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《生命的秘密》穿越亿年时光，探寻生命起源与进化轨迹
铛铛铃2025-09-14【科普】486人已围观
简介
今天为你解读的这本书叫《DNA：生命的秘密》。
DNA的大名可谓是家喻户晓。我们每一个人呢，都是从一颗受精卵发育而来，这发育的指令信息就编码在DNA当中。这种名为脱氧核糖核酸的生物大分子，主要是存在于生物的染色体上。它不仅让你从一颗受精卵发育成现在的模样儿，还跟你经常讨论的转基因食品息息相关。
想知道DNA是怎样被发现和被研究的吗？本书会带你解开生命的秘密。
作为生命的遗传密码，DNA不仅可以让我们窥探生老病死的秘密，还可以让我们纵观物种起源与进化。那发现DNA结构的科学家岂不是超级厉害啊？
是的，1962年，诺贝尔生理医学奖就颁给了三位发现DNA结构的科学家——詹姆斯·沃森、弗朗西斯·克里克和莫里斯·威尔金斯。请你记住这三个名字：沃森、克里克以及威尔金斯。我们将在后边为你详细讲述他们的科研故事。
而这本书的主要作者，正是其中的美国科学家詹姆斯·沃森。沃森是真正意义上的人生赢家呀。1953年，年仅25岁的他，与英国科学家克里克合作，首次搭建了DNA双螺旋结构模型。这项成果被誉为20世纪最伟大的科学成就之一，不仅是颠覆了人类千百年来对生命本质的理解，更是开创了一个全新的生命科学研究领域。
2003年，75岁的沃森回顾了半个多世纪的科技浪潮，联合哈佛研究员贝瑞撰写了《DNA：生命的秘密》这本书。当今世界没有谁比沃森更熟悉DNA。跟随着他的讲述，您会看到科学如何改变人类对于生命的认知，如何一次又一次地推动技术革命。更为重要的是，通过这本书呢，你能够以更为科学的角度认识生物技术在人类生活当中的广泛应用，包括了转基因作物、DNA指纹、癌症免疫治疗、遗传病筛查等等。
这本书共34万字，13个章节。我呢，会分成三个部分来为你讲述DNA所蕴藏的生命的秘密。
第一部分：在发现DNA之前，人类对遗传现象有着哪些猜想？
第二部分：科学家们是如何破解遗传密码的？
第三部分：DNA对社会生活产生了哪些重大影响？
先来看第一个部分。我们首先先回顾一下遗传学发展的历史。生活当中呢，相信很多人都曾经好奇，为什么孩子会长得像父母。其实呢，从古希腊时候开始呢，关于遗传，人们就有两种主流的猜想。
第一种呢，是认为胎儿是由一堆肉芽组成的，这些微小的肉芽来自于父母身体的各个器官，通过性行为汇聚到一起。
第二种猜想呢，是更富有想象力啊，认为胎儿就蜷缩在男性的精子或者是女性的卵子当中，10月怀胎能够将这个迷你小人儿慢慢的放大。
这两种说法呢，一直是流传到19世纪才受到质疑。在这个时期，有人尝试通过实验来解释遗传现象，其中就包括了孟德尔。
1856年，孟德尔在奥地利的一家修道院当中种植豌豆。他通过分析豌豆开花颜色、表皮颜色等六个特征，发现豌豆携带着独立的遗传因子。这些因子成对儿的出现，一半呢，是来自于父本，一半呢，是来自于母本，能够在后代当中自由的分离和组合啊。不过呢，孟德尔自己也不知道这些遗传因子究竟是什么，存在于什么地方。
直到50年后，一位名叫摩尔根的美国科学家解开谜团。他不种豌豆，而是养果蝇。正常果蝇拥有红色的眼睛，但是极少数的果蝇呢，会因为自然突变出现白色眼睛。摩尔根就非常幸运地发现了一只白眼的雄果蝇。令他惊讶的是，这只雄果蝇的后代当中，但凡出现白眼的都是雄性。因为那时候人们已经知道，果蝇的性别与染色体相关，并且呢，通过显微镜可以直接观察染色体。所以摩尔根的发现呢，让孟德尔的猜想有了具体的落脚点，遗传因子是真实存在的，它们就位于染色体上。
