基因启示录

推荐序一

李治中（菠萝）

科学家、科普作家

公益人

非常高兴能为好友仇子龙博士的科普新书《基因启示录》作序。我和子龙很有缘分，除了都是生物医学科研工作者，还都在美国圣迭戈待过挺长一段时间，现在又都定居在上海。有趣的是，在圣地亚哥时我们并不认识，直到绕了大半个地球，多年以后才在国内相识。

我和子龙成为好友，是因为科普。除了科研之外，我们俩都是科普爱好者，都喜欢写作和做讲座。我们的科研背景是有差异的，我侧重研究肿瘤，他侧重研究脑科学和发育。自从离开药厂，我现在的标签已经成了科普达人，但子龙的标签还是科研工作者，做科普是他的“副业”。

写科普作品其实很难，而且和科研完全是两种截然不同的思维，也需要两种截然不同的天分。正因为如此，科研做得好的人，未必能把科普写好。子龙是少见的两方面都做得很不错的人。子龙一直战斗在科研的线，在近10年在自闭症等大脑发育疾病研究领域做出了一系列原创性的重大发现，也获得了国内青年科学家所能获得的大部分荣誉，包括人才基金等。难能可贵的是，子龙不仅是一位优秀的青年科学家，也是一位优秀的科普工作者，长期活跃在科普的线，属于“科普国家队”的一员。子龙在各种场合做了大量针对自闭症和基因科学的科普报告，产生了很大的影响力。

这本《基因启示录》，是子龙博士的部科普作品。

基因方面的科普书市面上已不少见，但这本书有点不同，它没有从基因发现的历史以及基础科学知识讲起，而是直击主题，试图直接回答大众关心的关于基因的问题。我想，一个不了解基因的人想知道的有关基因的问题可能有以下几个方面：

基因与我们的行为、性格有关吗？

基因会决定我们的命运吗？

转基因食品安全吗？

基因突变会导致疾病吗？

基因导致的疾病能治疗吗？

基因编辑以后会改变人类的未来吗？

……

这些问题看似简单，但要真正做到让大众能看懂，则需要兼具科学素养和人文关怀，同时还得有优秀的表达能力。在这本书中，我读到了子龙作为一个基因科学领域的一流科学家对这些问题的深入思考，值得现代社会每一个关心自身命运的人阅读体会。

再次恭喜子龙，有了本面向大众的科普专著。中国的科普事业需要更多的科研工作者参与，期待有更多的科学家和受过良好训练的青年科研工作者加入科学普及的队伍中，对切实提高大众的科学素养做出更多的贡献！

致敬生命！

推荐序二

饶　毅

分子神经生物学家

北京大学讲席教授

本书围绕基因究竟是什么和大众日常关心的相关问题及媒体讨论的热点，以科学家严谨的态度和通俗易懂的文字进行写作，从科普的角度，以人为本、循序渐进地阐述了在三维物理存在和行为认知为一体的生命体中，在造就个人特质的过程中，基因起到了怎样的作用，环境的影响又有多大。《基因启示录》能帮助我们认识和分辨基因与环境对人的作用，更有效地掌控命运的主动权。

全书分认识基因、基因与人、人类的觉醒、人类的反叛四大部分，每部分又包括多个章节，每章后面都有小结，全书后提供了参考文献，可以方便读者思考和查阅。在加以说明时，作者都是以科学前沿的基因发现研究为例逐层展开的。比如，发现人类不同于其他物种的语言能力竟然是由基因FOXP2调控的，发现使人的大脑具有更强可塑性的关键在于基因开关MEF2A。

