从灵魂到基因

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从灵魂到基因0 d1 x* a: u# a

" l6 C5 d$ i9 E+ o认识你自己！" B! ?+ \  {/ p! }9 g4 K
     ——古西腊哲人警世之言( J% [& j  \5 D! i2 _  r9 |- I" p# X
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    在所有的民族和部落中，人类对于大自然、尤其是自身特性的兴趣由来已久，这可以追溯到有史记载的远古时代，而且肯定比这个时间还要早，此可以从人类广泛出现的精致的墓葬中就可作出判断。
# U- `, [* k% H5 e9 N: J    大多数的宗教都认为，人死后仍然存在某种形式上的精神，它在一定程度上体现了人类的本质。如果失去精神，则躯体就不能正常工作。人死后灵魂会离开躯体，至于以后发生的事，是上天国、下地狱，还是入炼狱或转世成为驴子或蚊虫什么的，不同的宗教则有不同的说法。
' j, p( Z; ~. \- m! _% p8 `    并非所有的宗教在细节上都是完全一致的，这通常是由于它们基于不同的教义，如基督教的圣经和伊斯兰教的古兰经就形成鲜明的对比。尽管不同的宗教存在差异，但至少在一点上它们有着广泛的共识：人类确实具有灵魂，而这并不仅仅就是一种比喻，至今大多数人还抱有这一信念，而且在很多情况下，这一信念往往表现得相当强烈和执著。+ M0 h/ ~* d* s; \4 X
    当然也有极少数的例外，其中之一是少数追随亚里斯多德的极端基督教徒，它们怀疑女人是否具有灵魂、或具有和男人一样品质的灵魂，某些宗教很少关心死后的生活，如犹太教就是如此；关于动物是否具有灵魂，不同的宗教也有不同的说法，有一个老笑话是，哲学家（尽管他们也有区别）大体上可分为两类：自己养狗的确信狗有灵魂，自己没有狗的则否认狗有灵魂的存在。# v: ^& w( j8 q, U  y
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但无论如何，还是让我们从先哲——柏拉图和亚里斯多德的故事说起吧。  在雅典郊外的橄榄树下，常常是阳光明媚的下午，会聚集一群学生，作为柏拉图的学生和弟子。柏拉图每次都会喋喋不休的对他们布道和阐述自己的创世观点：人是最先被创造出来的，而其它生物则都是由人退化形成的，甚至连女人也是如此。他认为女人是次等产物，她们是那些“胆怯的，在错误中浪费了生命”的男人的灵魂变成的。灵魂则由三部分组成：固定在大脑中的理性部分、隐藏在心脏中的感情部分、以及在肝脏中的食欲部分。在柏拉图的世界里，灵魂是神歇住在我们里面的灵，也即灵魂是潜藏在每一个人内心的神的归宿。
1 I  C! ?- D+ \% T    有一点毫无疑义，亚里斯多德是柏拉图最忠实的门徒和追随者。据说，柏拉图在讲解他的对活体的著作《灵魂篇》时，通常只有他一个人会听到底。亚里斯多德还做了柏拉图二十年的学生，一直待到柏拉图去世才离开雅典。然后他去了罗斯博斯岛，在罗斯博斯岛，亚里斯多德专攻起了“发育生物学”，每天打开孵化不同时间的鸡蛋，观察和系统的描述了小鸡在鸡蛋内的发育，因此亚里斯多德被认为是第一个研究发育的自然科学家。他写到：“心脏出现了，像在蛋白里的一滴血粒一样，这个点博动、并活动起来了，从心脏出来的两条带血的脉管卷曲、折入，形成一个卷绕的通路；然后一个带有血纤维的膜包住了蛋黄------过了一会儿，身体可以区分开了，开始非常小，是白色的，------”。
% d( m5 I2 Z* }; s1 L/ O    与他的老师柏拉图一样，亚里斯多德对女性的评价也很低。他认为女人是大自然弱点的表现，小孩的性别往往取决于父亲的强与弱，强就是男孩、而弱就生女孩，是“自然”拿到一块好的材料而不够创造一个男人时，不得已采取一种折衷的办法，才使女人得以产生。有人认为他们的这种思想也许是受了圣经的影响，圣经认为女人由亚当身上的一根肋骨形成，取名夏娃。