从18世纪开始，遗传学研究也引起了普通民众的一个兴趣。不过呢，大部分人是更为关心这个遗传的社会意义，因为他们认为人的相貌、品行和能力都取决于遗传。当时呢，很多人排斥救济院和精神病院的人啊，认为这些人是退化的阶层，还认为他们生育后代会影响人类种族的优良性。由此，臭名昭著的优生学运动开始了。
20世纪初，欧洲国家推行积极优生政策，鼓励有道德、有才华的阶层多生，而美国呢，则推行消极优生政策，禁止退化阶层生育。优生运动发展到了巅峰之后，带来了可怕的灾难。从1907年开始，美国有30个州通过立法授权，对罪犯、白痴、强奸犯、低能这四类人群展开绝育手术。更为疯狂的是德国，1933年上台的希特勒以美国为榜样，推行消极优生，强迫德国人绝育，并且开展了针对犹太人的种族屠杀。
二战结束之后，优生学运动被叫停，但是这段黑历史给刚起步的遗传学研究蒙上了一层阴影。
书的第一部分内容呢，讲到这儿，我们可以看到，人类一直在思考遗传的本质。从19世纪开始，科学家通过实验手段研究遗传现象，取代了千百年来流传的遗传猜想。与此同时呢，社会上的普通民众却是误解了遗传，并且因此掀起了优生学运动。不过，这场运动已经是黎明前最后的黑暗，当时越来越多的科学证据已经在积累和酝酿当中。这些科学发现最终促成沃森等人在1953年发现DNA双螺旋结构，彻底揭示遗传的本质。
书的第二部分，我们将说到科学家们如何破解遗传密码，他们发现DNA、研究DNA和改造DNA的科研历程。
首先，我们一起来跟随沃森的讲述，回顾DNA结构是如何被发现的。说到遗传密码呢，我们必须要提到一本书啊，那就是1944年由著名物理学家薛定谔发表的《生命是什么》。书中有一个非常大胆的猜想，认为遗传所携带的信息量太大了，所以说需要以密码的形式将信息压缩，然后呢，储存在染色体当中。要想了解生命，就要先识别这些密码。
薛定谔的书呢，吸引了一大批功力深厚的物理学家，干什么呢？转行去研究遗传密码。沃森的博士生导师以及诺贝尔奖的合作者克里克、威尔金斯啊，就是这样被吸引过来的。对于沃森而言呢，这本书也是让他放弃了当鸟类学家的一个梦想，开始雄心勃勃地寻找遗传密码。
但研究遗传密码的切入点在哪儿呢？薛定谔说，密码在染色体当中。当时的科学家已经知道，染色体由蛋白质和DNA组成，其中大部分人对蛋白质感兴趣，认为它包含20种氨基酸组分，非常适合携带复杂的密码。但是呢，科学家埃弗里通过实验证明，DNA才是病菌的遗传物质。这个发现让沃森激动不已，他坚信DNA就是要寻找的遗传密码。
那么如何研究DNA呢？当时很多科学家认为DNA分子量太大，结构也不规则，很难用常规方法分析。沃森辗转两个实验室，都没有找到合适的技术方法。不过幸运的是，他在一次大会上遇到了英国物理学家威尔金斯。威尔金斯曾在二战时期参与曼哈顿计划研制原子弹，但是原子弹在广岛和长崎的爆炸几乎是破灭了他的科研理想。幸亏薛定谔的书，让他对遗传密码产生浓厚兴趣，他开始学习用X射线衍射解析DNA结构。恰恰是这种方法呢，是给研究DNA提供了新的契机。很多安检仪就是用X射线来检查你的行李箱，这里呢，威尔金斯用X射线照射DNA的晶体，试图解开DNA的结构。
威尔金斯在大会上展示的初步成果显示，DNA具有规则的结构，这让沃森豁然开朗，认为X射线衍射是研究DNA的最佳方法。于是他决定去英国剑桥大学从头开始学习这一技术。事实证明，沃森的选择是明智的。在剑桥，他遇见了英国物理学家克里克，也是再次遇见了威尔金斯。仅仅两年之后，沃森和克里克就成功解析了DNA双螺旋结构。
DNA双螺旋结构呢，就像是一条旋转的拉链啊，两条链上的齿是一一对应的，每一个齿呢，就是一种名叫碱基的化学结构。碱基一共有四种，所谓遗传密码，就是这四种碱基在一条链上的排列信息。而我们通常说的遗传，其实就是通过对应小齿来复制拉链，把排列信息准确地传递下去。