那么人的性格、行为认知能力，甚至人与人之间的关系在多大程度上是由基因决定的？答案是“很大一部分”—科学家在研究冲动性格的家系中发现了暴力基因MAOA。科学家还发现，催产素是亲密关系的基因开关，既与爱情相关，也与亲子关系相关。甚至我们的记忆力和创造力，只有靠终生的持续学习，相关的基因才可以打开，才可以使我们保持长久的记忆力和创造力。那么肥胖和消瘦与基因相关吗？父母的习得行为会传给后代吗？我们是基因的奴隶吗？幼年的成长环境对一个人的命运（感知觉、智力发育和价值观）有多大的影响？关于这些问题，书中都给出了相应的回答。

作者从方法、视野和态度三个维度讲述了人类对基因的认识和操纵。依照作者的观点，如果说农业时代和工业时代社会发展的限制因素是能量和物质，在信息时代是通信，那么后信息时代的限制因素就是基因。人类突破基因在社会发展中的限制的策略是对基因进行操控，具体包括增强生产力（利用基因技术生产药物、利用转基因动植物生产食物）与修复自身。在此基础上，我们有了基因工程1.0（如生产胰岛素）、基因工程2.0（如抗体药、PD-1）和转基因农业；基因突变的活检技术及化学和免疫药物的开发，使人类对抗癌症及其他疾病的战役逐步实现了精准医疗。除此之外，作者还针对基因科学的边界、人类与基因的未来、人工智能等提出了展望。

在相关的章节，作者对一些被媒体误读、被大众误解的基因问题，以科学研究的原始数据和事实为依据，追根溯源，如对暴力基因MAOA的研究，对寻找所谓的聪明基因、基因优劣之争、转基因农作物的利弊纷争、基因编辑的伦理等问题，进行了澄清和说明，起到了正本清源的作用。

《基因启示录》贴近人类自身，深入浅出、有理有据，可以让读者从科学研究的案例中了解日常关心的和媒体炒作的热点基因问题，从本质上理解和反思基因究竟是什么，基因的作用和对我们的影响是什么。

• 从人类认识到基因的存在到现在开始修改基因，其中发生了怎样曲折、惊险的故事和事件？基因如何起源和演化？我们关心的基因热点话题：暴力基因、亲密关系基因、胖瘦基因、生活经历的遗传、基因测序、生物医药、基因安全、伦理争议……基因的本质是什么，基因的作用和影响是什么？如何在众说纷纭中认清真相，建立自己的基因观？又如何在未来学会在基因的世纪自处？
• 你对基因的疑问，需要一位真正权威的基因研究者来解答：中科院神经科学研究所高级研究员、“得到”基因科学课程主理人仇子龙博士。在《基因启示录》中，他将用*简单、*直接、*专业的方式讲述你所关心和需要了解的基因的一切问题。

仇子龙

• 中国科学院神经科学研究所高级研究员，博士生导师。


• 1998年毕业于上海交通大学生物系，2003年在中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所获得博士学位。2003—2009年在美国加州大学圣迭戈分校神经生物学系从事博士后研究工作。2009年至今在中国科学院工作，研究方向是大脑发育疾病的基因原理与神经机制，研究成果入选2016年“中国科学十大进展”，并荣获国家基金委“杰出青年”基金。入选科技部“中青年科技创新领军人才”，中组部“万人计划”。

●科研工作之余，仇子龙博士曾在一席、造就、SELF、墨子沙龙、TEDx、我是科学家等平台发表自闭症与基因科学的科普演讲，在“得到”App开设基因科学20讲课程，是热心科普的科学启蒙主义者。