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但亚里斯多德与柏拉图这两位天才之间并不是完全和谐一致，亚里斯多德是一个只向真理低头的人，他虽然做过亚历山大作王子时的老师，但他并不对这个暴君“言听计从”，对他的老师也是这样，他曾经写到：“柏拉图可贵，但真理更可贵”。对此柏拉图也写道：“他离开我就像小鸟离开母亲一样”。8 E4 Z; T$ W. M3 t( J! E
    亚里斯多德对所有生物都赋予了一个灵魂，将灵魂区分为带来生命的营养灵魂、赋有感觉的动物灵魂和导致思考的精神灵魂。而植物则只有一个灵魂——植物性灵魂，它适合于植物的生长和繁殖；而相反动物有则有感觉上的灵魂，此便于动物感觉和运动；而人类则除此之外，还具有特性的灵魂，这种灵魂位于人的心中，而不是在大脑，他认为心脏是灵魂和智慧活动的中心，而大脑仅仅起到了分泌粘液和冷却血液的作用。因此亚里斯多德把灵魂分为了三级，一级灵魂为营养灵魂，负责生长、发育；二级灵魂控制感情和运动；三级灵魂即精神灵魂是外在的、无痛楚的和纯能量的“通过某个门”从外界进入人体。
9 y9 x/ a" [% G% _/ h  G& Q    亚里斯多德是西方文明的一块奠基石，在他以后的几个世纪中，几乎无人能撼动他的理论，人们往往只能默默地接受他对“生物学”的一些论断，即使这些论断在解释上是模糊不清或模棱两可的。在科学史上，到目前为止，还几乎没有一个人能统治这么长的几个世纪的时间。. ~0 k9 C' s3 [$ p4 O. X
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与柏拉图和亚里斯多德一样，罗马时期的盖仑也认为神创造了世间万物，他把生命过程分成三个层次，分别由植物性灵魂、动物性灵魂和理性的灵魂来控制。而生命最终是靠作为宇宙呼吸的“灵气”即空气来维持的，盖仑把他的解剖学知识、生理学知识与这种哲学体系系统的结合起来，把人体看作是精心制作和分配元气的三种适应性改变的场所。这些改变又分别与体内的三个主要器官相关：肝脏、心脏和脑；与三种类型的管道相连：动脉、静脉和神经。元气首先被肝脏改造成“自然的灵气”，它能引起生长，控制运动的“活的灵气”则是在心脏中形成的；而适应于思想活动的第三种改变物“动物性灵气”则是在脑子里发生的。
' l* P# V' Z' B' f( ]( {! E    盖仑是一个伟大的实验科学家，知道只有实验才是通向科学的唯一通道。他对于人体内部是怎样进行活动这个问题深感兴趣。但那时是罗马人统治的时期，解剖一个死人可被处以极刑。不过盖仑善于随机应变，他猜测人和猴子之间具有可比性，因此他通过解剖猴子来研究人体生理和解剖学，要是没有猴子就解剖猪。另外他在罗马夏季的节日庆典上，因为治疗受伤的角斗士的创伤而有机会了解人的结构；盖仑从不放过任何可以学习人体结构的机会，一次洪水把一具尸体从坟墓中冲出来，顺着河水飘下来后搁在沙滩上，尸体的肉已烂光了，但骨骼仍完整的连在一起，他写道：“这具尸体就好像是医生为他的学生上课准备好的标本一样，便于让人们进行观察”。另外一个例子是，一个强盗的尸体被扔在离路边不远的田野上，因为没有一个人愿意埋葬这个恶魔，结果鸟吃完了他身体上的任何一块肉，仅仅过了两天，这尸体就已经“准备好让任何一个愿意欣赏解剖演示的人观看了”。