那DNA密码和蛋白质又是什么关系呢？通过对遗传病的分析，科学家们发现DNA和蛋白质存在对应关系，但是具体的机制是什么，人们却并不清楚。后来通过实验发现，原来呀，DNA和蛋白质之间不是直接对应，他们中间呢，还有一个信息中介的载体——RNA，也就是有一个信息中介的载体。RNA是一种名为核糖核酸的生物大分子，DNA上携带的遗传信息首先传递给RNA，RNA呢，则是以此指导蛋白质的合成。由此，克里克提出了著名的中心法则，认为遗传信息从DNA流向RNA，再从RNA流向蛋白质啊。
了解了读懂遗传密码的中心法则，那下一步呢，就是对遗传密码进行改造了。随着研究的继续深入，很多科学家已经不满足于解读遗传密码，他们想要扮演上帝的角色，对遗传密码进行操作。
第一个重大技术是DNA重组。打个比方，我们把DNA序列看作是一张报纸啊，基因呢，就好比是上面的一篇一篇的文章。如果说你只想阅读其中的两篇文章，就可以用一把剪刀啊，先把这两篇文章剪下来，然后呢，再用胶水把它们粘贴到一张A4纸上，最后呢，通过一台复印机，就可以得到许多份这样的重新组合的文章。
20世纪60年代到70年代之间，随着一系列研究突破，科学家们终于找到了操作DNA的四大工具：内切酶、连接酶、质粒和细菌。他们联手实现对于DNA的剪切、连接和复制。四个专有名词是不是挺难记呢？没关系，我们接下来就来一个举例说明。
首先，内切酶能在特定的位置上剪切DNA，相当于是剪刀。其次呢，是连接酶，这种酶可以像胶水一样，将不同DNA分子的末端连接起来。然后呢，是质粒，它是细菌中的一套环状DNA，用来提供抗药性。于是科学家们很快就想，质粒可以作为白纸，而细菌本身呢，就是一台复制机。他们将剪切后的DNA粘贴到质粒上，然后转入细菌当中不断的复制。这样呢，细菌就被人类改造成为生产重组DNA的超级工厂。
1973年，DNA重组技术宣告诞生，将不同的DNA剪切下来，连接到质粒上，转入细菌当中就可以组成新的密码。从此，科学家们可以像玩拼图游戏一样设计生物。比如说给农作物添加让害虫吃不消的基因，那就可以减少农药的使用量，这就是传说中的转基因农作物的原理。
第二个重大技术是DNA测序。我们知道DNA携带的遗传密码就在于四种碱基的排列信息。经过不懈努力，美国科学家吉尔伯特和英国科学家桑格尔成功开发了DNA测序技术，并且因此荣获1980年的诺贝尔化学奖。测序技术发明之后，科学家不仅能够快速的得到基因的DNA序列，还可以通过化学合成DNA的方式，直接在体外制造特定基因。比如说根据胰岛素基因的DNA序列信息，人们可以通过化学合成的方式在体外制造这个基因，用于生产胰岛素。
书的第三部分内容讲到这儿，我们看到沃森解析DNA结构的历程。这一结构再次彰显了自然界大道至简的法则，DNA只有两条链，通过碱基彼此对应，仅仅四个组分，就可以通过不同的排列组合和重复编码海量的遗传信息。随后20多年的时间当中，科学家们开始读懂遗传密码，并且呢，掌握了改造密码的两大技术：DNA重组和DNA测序。
好，接下来的第三部分当中，我们将会看到这些技术在人类生活当中的广泛应用。沃森曾经表示，他和克里克都没有想到，DNA会对人类生活产生如此爆炸性的影响。所以说呢，在第三部分当中，他用了九个章节的篇幅，生动地讲述了DNA在遗传病诊断和防治、转基因农业、癌症治疗、生物指纹等多个方面的应用。我们呢，将汲取其中的精华部分，为大家解读DNA在人类生活当中扮演的重要角色。
