周一上午8点，医学院报告厅里罕见地坐满了学生。这堂课的内容是近视。当光线暗下来的时候，在顶灯的照耀下，可以看到，近一半的学生戴着眼镜。教授喃喃自语：“难怪今天的出勤率这么高……”
“事实很清楚，”1小时后他总结道，“近视是因为眼睛过度生长，屈光系统的成像落在视网膜前面，因此视网膜上的影像变得模糊起来。眼镜的凹镜片，通过纠正屈光度，使成像移后一点，落在视网膜上，补救了自然的不准确性，于是你又看清了。”
许多手举起来，一个学生提问：“那么，眼球为什么会过度生长呢？”
“基因，”他回答，“问题就是这么简单。我们中间，一些人的运气不好，有了这种坏基因。如果你的孪生兄弟是近视，你几乎肯定也是近视；如果你的兄弟近视，你近视的可能性也很高，不过不像孪生兄弟那样高。综合所有的统计资料，可以说，近视是一种遗传病，它的遗传率超过80%。”
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“带有这种基因的人在眼镜发明之前怎么生活呢？”另一个学生提问，“如果我没有眼镜，我不可能在非洲平原坚持一天。”教室里有一阵窃笑。
“是的，这种基因可能是后来突变的，”这位教授回答，“也可能，石器时代的近视眼们在帐篷里缝纫和编织。不管怎么样，事实很清楚，近视是一种遗传问题。”
“但是，为什么会这样呢？”这个学生追问下去，“淘汰它的自然选择力量应当是很强大的。如果这样严重的缺陷也能延续下来，那么我们岂不全身都是缺陷了？”
“事实上，我们的身体并不是运转得很好的，”教授尖锐地指出，“你曾经学过，我们有许多遗传缺点。身体是一个脆弱的、匆匆拼凑起来的装置。我们作为医生的任务，就是去纠正大自然母亲的疏忽。”
学生们互相议论了一阵，没有再追问下去。
基因的功能
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关于人体的说明书都写在DNA分子的文库，压缩在23对染色体里。DNA怎样储存和使用这些构筑人体的信息呢？其中大量的细节非常惊人，我们现在才刚开始了解。一个DNA分子就像一架螺旋的梯子，两边由交替变换的磷酸和脱氧核糖的单元构成。信息就放在梯子的横杠上，这些横杠由成对的碱基分子组成，包括A、C、G、T。遗传密码的信息含量之巨大，几乎难以想象。人体的每一个细胞中的DNA都含有一串120亿个A、C、T、G符号，这相当于一个中等大小的图书馆的信息量。一个细胞里的DNA分子如果不绕起来而是拉直，大约有2米长。如果算上全身大约十万亿个细胞，这个长度有200亿千米，与地球到冥王星的距离相当。
人类大约有95%的DNA并不编码蛋白质，另外5%的DNA可以分成大约十万个功能单位，它们被称为基因。每个基因编码一个蛋白质。DNA链上的许许多多的ACGT怎样翻译成一个个蛋白，这是分子生物学研究的内容。分子生物学是一个迅速蓬勃发展的学科，对人类生活的影响可能不亚于电。目前，已经有先知先觉者呼吁要注意这些变化的政治和伦理影响。用不了多久，这些信息就会传递到更广泛的公众中。现在，开拓者们可以通过DNA克隆合成新的药物，种植含有细菌基因的食用植物，尝试向人体细胞中插入替代基因去治疗过去没有希望治疗的疾病。人寿保险公司有可能在血液常规检查时从DNA序列中读出某些顾客患病的风险，这也许又是一件不大受欢迎的事情。在妊娠早期筛查某些常见的遗传问题已经是一种常规检查，让怀有畸形胎儿的母亲有机会选择终止这次妊娠。
15年后的一天，玛丽发现她怀孕了。“是的，你已经怀孕了，玛丽，祝贺你！护士马上就来向你解释正常的检查手续，现在我想知道你是否要做标准的基因筛查，我希望你做。”
“好的，包括一些什么项目？”
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“现在已经没有任何风险，不过比较昂贵，如果你有全面医疗保险的话，这不是问题。”
“我确实有全面医疗保险，不过这些检查能够告诉我些什么呢？”
“主要是筛查40种严重的遗传病，然后你还可以补充检查诸如近视、注意力差和酒瘾等。许多人认为值得做这些检查。”
“如果发现有问题又怎么办呢？”
“那时……那时我们再谈怎么办的问题。也许酒瘾的问题也不影响你的决定，但是早知道为好。不管怎么说，现在发现问题比出了问题再想办法好，你觉得呢？”
“好的，我想是这样的，但是，如果我的孩子长大之后是一个近视眼，那我应当怎么办？”
“那……”
