指，等等。近年來，隨著人的整個基因組（全部DNA序列）被測定，還發(fā)現(xiàn)了若干與人身體的性狀有關(guān)聯(lián)的DNA變異。比如在青藏高原高海拔地區(qū)居住的藏族人，HIF-1基因的變化使他們血液中紅血球的數(shù)量不會像住在平原上的人到西藏后那樣急劇升高，因而他們不會得高原病。在中東和歐洲畜牧業(yè)發(fā)達的地區(qū)，乳糖酶基因（LCT）的變化使得帶有這種基因的人在成年以后仍然在腸壁細胞中“生產(chǎn)”乳糖酶，因此這些人成年后繼續(xù)喝牛奶不會像許多中國人那樣腹瀉和脹氣。高緯度地帶的白人合成和轉(zhuǎn)運黑色素的基因發(fā)生變化，所以他們的皮膚顏色最淺，以盡可能有效地吸收高緯度地帶斜射的陽光來合成維生素D，而赤道附近的黑人就沒有這些變化。

  就是人的脾氣也受DNA的影響。比如在大腦中的神經(jīng)細胞之間傳遞信息的分子（叫“神經(jīng)遞質(zhì)”）中的多巴胺，就和許多神經(jīng)活動的特質(zhì)有關(guān)，包括情緒。多巴胺有許多種“受體”（細胞表面結(jié)合多巴胺，并且把信息傳遞到細胞內(nèi)部的蛋白質(zhì)分子）。其中的第四類受體（DRD4）的基因中含有由48個“字母”組成的重復(fù)序列。不同的人DRD4基因中所含的重復(fù)序列數(shù)目不同，最少的只有兩個，最多的有12個。遺傳分析發(fā)現(xiàn)，具有7個或7個以上重復(fù)序列的人（7R+），容易發(fā)生注意力缺失、多動癥、沖動、喜歡冒險、以及高危險的性行為。另一種神經(jīng)遞質(zhì)，五羥色胺（又叫“血清素”），也和情緒有關(guān)。腦中有一類蛋白質(zhì)叫做“單胺氧化酶”的，其中的A型主要負責分解五羥色胺。如果它的活力不足，就會造成腦中五羥色胺的濃度過高，使人富有攻擊性。在荷蘭就發(fā)現(xiàn)了這樣一個家族，他們的A型單胺氧化酶基因有變異，生成的酶沒有活性。結(jié)果這個家族的幾代人中，都有人因暴力犯罪而坐牢。所有這些事實都表明，DNA的差異對人的健康和性狀有直接的影響。

  就是同一對夫妻的子女，不僅模樣彼此不同，習(xí)性也可以南轅北轍。那人之間DNA的差別是如何形成的呢？為什么同一對父母所生的孩子，DNA也彼此不同呢？

人之間DNA的差異，主要是每一代人都對其父母的基因進行“洗牌”

  人之間DNA的差異很小，大約每1000個“字母”才有一個不同。這個差異雖然小，但是多數(shù)基因的長度都有幾萬個“字母”，那每個基因平均也有幾十處由“單核苷酸多態(tài)性”造成的差別。其中的一些會對基因的功能有影響：或者是蛋白質(zhì)的氨基酸組成有些變化，或者是基因的“表達”情形有些不同，或者是兩者都有。所以DNA序列的這種微小差別還是足以使多數(shù)基因都呈現(xiàn)出若干種不同的形式。

  人之間DNA序列的差異只有0.1%這個事實，也說明人類曾經(jīng)經(jīng)歷過一個人口的“瓶頸”期?？茖W(xué)家們估計，在這個“瓶頸”期內(nèi)，人類只剩下大約幾百個人，也就是幾乎到了滅絕的邊緣?，F(xiàn)在的幾十億人都由這幾百個人繁衍而來。假設(shè)這幾百個人中每個人的DNA都不同，那也只有幾百種DNA，那現(xiàn)在幾十億人之間DNA的差別是從哪里來的呢？

  第一種機制就是DNA復(fù)制時發(fā)生的“錯誤”。細胞分裂時，DNA也要被復(fù)制一份，供給新生成的細胞。但是DNA的復(fù)制不是100%準確的，偶爾會出一些“錯誤”。但是這種“錯誤”發(fā)生的幾率很小，影響基因功能的幾率就更小，所以不是人之間遺傳物質(zhì)不同的主要原因。