首先第一点，DNA可以作为身份证来使用。我们买车票或者是住酒店，都需要自己的那张身份证，但实际上呢，每个人都有一张天然的身份证啊，那就是DNA。它从精子和卵子结合的那一刻起，就成为了每个人在这个世界上独一无二的标志。这张身份证非常有用，1985年，英国遗传学家杰弗里斯发明了DNA指纹技术。他发现人的很多基因上啊，都是存在着一小段不断重复的DNA序列，重复次数呢，因人而异。通过标记这些序列，每个人的DNA都能够呈现出类似商品条形码的图谱啊。通过这个方法呢，就可以采集个人的DNA指纹。这项技术不仅可以用来做亲子鉴定、事故遇难者鉴定，还可以用于法医鉴定。随着DNA指纹技术的发展和完善，英国和美国都相继建立了国家DNA数据库。很多早年未能破解的案件，由于保留了现场物证，都可以用来提取DNA、录入数据库啊。
比如说，1973年，英国三名少女被奸杀，案件多年未破，直到26年之后，通过数据库匹配DNA指纹，才锁定了犯罪嫌疑人。虽然此人早在8年之前呢，就因为癌症过世了，但是警方依然是挖掘尸骨，采集了DNA。检验结果显示，此人确实是当年的强奸犯。
用DNA这张身份证，我们还可以追溯到家族族谱啊。不同的人之间的DNA序列的相似度可以反映亲缘关系的远近。我们有两套DNA，一套呢，是大家熟知的染色体DNA。由于男性的Y染色体只能够从父亲继承，所以说呢，通过分析Y染色体上的DNA，可以确定父系遗传的族谱。我们的另一套DNA呢，是线粒体DNA，因为呢，它只能够从母亲那边遗传，所以说可以用来确定母系遗传的族谱。
1987年，美国科学家通过分析全世界146个人的线粒体DNA，首次建立了现代人类的族谱，发现所有人在15万年前都有一位共同的母亲啊。这一结论是令人震惊啊，但也却非耸人听闻。2000年，来自斯坦福大学的科学家从Y染色体遗传的角度再次证实，现代人类的族谱只有15万年。
第二点，DNA可以用于疾病的预防和治疗。我们知道，很多遗传病是由于某个基因出现突变而导致的。为了预测后代的患病风险，传统的方法呢，是在胎儿阶段通过羊水穿刺检测DNA。但是这个方法有一个明显的缺点啊，一方面呢，羊水穿刺会引起1%的流产率，另一方面呢，检测只能够针对15周以上的胎儿。即使存在基因突变，父母面对已经成人形的孩子，也会难以抉择啊。或许你会说，如果能在胚胎刚形成的时候，就做出遗传诊断，那么就能够避免这些麻烦事儿了。诶，英国医生温斯顿帮助我们实现了这一突破。
1989年，他首次开展了胚胎着床前遗传诊断啊。他结合人工授精技术，在胚胎植入子宫前就检测细胞的DNA，然后选择其中没有遗传突变的胚胎。目前这一技术也在国内开展，2014年，北京大学第三医院结合最新的单细胞测序技术，为体外受精的胚胎进行遗传诊断，成功的让两对患遗传病的夫妇生下了健康的宝宝。
那么在遗传病之外，由于很多癌症存在关键的基因突变，DNA检测还有助于降低患癌风险。举个例子，1990年，来自加州大学旧金山分校的美国科学家通过追踪23个家庭的146个乳腺癌病例，发现了一个跟乳腺癌发病高度相关的基因——BRCA1。这个基因的突变呢，会使妇女在70岁之前患癌症的几率高达80%。这对于有乳腺癌家族史的妇女来说，具有重要的意义。如果说她携带了突变的基因，就可以采取预防手段，降低患癌症的风险。正是出于这个考虑，2013年，美国著名影星安吉丽娜·朱莉选择切除双侧乳腺，将患乳腺癌的概率从85%降到了5%。
不过呢，值得注意的是，手术切除并非是一劳永逸，依然不能完全杜绝患癌的风险啊。除了降低患癌症的风险呢，改造DNA可以用于癌症的治疗。我们可以改造人体免疫细胞的DNA，让免疫细胞产生特异的蛋白，更高效地识别癌细胞。比如当下十分热门的嵌合抗原受体T细胞疗法，简称CAR-T疗法啊。需要是将病人的免疫细胞从血液当中分离出来，经过体外的基因改造之后再输给病人。CAR-T免疫疗法呢，在2013年创造了奇迹，将美国小女孩Emily从白血病的死亡威胁当中拯救了回来。2017年，诺华公司推出的CAR-T疗法获得美国FDA批准上市，开辟了癌症治疗的新领域啊。