想要做这套全面检查，只要再等几年就可以了（本书著于1994年，当时的许多设想在今天已经实现了——校者注）。我们现在已经知道了许多基因的染色体位置以及密码序列。人类基因组计划的目的是查明全部密码，测出那十万个基因的ACGT的顺序。一旦我们掌握了整套密码，我们就可以将任何一个人的遗传密码与这些标准密码比较，发现不正常的基因。
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但是，问题来了：什么是所谓的“标准密码”呢？难道存在“正常”的人类基因组吗？当然，我们每一个人的基因都不完全一致，约有7%的基因是因人而异的；大多数蛋白质的变异率比较低，大约只有2%；对某些酶类和血液中的蛋白而言，28%的基因有许多不同的版本。往往，这些不同版本的基因功能是相同的。不过有另外一些情况，只有一个版本（等位基因，allele）是正常的，另一个等位基因是有缺陷的。在大多数情况下，这种有缺陷的等位基因是“隐性”的，就是说，它与另一个正常的等位基因配对时缺陷不会显示出来。可是，如果这种缺陷基因是“显性”的，那么，只要有一个缺陷的版本就能引起疾病。
演化学家要回答的是“为什么”有遗传病这个问题。那位讲近视的教授说得对吗？我们的身体有可能有引起疾病的“大量遗传缺陷”，而自然选择未能清除它们吗？不完全如此。的确有一些非常罕见的遗传缺陷是因为自然选择还没有来得及清除它们，但是它们的比例要小得多。不同的是，即使它们引起疾病，自然选择还是把它留下了。我们马上就会探讨为什么引起疾病的基因会被留下来。现在，首先要考虑基因的正常活动如何，以及为何会出现罕见的基因异常。
只要一个精子或卵细胞中的DNA出现了一个错误，比如一个C代替了一个T，或者一个T丢失了，这就可能引起遗传病。这类错误可能源于复制过程中出错、电离辐射或者化学损伤。真正令人惊奇的是这种错误并不多见。据估测，每一代中基因被改变的概率大约是百万分之一。这意味着，平均而言，约5%的人在生命之初就带有一个双亲没有的基因。在大多数情况下，这种突变并没有什么可以察觉的后果，只在极少数人身上是致命的。
在个体从一个单细胞发育成成人的十万亿个细胞的过程中，更多的错误将悄然发生。在体内大多数细胞里，这些错误多半只是很小的问题。许多突变基因编码的蛋白质同样可以工作，或者这个突变基因根本不在这类细胞中表达。即使突变对这个细胞是致命的，也可能没有个体层次的后果，因为通常还有许多别的细胞可以承担这一任务。然而，如果某个突变涉及调节细胞生长和分裂机制的关键环节，就可能会引起重大问题。只要有一个细胞的增殖失去控制，就能产生肿瘤，进而危害整体。我们将在第12章中讨论对付这种危险的多种机制。
除了偶然的突变可能引起的麻烦，更大更根本的问题是，这个由四个碱基组成的长长的链条是怎样编码了整个人体结构的呢？现在，我们对DNA怎样复制自己，怎样产生RNA, RNA又怎样产生蛋白分子，这些蛋白分子又怎样结合起来组成了各种微观结构有了一点了解。然而，在零星的知识岛屿周围，还是茫茫无际的未知海域。例如，我们知道激素对组织生长发育调节的某些因果关联及机制细节。不过，这类零星的发现只意味着我们才刚刚开始了解动物和植物的发育。
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虽然到目前发育遗传学还有许多谜团，遗传传递的模式却已经得到阐明。当受精时，我们的每一条染色体上的每一个基因都分别从父亲和母亲那里各取得一份拷贝。一套完整的互补的基因，组合起来就是基因组。在每一个细胞内，所有的基因都一定有两份拷贝，各自组成一个完整的基因组，于是我们就有两套基因组，它们构成了我们的基因型。在有机体的发育过程中，我们所观察到的现象称为表现型。基因型在个体发育过程中的表达受到许多因素的影响。在有性生殖过程中，双亲的基因型随机混合，组成了每个子代独特的基因型。从每一个基因的角度来看，这种随机混合可能有两种结果：如果它从两个亲本得到的是同一基因的两个完全一致的拷贝，子代在这个位点上就是纯合子；如果两个拷贝不一样，便是杂合子。
一个基因的功能如何？就持续多代的整体而言，我们会有一定的了解，但是它对具体个体的作用却难以预料。基因与基因之间，基因与环境之间的作用都会影响表型。因此，有性生殖所产生的个体，在许多方面都是独特的，可能与双亲有很大的差别。
罕见的基因引起疾病
大多数遗传病都很罕见，人群中的比例不到万分之一。而且，这些遗传病大多又是隐性的。也就是说，除非两个相同的隐性基因拷贝碰到一起，否则不会造成任何麻烦。这种风险在近亲通婚时概率显著增加，因为亲属比非亲属更有可能携带同样的基因，所以近亲婚姻生出患有隐性遗传病的婴儿的可能性较大。