  要形成不同的DNA組成（其中最重要的是不同類型基因的組成），最有效的方法就是“同源重組”，也就是對來自父親和母親的基因進行“洗牌”。在生殖細胞（精子和卵子）形成時，來自父親的DNA和來自母親的DNA緊挨在一起，相對應(yīng)的部分彼此相鄰。比如父親一段DNA上的基因（用斜的粗體字母表示）a—b—c—d—e— 先和母親的DNA中對應(yīng)的基因 a—b—c—d—e— 排在一起，然后父親DNA中的一部分和母親對應(yīng)的DNA部分互換。比如基因 b—c— 這一段被調(diào)換了，就形成 a—b—c—d—e— 和a—b—c—d—e— 兩種DNA組成。哪怕世界上最初只有兩個人（比如傳說中的“亞當”和“夏娃”），他們每個基因的形式都不同，而且每個基因都能這樣隨機互換，那20,000種基因也能有20,000的平方這么多種排列方式，也就是4億種DNA。如果每個基因有三種形式（許多基因都能滿足這個條件），那就能形成8萬億種DNA（基因組合），遠超過現(xiàn)在地球上的總?cè)藬?shù)。

  當然在實際上，父母基因的互換并不是完全隨機的，即不是在任何DNA區(qū)段都可以發(fā)生的，而是在一些“熱點”處發(fā)生。在“熱點”之間的基因，就作為一個整體在父母的DNA之間互換。每個基因的類型數(shù)也不一樣，有的多，有的少。不過無論具體的情形如何，這樣“洗牌”的過程都能形成足夠多種類型的DNA了。

“減數(shù)分裂”隨機地“拋棄”和“保留”父母的基因 

  構(gòu)成我們身體的細胞（叫做“體細胞”）都含有兩份DNA，一份來自父親，一份來自母親。所以我們的身體是“二倍體”，也就是每個基因都有“雙份”（性染色體上的基因除外）。

？？？？ 但是生殖細胞（精子和卵子）可不能也是“二倍體”。如果是那樣，受精卵（由精子和卵子結(jié)合而成）的DNA就會是“四倍體”了，孫子輩就是“八倍體”了。這樣下去可不得了。為了避免這種情況，生殖細胞在形成時，要經(jīng)過一個叫做“減數(shù)分裂”的過程，也就是一個細胞變成兩個，但是DNA并不復(fù)制加倍。這樣，每個生殖細胞都是“單倍體”，這樣由精子和卵子結(jié)合生成的受精卵才恢復(fù)到“二倍體”的狀態(tài)。這相當于每個生殖細胞都要“丟棄”一半的DNA，只“保留”一半的DNA。這個生殖細胞“丟棄”的那些DNA，實際上是進入另一個生殖細胞了。而這個生殖細胞“保留”的DNA，另一個生殖細胞又不擁有。

  由于在“減數(shù)分裂”前，細胞已經(jīng)對來自父母的DNA進行過“洗牌”，即“同源重組”，在“減數(shù)分裂”時，細胞的DNA已經(jīng)是父母基因的“雜合物”。由于兩個雜合DNA分別進入兩個生殖細胞的過程是隨機的，這就意味著每個生殖細胞“丟掉”和“保留”的父親或母親的基因也是隨機的。比如得到a—b—c—d—e— “雜合”DNA的生殖細胞就“丟掉”了父親的b基因和c基因，而保留了母親的這兩個基因。得到a—b—c—d—e—“雜合”DNA的生殖細胞就“丟掉”了父親的a基因、d基因和e基因，而保留了母親的這三個基因。 由于“同源重組”（“洗牌”）的隨機性，以及在“減數(shù)分裂”時重組后的DNA進入精子和卵子的隨機性，每個卵子和每個精子的DNA構(gòu)成（哪些基因來自父親，哪些基因來自母親，哪些父親的基因“丟掉”了，哪些母親的基因“丟掉”了）都不一樣。再加上受精過程（哪個精子使哪個卵子受精）也是隨機的，生成的受精卵自然也就有獨一無二的DNA組成。這是世界上幾十億人彼此不同的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，也是同一對父母所生的孩子也彼此不同的原因。