" M' {- P1 ^3 l  k( Z! Z. U  n+ u! s% p9 F    毫无疑问，盖仑是一个技艺精湛、观察敏锐的解剖学家，他的成就达到了古希腊医学研究的顶峰。但他并不满足于纯碎的描述，还想进一步把研究范围从人体的结构发展到器官的功能，从纯碎的解剖学发展到实验性生理学。在把医学研究从解剖学发展到生理学的过程中，盖仑希望能把希波克拉底的医术转变成医学。在建立以实验为基础的生理学时，盖仑是一个即没有完全对手、也没有先驱榜样的拓荒者。亚里斯多德曾说过血管里含有的是空气，而盖仑的实验则轻易地否定了这个说法。他的实验告诉他，血管里流动的是血液，他在活的动物身上暴露相当长的一段动脉，且分别在两端用线结扎，然后切开结扎的两端之间的动脉，便可以看见喷出来的是血液而不是空气。另外，盖仑也是首次发现或描述神经、肌肉和心具有瓣膜的第一人。盖仑对于医学简直就是完美的象征，他对于医学的地位等于亚里斯多德对科学的地位。1 U. E8 U; p+ w/ |+ p6 Z/ F0 B
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文艺复兴时期是医学如何从解剖学发展到生理学探索的黄金时期，其最好的例证就是发现血液循环的历史。一个人可能对天文学、物理或化学不感兴趣是可以想象的，但要说他对自身不感兴趣或无动于衷是很难想象的。对每次受伤后流出的鲜红色血液尤其是如此。* V# {+ z: p6 U& t
    在古代，一提起血液，人们往往会想到它是“神奇”的象征。人们曾经把它用在签订协定、举行婚礼和结拜兄弟的仪式上，用在纪念性的或祈求多产的仪式中，或把它看作是防御疾病的护身符。某些部落甚至还通过饮血以求获得勇气和保持青春的习俗，甚至有的科学家还提出输学可以改变受血者的性格和个性。希波克拉弟和亚里斯多德都相信血液的运动是生命过程的基础，亚里斯多德还认为：心脏是体内最重要的器官，它是智慧的所在地，强调血液的功能是运送和分配“生命的灵气”。
2 h( y  [; ^3 L* F3 P7 Y    1616年，是莎士比亚生命之火熄灭的一年。在那一年，哈维演示了他的“心血运动论”，当然他最重要的著作是《论动物心脏和永久运动的解剖学专题论文》，1628年，像他所钦佩的亚里斯多德一样，为了探索事物的最终原因，而提出了似乎是简单的，但却具有真正深远意义的问题。在思索关于心脏和血管的作用时，他逐渐抛弃了盖仑的观点，而更接近于亚里斯多德关于心脏是体内最重要器官的想法。8 w$ o/ x" i" X/ |
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哈维在伦敦时每年参加六具死刑犯尸体的解剖，另外也常在大学的医学院里，演示解剖尸体的的实验课。尽管哈维在寻找所谓最终原因时仍是亚里斯多德主义者，但在解决这个问题时却应用了现代的方法，但由于当时哈维所能应用的仅仅是一个手持放大镜，因此不能直接观察到毛细血管，他工作中的唯一不足之处是不能正确理解动脉、静脉之间沟通连接的本质。此直到列文虎克把显微镜应用于解剖学以前。哈维所采用的某些证明方法至今还很有价值，另一些则充分显示出他的天才特性。不过，尽管他超越出盖仑和亚里斯多德的局限，但仍然深深地受到当时思想界的影响。哈维认为灵魂存在与血液中，他说看不到灵魂存在身体之中的证据，可是要说有的话，“身体不在灵魂之中。”
3 T, l8 ~  X1 z+ ]    他同时也认为，心脏的运动是这样的迅捷和复杂，似乎“只有上帝才可能理解”。今天看来，思考心脏怎样循环好像并不复杂，只是一些事实而已。但在哈维所处的那个时代和背景，想出这样一种理论被认为是违反传统的异端学说。典撒利亚斯还没有说这么多就被迫流亡；塞费特斯还没说这么多就被处刑；帕拉塞尔修斯也还没说这么多就在巴塞尔遭到围攻而最终被谋杀。由于哈维是查尔斯一世所最宠爱的医生，因此他也许受到了许多不应有的王室的庇护。不过他还是怀着恐惧之心把他的书公之于众的。这个理论在当时受到盖仑主义者的强烈攻击，且这种攻击所持续的时间长达十年之久。法国巴黎大学的一个医生认为，哈维的理论是“自相矛盾、毫无用处、违背事实、绝不可能、荒谬可笑和极其有害的。”2 U3 @1 Z* j% B! O