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自然选择很难清除有害的隐性基因。自然选择甚至不能进一步降低它在人群中的频率。如果有害的隐性基因在人群中的频率是千分之一，人们又不与近亲通婚，那么纯合子的概率只有千分之一的平方，即百万分之一。即使这些不幸的个体统统夭折，自然选择的影响也是非常小的。在这种条件下，新的突变会源源不断地产生，速度达到自然选择淘汰的限度。为什么会这样？因为当基因出现的频率下降时，纯合子个体的出现率下降得更快（纯合子的频率=单个基因频率的平方——校者注）。假设某个基因突变使新生儿致命的概率是百万分之一，那么，该突变基因在人群中的比例将是千分之一。这便是自然选择所能达到的极限。
显性基因的情形与此不同。只要有一个拷贝的显性致病基因，携带者就会得病，一半子女也会得病。最为人们熟知的是引起亨廷顿病（Huntington’s disease）的基因。大多数病人在40岁以前没有症状，40岁以后记忆衰退，肌肉抽搐，某些神经细胞逐渐退化，直到不能走路，不能自理生活，甚至不记得自己的名字。这种病是一个特别的例子，因为它的病理特征、临床表现非常明确；已知的病例也都能追溯到17世纪的若干欧洲家族。其中一位男子移居到加拿大的新斯科舍省，这个基因和疾病也就传给他的几百名后裔，包括著名的民间歌手伍迪·噶思里（Woody Gathrie）。在18世纪60年代，有一个来自德国的西班牙水手安东尼奥·贾斯托·多里亚（Antonio Justo Doria），在委内瑞拉的马拉开波湖（Maracaibo）的西岸住下来，他的后代是现在最集中患此病的一群人。遗传学家经过不懈的努力，最终发现亨延顿病基因位于第四号染色体的短臂上。
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这就把我们带回到原先的疑问：为什么这个破坏性的基因没有被剔除掉？答案是：因为它在40岁以前的危害很小，而40岁之后才患病的病人生的子女一般不会比正常人少。事实上，有些研究提示，女性病人的子女甚至比平均数要高，男性的生育率似乎要低一点。总之，在现代社会中，自然选择对这个基因的清除影响很小。据估算，美国人群中亨廷顿基因的频率大约是两万分之一。
亨廷顿病又一次说明了本书第2章中强调的原理：自然选择不选择健康，只选择成功的生殖。只要一个基因不减少存活后代的数量，即使它有破坏性也仍然会保留下来。还有一些致病基因甚至有可能增加生殖的成功率，至少在现代社会是如此，其中一个例子是引起狂躁抑郁症的基因群。狂躁使有些病人性冲动增强，好勇斗狠；而另一些人则才华出众，立下功绩，极富吸引力。如果一个基因能增加生殖的成功率，那么即使它有害处，也将扩散开来。
表7—1提供了一个基于疾病基因“收益”（beneficiary）的分类法。虽然许多疾病是由突变或者自然选择的限制引起的，这些病在疾病中所占的份额相对很小。在大多数病例中，其过程要更加复杂、更加有趣。
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表7—1 致病基因的益处
常见的基因引起疾病
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引起疾病的基因可能同时有一定的益处，镰刀型贫血症就是一个经典例子。引起镰状细胞贫血的基因大都来自非洲，那里疟疾流行。在携带这个基因的杂合子里，这个基因改变了血红蛋白的结构，加快了清除血液中受疟原虫感染的细胞，因而在一定程度上对疟疾有限制作用。携带两份该基因的纯合子则患有镰刀型贫血症，他们的红细胞扭曲成新月形或镰刀形，以致不能正常循环，所以引起出血、气短、骨痛、肌痛、腹痛等症状。患病儿童的病情十分可怕，一般无法活到生育年龄。有正常等位基因的纯合子个体的红细胞虽然完全正常，但他们缺乏对疟疾的抵抗作用。镰状型细胞基因体现了杂合子优势（heterozygote advantage）。因为杂合子对疟疾的抵抗性比两种纯合子都要好些：有镰状细胞基因的纯合子因镰刀型贫血症而不能生存，没有生育机会；有正常等位基因的纯合子又因为易感疟疾而不适应生存。这两种选择力的相对强度决定了这个位点的基因频率。因此，引起致命疾病的基因和使人易感疟疾的基因可以同时在人群中维持很高的频率。