推荐序一

推荐序二

前 言 我与基因的那些事儿

部分 认识基因：基因的三大定律

01 基因是生物界的主角

基因是编码蛋白质的DNA片段

基因是生命大戏的剧本

基因决定生物体的三维属性

基因决定生物体的行为认知能力

02 决定律：基因是生物体四维信息的集合

从一维基因到三维生命

基因决定生命的第四维度—行为认知能力

人类的行为反应链明

尼苏达双生子研究

03 工作律：基因的开关、分工及层级管理

基因的开关

基因的分工

层级管理

04 演化律（上）：基因突变

脆弱的基因

福岛事故的破坏

基因突变与癌症

基因的脆弱只与人类有关

05 演化律（下）：基因重组

基因组与染色体

人类是双倍体

决定性别的染色体

龙生九子，各有不同

染色体交叉互换

基因串珠

基因重组——外显子洗牌

第二部分基因与人：基因如何塑造了人类生活

06 人类：基因演化的意外与

基因启示录

语言障碍家族的意外发现

尼安德特人的传说

语言基因FOXP2

绽放人性光辉的新基因

人类大脑发育变慢更可塑的大脑

07 暴力倾向是由基因决定的吗

暴力基因MAOA

暴力基因是被冤枉的

暴力基因突变一定不好吗

08 亲密关系是由基因决定的吗

田鼠的爱情—催产素

爱情反应链：多巴胺—催产素—多巴胺的正反馈

亲子关系里的催产素

09 学习的基因原理

学习的基因开关

可塑性是终生存在的

寻找聪明基因

10 能量代谢的基因原理

天生抗高血脂的基因

天生吃不胖的人

有人天生就吃不胖吗

11 生活经历的遗传

母亲给孩子的应急锦囊

父亲遗传给孩子的“执着”

用进废退理论对吗

12 基因并非命运

感知觉形成的关键期

环境对智力发育的重要性

儿时的5年和一生的价值观

13 基因是自私的吗

“自私的基因”理论起源

生物体与基因的利益冲突

新时代的基因观

第三部分人类的觉醒：我们如何了解基因

14 “人类基因组计划”带来的方法学革命

研究基因的两种方法

寻找基因的传统方法—DNA测序

寻找基因的方法革命—“人类基因组计划”

“人类基因组计划”带来的技术革命

寻找基因方法革命的成果

23andme涅槃重生

15 基因组暗物质

人类基因赌局

演化的缓冲区

垃圾DNA是垃圾吗

基因大同论

16 基因没有优劣之分

从社会学看基因的优劣

生物学上基因有无优劣之分

基因缺陷的解决方案——科学的“优生学”

17 矫枉过正的“基因无用论”

自闭症是先天还是后天的

基因组测序技术

寻找自闭症基因

第四部分人类的反叛：我们如何操纵基因

18 基因工程引发的风波

后信息时代的革命

加州阿西罗马会议

重组DNA三剑客

坎布里奇市政会议

19 基因工程：全新生产力

基因工程1.0：基因泰克公司

合成人类胰岛素基因之战

基因工程革命与资本市场

基因工程2.0：抗体药

20 转基因农业：未来之路

抗除草剂的转基因大豆

抗虫的转基因棉花

监管保证产品安全

转基因食品阴谋论

转基因农业与害虫进化

21 基因检测：发现基因缺陷

基因突变从哪儿来

检测先天的基因突变

BRCA1基因与癌症

“人类基因组计划”之后的致病基因检测方法

22 基因修复：修复先天缺陷的基因疗法

阶段：针对细胞进行基因修复

第二阶段：全身的基因修复基因治疗贵吗

23 基因操纵：对癌症的终局之战

化学药物之战：朱莉的神药

免疫之战：卡特和艾米丽的神药

终局之战：防患于未然

24 基因编辑：终极大招

基因删除

基因修改

修改基因后的伦理困境

基因驱动：改变生物演化的脚步

25 人类与基因的未来

为什么基因仍然是前沿科学

通向生命3.0的后一跃

基因科学的未尽前沿

10年为界，不提未来

基因科学的伦理边界

后记

参考文献

致谢

• 从人类认识到基因的存在到现在开始修改基因，其中发生了怎样曲折、惊险的故事和事件？基因如何起源和演化？我们关心的基因热点话题：暴力基因、亲密关系基因、胖瘦基因、生活经历的遗传、基因测序、生物医药、基因安全、伦理争议……基因的本质是什么，基因的作用和影响是什么？如何在众说纷纭中认清真相，建立自己的基因观？又如何在未来学会在基因的世纪自处？