    直到1650年，法兰西保守派医生仍拒绝接受这个新的实验性科学理论，只有异端的思想家如笛卡尔才真正对这项新发现充满热情。哈维自己也断言，他的理论没有一个四十岁以上的人能看懂，更不用说接受。哈唯是那些年轻科学家的鼓舞者，这些年轻科学家最终创办了英国皇家学会，决心为发展一种新的具有实验性和实用性的自然科学作出努力。
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可以认为，现代解剖学的新纪元是从维萨里开始的，他的巨著题名为《人体的结构》，该书描述了他所观察到的人体有机结构。其实，十八世纪的许多解剖学家已把注意力集中在器官及器官系统的结构和功能上，如法国大解剖学家比夏精心阐述的组织学说，是使机体的构造进一步研究系统化的一种尝试。不知疲倦的比夏把生命的大部分时间化在了天主医院的解剖室中，以不屈不挠的精神从事解剖学的系统研究。在没一年中，他至少要解剖600具尸体。他主张理解疾病必须追究到器官的损伤，这才是疾病的根源；而器官是由不同的成分组成，因此研究工作必须直接揭示这些组成部分。很明显，通过解剖可明确一个机体是由各个器官所组成，而各个器官又由更深层次的原始“结构”组成，这个原始结构被赋予的一个称呼是：组织（tissue），它原意为一种很特别而价格又很高的纺织品，比夏把它用来称呼那些有机体的结构组成。比夏也推定，组织是机体基本的结构成分和功能单位，他把有机体分成二十一种组织：神经、血管、粘液，结缔及纤维组织等。这些成分的组合则组成了器官，再由器官形成更复杂的系统：如呼吸系统、神经系统及代谢系统等。
$ R: t  v- I# h5 P6 h! x    那么组织又是有什么组成的呢？细胞学说是这个问题的答案。这个学说的提出应归功于列文虎克发明了显微镜。但已被大家公认和接受的一个观点是，1665年，是胡克第一次提出了“细胞”这个词。在他的《显微图谱》一书中，有细胞结构的的图解和说明。随后施旺提出细胞是（图）一切生物的结构和功能的基本单位。他们超乎寻常的洞察力更是认识到生命形态的共用基础——细胞，是有机体生命、结构、功能、繁殖、生长和分化的基本要素，也即细胞是生命体的基本单位，紧随其后的研究产生了一个著名的判断：“Omnis cellula e cellula。”，即所有的细胞都来源于先前存在的细胞，威尔赫把它扩大为：“生命，来自细胞的直接延续。”当然现在已明白，生命也是从一个细胞开始的——受精卵。+ f, \3 H9 _  b2 E9 h
    将人们注意力引向细胞核，并将其视为生命传种接代物质的是哈特兄弟，他们认识到精子和卵子细胞核融合的重要性，伯夫里则推动了细胞核内染色体理论的发展。# w/ q# ]- P8 M2 {: R' P0 S: [
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生命科学史发展到现在， 下一个显而易见的问题是：染色体又是由什么组成的？到此人类文明史已翻到二十世纪，基因的概念才第一次在人们的脑海中浮现。人类认识自己的历程也经历了从器官、组织、细胞、到核内染色体的过程，医学也从医术发展到科学的涵义。
3 ], S' h- v( ^; V+ {! S    1909年，丹麦生物学家Johannsen根据西腊文“给予生命”之义，第一次提出基因这个概念，用来称呼那些由染色体携带、且看不见的遗传单位。当然基因概念的提出离不开孟德尔的菀豆杂交实验，他第一次观察到生物体的特定性状由“基因所决定”（如碗豆开红花还是百花、长得高还是矮、结的果实是皱的还是光滑的）。美国科学家摩尔根通过著名的白眼果蝇杂交实验，而第一次把基因定位在特定的染色体上，并且已改变的性状可以遗传给下一代，为此他获得了历史上第一个与基因研究相关的诺贝尔奖。0 u" T* c2 w- r$ h; Q