  需要說明的是，這種“同源重組”，即基因“洗牌”，只發(fā)生于生殖細胞中，即在繁殖下一代的過程中。在構(gòu)成我們身體的“體細胞”中，來自父親的DNA和來自母親的DNA可是嚴格地“男女授受不親”的。DNA上面要么全是來自父親的基因，要么全是來自母親的基因，彼此絕不相混。所以每個體細胞內(nèi)都有一個“小父親”，一個“小母親”，他們協(xié)同努力，一起掌控細胞的功能。

每個人都有“好”基因和“壞”基因

  由于父母的基因又是從他們的父母而來，也是由DNA的“同源重組”過程“洗”過“牌”的。這樣一代一代推上去，哪些“祖宗”的哪些基因最后進入某個孩子的基因，也是隨機的。孩子的性狀就要看他（她）從父母（以及父母的父母，父母的父母的父母等等）得到了哪些基因，以及這些基因組合的情形。所以俊男美女所生的孩子不一定好看，長相一般的父母也能生出漂亮的孩子來。數(shù)學(xué)天才的父母數(shù)學(xué)不一定好，而急脾氣的父母生出的孩子也許是慢性子的。

  由于每一代人都對生殖細胞的DNA進行“洗牌”，每個人的DNA就像一付“洗”過無數(shù)次的“撲克牌”一樣（如果把每張牌比喻為一個基因的話），里面基因類型的組合是高度隨機的，每個人擁有“好”基因（對健康和智力有利的基因形式）和“壞”基因（對健康和智力不利的基因形式）的幾率也是隨機的。幾乎每個人都有對身體不利的基因，不是容易得某種癌癥，就是容易有高血壓或近視眼等其它病癥。在某個方面出色的人，往往在其它方面比平常人差。反過來，每個人都一定會擁有若干“好”的基因，在適當?shù)臈l件下就會表現(xiàn)出來。一些在中學(xué)時代成績平平的同學(xué)，以后卻在某個領(lǐng)域有出色的表現(xiàn)。一些身體殘疾的人，在精神活動方面卻有優(yōu)于常人的成就。

  從這個意義上講，大自然對每個人是“公平”的。每個人都有自己獨特的優(yōu)點，就看是不是有合適的環(huán)境條件讓它發(fā)揮出來。所以每個人都應(yīng)該對自己有信心。

DNA序列不能決定一切

  這篇文章討論了人之間差別的遺傳學(xué)原因，但是DNA的序列并不能決定一切。對DNA序列以外的因素對人的性狀的影響，我已經(jīng)有專門的文章加以敘述，在下面只做簡要的介紹。

  DNA的序列無疑是非常重要的，它包含有最基本的遺傳信息。但是DNA里面的信息能不能被“讀取”，如何被“讀取”，還取決于和DNA結(jié)合在一起的蛋白質(zhì)，以及DNA自身被“修飾”的狀況。這些狀況是因人而異的，叫做“外遺傳”修飾。所以即使是同卵雙胞胎（擁有相同的DNA序列），他們得病的幾率也不相同。想進一步了解這個問題的讀者，可以去看我在《科學(xué)網(wǎng)》里面的博文，《生殖細胞也喝“孟婆湯”嗎？——介紹一些“外遺傳學(xué)》。

  另外，一個人的思想、觀念、經(jīng)驗、技能，是后天獲得的東西，和一個人的成長經(jīng)歷有關(guān)，并且會改變大腦中神經(jīng)細胞之間聯(lián)系的方式，對人“特質(zhì)”的形成有重要作用。所以即使我們“克隆”一個人，也只會得到一個身體里面的DNA序列相同的人，但卻不會是精神活動也相同的人。對此問題感興趣的讀者，可以參看我在這個專欄里面的文章《為什么思想和技能不能遺傳?》。

小結(jié)

 

  世界上的每一個人都是特別的，獨一無二的。這首先是由于每個人的DNA組成不同。每一代人都對生殖細胞中來自父親和母親的DNA進行“洗牌”，形成幾乎無限種類的DNA組成。這是DNA多樣性最主要的原因。因此，每個人都會同時有“好”基因和“壞”基因，都會有自己獨特的優(yōu)點和局限性。找到發(fā)揮自己“好”基因效果的環(huán)境條件，有意識地去避免自己“壞”基因的影響，是我們每一個人都應(yīng)該做的事情。