• 你对基因的疑问，需要一位真正权威的基因研究者来解答：中科院神经科学研究所高级研究员、“得到”基因科学课程主理人仇子龙博士。在《基因启示录》中，他将用*简单、*直接、*专业的方式讲述你所关心和需要了解的基因的一切问题。

仇子龙

• 中国科学院神经科学研究所高级研究员，博士生导师。
• 1998年毕业于上海交通大学生物系，2003年在中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所获得博士学位。2003—2009年在美国加州大学圣迭戈分校神经生物学系从事博士后研究工作。2009年至今在中国科学院工作，研究方向是大脑发育疾病的基因原理与神经机制，研究成果入选2016年“中国科学十大进展”，并荣获国家基金委“杰出青年”基金。入选科技部“中青年科技创新领军人才”，中组部“万人计划”。

●科研工作之余，仇子龙博士曾在一席、造就、SELF、墨子沙龙、TEDx、我是科学家等平台发表自闭症与基因科学的科普演讲，在“得到”App开设基因科学20讲课程，是热心科普的科学启蒙主义者。

我与基因的那些事儿

我对基因的痴迷，始于20多年前的大学校园。1996年，“人类基因组计划”已经启动，但当时的学术“大牛”几乎无人看好这个庞大的科学计划。美国和欧洲的一群科学家整天埋头苦干，对这个看上去“十分不可能完成的任务”究竟对人类科学能有多大贡献感到非常困惑。那时的我刚刚走进生物学的大门，每日钻研着基因科学的经典教科书《基因》（Genes）和孙乃恩教授领衔撰写的《分子遗传学》，深深痴迷于DNA双螺旋的美妙。

经典的生物学教科书一板一眼地讲解有关DNA的复制、转录和终翻译成蛋白质的过程，生命的细节非常烦琐，讲述过程也谈不上什么趣味性。我被基因的美妙击中的那一刻，是读到教科书中讲解λ噬菌体自身基因调控的过程。

λ噬菌体是一种专门感染细菌的病毒，在侵入了细菌的基因组之后，会首先对外界环境中的营养物质的丰裕程度做一个预判。如果外面有很多营养物质，λ噬菌体就会立马劫持细菌的蛋白质机器帮自己复制，产生很多子代噬菌体，然后裂解细菌各奔前程。如果外面的营养物质匮乏，λ噬菌体则会选择暂时待在宿主细菌的基因组里，这一过程又叫作溶原性反应。隐藏在宿主细菌基因组里的λ噬菌体会跟着细菌一起被复制繁殖。虽然溶原性噬菌体看上去人畜无害，但是它作为细菌病毒的本性始终没有改变，如果外界营养物质增多，伺机待发的噬菌体就会马上露出獠牙，启动裂解过程，牺牲宿主细菌繁殖自己的后代。

这两个选择听上去很聪明，但是你要知道，λ噬菌体的DNA总长只有约5万个碱基对。这5万个碱基对头尾相接组成了一个封闭的DNA环，上面总计有61个基因，科学家把这些基因一个一个都分析清楚了，其中有38个基因是参与决定λ噬菌体究竟是走向裂解还是溶原命运的。这些基因就像精密仪器里的开关，上一个负责打开下一个……终决定噬菌体的命运。让我觉得震撼的是，我发现人类引以为傲的智慧根本不足以设计出任何生物系统。λ噬菌体存在了上亿年，这些基因调控系统是随着演化一步一步获得的，其中的逻辑我们只能发现，却无法归纳。

生物学与其他的自然科学学科，如数学、物理学完全不同。具有人类智慧的大科学家牛顿、爱因斯坦等可以凭借观察和逻辑推理计算出物理学的基本规律，甚至推演出宇宙星辰的运转规律，以及宇宙的起源，让人感叹，但我们现在仍然无法理解生命体的逻辑。这并非学者间戏言的“学科鄙视链”，因为再聪明的物理学家和数学家在生命体面前都是懵懂的孩童。