    到此人们已认识到基因必需具有三个特性：其一，基因可以自我复制，把性状传给下一代，此符合中国的一句古话：“龙生龙、凤生凤，老鼠的儿子会打洞”；其二，基因决定性状，承载生命的信息，如基因决定着蝴蝶翅膀的颜色、玫瑰的香味及婴儿的性别；其三，基因也可以发生突变，这是生物多样性产生及各种疾病发生的原因及基础，人体疾病的种类超过8000种，几乎所有的疾病都可以通过基因来阐明病由。
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随后大家很快就发现，生物体内几乎每一项特性都是由基因所控制，换句话说即基因简直就是生命的基础。到了1941年，两位美国科学家毕多和塔莫发现，基因的功能在于制造所有生命体的基本结构——蛋白质，例如负责催化生物体永恒存在、赖以生存的化学反应的酵素，就是一种蛋白质。他们两人于1958年同获诺贝尔医学奖。6 z8 d8 X9 |: Q, X
    然而基因的本质在仍是一个谜，没有人知道基因长的怎么样、如何发挥功能，也没有人知道细胞怎样复制它的基因，以便完整地传给子代细胞。1943年，奥地利物理学家薛定谔在其著作《What’s life ?》中指出：生命现象可以用物理和化学原理来加以解释。但如果我们稍微思考和仔细的计算一下，人体内含有约三克的铁，对此可以制成一枚铁钉；有35克镁；0.1克铜------，把人体所有的化学物质分离出来，其价值绝不会超过1600元人民币，因此人体绝不是各种化学物质的简单组合。他指出联结原子、分子和生命本质之间的关键将是基因，能够解开基因怎样携带遗传信息的化学物理密码将使生命的本质是什么这个问题得到回答。2 q# m& m* z9 ^6 O
    1953年基因的奥秘终于被揭晓。两位深受薛定谔观点所影响，而立志投身阐明基因本质的年轻科学家回答了这个问题。他们是美国生物学家沃森和英国物理学家克立克（1962年获诺贝尔医学奖），基因的发现经过可参阅沃森写的《双螺旋》。基因的构造就象一把螺旋形的梯子：两条糖磷酸长链是梯子的主体，长链间每隔一小段距离就以一个简单的分子相连，犹如梯子的横档。每段横木由两个相对应的核苷碱基所构成，最后把整条梯子扭转成双螺旋。
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碱基只有四种，分别是腺嘌呤（A，adenine）、胸腺嘧啶（T，thymine）、鸟嘌呤（G，guanine）及胞嘧啶（C，cytosine）。但是每条长链上的碱基数目却多得数不清，最惊人的是，无论何时，只要长链某点上出现A碱基，则另一长链上相对应位置上必定出现T碱基；同样，如长链上出现C碱基，则另条长链上与之配对的必定是G碱基。8 t4 Y9 N4 w/ \3 U; n# n
    每条染色体都是由一根长的不得了、但卷得紧密的双螺旋DNA所构成。至于基因，显然就是DNA的片段。而每条染色体的DNA上则排列了数千个基因。当基因结构之谜解开之后，有一桩事实就变得更明显了：每个基因当中的碱基排列顺序，能够影响该基因在细胞中组合的蛋白质的氨基素排列顺序。换句话说，碱基好像一种只有4个成员的字母——G、A、T、C。每个由这些字母组成的碱基“单字”，都能特化一种氨基酸分子。而每个句子则由成百甚至上千个碱基“单字”所组成——一个句子即能特化出一种具有不同氨基酸排列顺序的蛋白质。. E+ Y. N+ ]. ?# K; x4 t
    20世纪60年代早期，遗传密码也终于被解开了。科学家发现，原来特化一种氨基酸只需3个碱基字母。例如，单字CTG能使赖氨酸排列到正在合成的蛋白质上；而另一个单字GAT则特化天冬氨酸。既然碱基字母共有4种，那么在遗传语言中，有3个字母组成的单字就应该有64个。然而，氨基酸的数目却只有20种，这是因为密码功能有时会重复：例如，除了CTG外，还有5个单字也同样能转化赖氨酸。) Q8 a) O1 F* |) G7 k
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