再来看看第三点，是将DNA重组技术应用到农业生产当中，研发出转基因作物。我们知道，农作物经常受到病虫害的威胁，对此呢，农民往往通过喷洒农药来解决问题。可是残留的农药不仅会污染食物和土壤，还会在身体当中积累，最终呢，是危害人体健康。1962年，《寂静的春天》这本书的出版，更是引起了全社会对农药残留和环境污染问题的关注。
DNA重组技术发明之后，人们很快想到，可以用这个技术来改造农作物的基因啊，给农作物植入抗病虫害的一个功能啊。举个例子，自然界当中有一种叫苏力菌的细菌，会释放毒蛋白，攻击很多昆虫的肠道细胞。这种毒蛋白只能在昆虫的强碱性的肠道当中发挥作用，而在人类以及大部分动物的酸性肠道环境中不能发挥功能。如果说我们把这种毒蛋白的基因分离出来，通过DNA重组技术添加到农作物的基因上，就能够赋予农作物抗虫害的功能。因为昆虫如果说吃一小口这种作物就会因为肠道受损而死亡，而人类以及大部分动物吃了则是没事啊。由于这种转基因技术的安全性和有效性，目前呢，是已经在多种农作物当中推广，包括玉米、土豆、棉花、大豆等等。通过转基因技术，人们可以改良农作物，从而提高农业生产效率，并大幅降低农药的使用。
不过，面对这项新技术，部分美国民众因为不了解科学原理，而盲目恐慌，将其视为洪水猛兽。转基因作物问世之后，美国多个地方发起了抗议活动，抵制转基因。对此呢，沃森在书中明确表达了他的观点，他认为一味的妖魔化转基因，而丝毫看不到这项技术的好处，是非常荒唐的。很多反对转基因的人出发点并不是站在科学的角度思考问题啊。他还列举了几个反驳点，比如说有人声称转基因作物不自然，其实呢，当今多种农作物都与最早的野生祖先相去甚远。现在的小麦呢，就是由小麦祖先单粒小麦和一种山羊草杂交之后产生的双粒小麦，这同样是属于基因改造啊。
再比如，很多人宣称转基因食物有毒，其实呢，许多植物体自身会携带天然的化学毒素，这是它们的防御武器。这些天然毒素与人工转进去的毒素没有本质区别，只不过一个靠自然筛选，一个靠人工设计。而且更为重要的一点是，人工设计的毒素考虑了对人体的安全性。比如说我们前面提到了破坏昆虫肠道细胞的苏力菌毒蛋白，它对于人体呢，就是安全的。
同时，沃森还在书中表达了自己的担忧，他认为像中国这样的人口大国绝对需要高产量的转基因作物来解决粮食安全问题，所以说中国肯定会继续务实地推进研究。与此同时，欧美国家因为对转基因食物的犹豫不决，会导致他们在技术发展上受限，最后呢，是落后于中国啊。其实从中国目前的形势来看呢，沃森当时的评判过于乐观，当下中国对于转基因食物的态度仍然存在争议。
从以上三个方面，我们讲述了DNA的重要用途，它不仅是可以用来鉴定犯罪嫌疑人、追溯家族族谱，还可以用于疾病的预防与治疗。通过修改这份遗传密码，人们可以开发抗病虫害的转基因农作物。值得注意的是，《DNA：生命的秘密》这本书写于2002年，其实2002年至今的十几年间，生命科学无论是在基础研究还是在技术的应用，又有了新的飞跃。其中最为亮眼的包括基因编辑和癌症免疫治疗。最新的基因编辑技术有望治疗人类遗传病，而癌症免疫治疗让更多癌症患者看到了将癌症变成慢性病的曙光。
《DNA：生命的秘密》这本书为我们展开了一幅波澜壮阔的生命科学发展史，并从族谱追踪、法医鉴定、疾病诊断和转基因农业等多个方面展现了DNA双螺旋结构引领的生物技术在人类生活中的实际运用。当下，生命科学的发展依然如火如荼，技术的创新在不断推进。这场迄今为止还不到100年的科技运动远未结束，它将深刻地塑造世界，并且影响人类的未来。
好，《DNA：生命的秘密》这本书就为你解读到这。听书笔记在音频下方，下一本好书与你再会。
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