人类现在能做的，只是穷尽智慧去探索生命的奥秘，而根本谈不上去干预什么、创造什么。震动人类社会的CRISPR/Cas基因编辑系统也是这样，CRISPR/Cas只是细菌数亿年前就演化完成的基因武器，人类只是刚刚发现而已。在生物体演化，尤其是基因演化的美妙面前，我彻底折服了。从那时起，我决心要倾尽一生去探索基因的秘密。

大学毕业以后，我在中国科学院上海生物化学研究所攻读博士学位，当时选定的课题是研究基因在细胞分化过程中的作用。每当工作到深夜，看着电脑屏幕上无穷无尽的A、T、G、C序列，那感觉就好像在仰望浩瀚星空。

2003年，“人类基因组计划”的精细图谱绘制完成，我在中国科学院获得了分子生物学博士学位，进而在美国加州大学从事博士后研究，课题是研究基因怎样调控大脑的发育，并开始接触一系列由于基因突变导致的大脑发育疾病。当时全基因组测序技术价格昂贵，对生物学的专业研究者来说，基因组测序还是高不可攀的“黑科技”。

2009年，我回国在中国科学院神经科学研究所组建了自己的研究团队。我领导的课题组是神经科学国家重点实验室的一部分，研究大脑发育和大脑疾病。在开展科研的过程中，基因组测序技术升级迭代，开始变成生物学研究的常规手段。在拥有了足够的资金和人才积累后，国内的生物技术与生物医药产业也开始慢慢进入发展的快车道。

从2015年起，我们开始运用这些强大的基因组测序技术针对中国自闭症人群展开大规模的基因组测序项目，次建立起中国自闭症人群核心家系的基因组数据库。同时，国际上对基因组数据的研究时常有颠覆性的成果发表出来。在21世纪的第二个10年，我们终于可以站在庞大的人类基因组数据库上，重新认识基因，重新认识基因与人类百年来的羁绊。

2018年，机缘巧合，我应邀在提供知识服务的“得到”做一门基因科学在线课程，面对的是没有任何专业背景的听众朋友。在筹备课程的过程中，主编老师经常问我，对于某些科学事实，我自己的观点是什么。我的观点重要吗？平日给研究生上专业课时，我只须传授知识与技能，很少谈及自己的观点。在无数巨人走过的科学史上，某一个人的观点常常如同过眼云烟。“科学只与事实、与数据有关，与观点无关。”至少我以前是这么认为的。但主编老师告诉我，如果是给大众讲述科学知识，我需要表明自己的观点，这样才能让他们自己也开始思考，并形成自己的判断。我恍然大悟，确实，科学的发展不仅得靠数据的积累，也需要观念的迭代更新。

在准备课程的过程中，我浏览了市面上能找到的大部分基因科学与生物科学科普书籍，它们大多由国外名家写成，国内本土的生物学科普书籍非常少。在从事科普工作的过程中，我对国内读者在这方面的渴望深有体会。于是，在课程结束之后，我决定把自己总结的基因科学知识与前沿进展，再加上自己的思考，结集成书。我希望写一本不一样的基因科学科普书，跳出一个基因研究者的视角，从历史和社会的角度来看看基因科学对于人类社会在过去的100年中产生了哪些冲击。

在这里，我想阐述一下本书中关于基因的两个核心观点。

，基因不仅决定了生物体的物理组成，还决定着生物体的行为与认知。

基因的作用是编码蛋白质，蛋白质组成了我们的身体结构。大众，包括生物学家，对基因的认识往往停留在编码蛋白质、组成生物体硬件的层次上。而的科学研究已经发现，基因不仅决定了生物体的“硬件”，还决定了生物体的“软件”，那就是生物体的行为认知能力。

生物体的行为分为本能行为和习得行为。本能行为指不需要后天学习便能掌握的行为，比如小鼠看到头顶飘过一块黑影，便会马上躲到