虽然镰状型细胞基因是用来说明疾病被保留下来的经典例子，但它仍然是一种不多见的基因，原因有三。首先，它的分布不广，仅发现于热带非洲。其次，血红蛋白的改变是一种简单的适应。许多别的适应，例如色觉视力和发热的能力，都更加复杂，涉及密切相关的几个系统，因而需要许多基因才能形成；相反，镰状细胞等位基因与正常基因的差别，是只有一个T代替了一个A。这个基因翻译成血红蛋白时，氨基酸也只有末端的缬氨酸代替了谷氨酸，这种分子改变使红细胞体现出异常的形态及性质。最后，有特别强大的选择力针对一个基因位点；很可能在人类群体中，杂合子的优势很普遍，但是对纯合子的负选择很弱，其作用难以检出。
在疟疾不多见的地区，可以预见，镰状细胞等位基因的频率会下降。实情确实如此，非洲裔美国人已在没有疟疾的地区生活了十代之久，在他们中间该基因的频率比非洲人的频率更低。看来，自然选择已经使镰状细胞基因频率在疟疾不多的地区下降，这是可以根据演化理论推断出来的。
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其他遗传性血液异常也有防御疟疾的作用，最具戏剧性的有葡萄糖6—磷酸脱氢酶（G6PD）缺乏症。有这种异常基因的人接触氧化剂如奎宁时，会发生溶血，病得很重。而奎宁又是最原始的、现在仍然有效的抗疟药。当疟原虫在红细胞中生长并消耗氧气时，缺乏G6PD的红细胞就会破裂，从而抑制了疟原虫的繁殖。在这种情况下，某些疟原虫演化出了自己合成G 6 PD的能力，这是宿主与病原体之间“军备竞赛”的又一个例子。
4%的北欧人带有一个引起囊性纤维化的隐性基因，70%的携带者只有单个突变等位基因（△F508），人类基因组计划的负责人弗朗西斯·柯林斯（Francis Collins）说，这“提示可能有某种杂合子选择，或者这个突变基因在北欧人中有很强的奠基者效应”。具体是什么好处维持了囊性纤维化基因的频率？现在仍然不清楚，有资料提示可能是它降低了腹泻所致的死亡率。
戴萨克什病（Tay-Sachs disease）中所有的纯合子都在生殖年龄以前死亡，但该基因在阿什肯纳茨（Ashkenazic）犹太人中出现的频率仍然有3%～11%。维持这样高的频率，意味着杂合子比正常纯合子的生殖优势要高6%。根据有关感染率和人群分布的资料，它对杂合子的益处可能是预防结核病，这在犹太人的历史上曾经是一个重要的选择力量。X染色体易裂症（fragile X syndrome）也是一种常见的遗传病，每两千名男性婴儿中有一个智力发育停顿。有充分的证据表明，女性杂合子的生殖成功率更高。
加利福尼亚大学的生理学家杰瑞·戴蒙德（Jared Diamond）最近提出了另一种机制，也可以解释为何某些致病基因的频率比预期更高。他指出，多达8/10的妊娠因早期或晚期流产而失败。其中绝大多数未被发觉，因为这些都发生在胚胎着床之前或者刚刚着床之后。只要一个基因可以略微降低流产率，它就会被选择留下，即便它增加了某种疾病日后发病的机会。戴蒙德举出儿童期发病的I型糖尿病为例，这是DR3基因引起的一种遗传病。如果双亲之一为携带异常基因的杂合子，另一个为正常基因的纯合子，理论上子代带有DR3基因的频率应该是50%，然而实际的观察数据却是66%。怎么会这样？可能原因是，DR3基因在胎儿期能够大大减少流产率，从而自己保存下来，虽然它后来会引起糖尿病。
苯丙酮尿症是另外一个依靠母亲内的子宫选择得以维持的基因疾病。其纯合子不能处理正常食物中所含有的常量苯丙氨酸，表现为智力发育停滞。对于这类群体，只要注意保证食物里不含苯丙氨酸，就可以预防智力发育障碍。这个例子很好地说明了，即使是完全遗传的疾病也是完全可以通过控制后天环境加以防止的。苯丙酮尿症比较常见，1%的人带有该基因，所以许多国家地区要求在出生时进行普查。为什么这样多见？同糖尿病基因一样，这个苯丙酮尿基因似乎也是通过降低胎儿流产率而保存自己的，尽管它会引起疾病。
“法外基因”（outlaw genes）
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牛津的生物学家道金斯把生物体看作是基因复制出更多基因使用的“载体”。许多基因的合作形成细胞、器官和个体，只是因为这是复制出更多拷贝的最佳途径。身体的细胞像是作坊，各有专门的功能，必须互相合作才能生存、繁殖。只有为了整个机体各尽其责，基因才有可能进入下一代，除此之外，别无他途。果真是这样吗？考虑到这里的巨大收益，任何可能使一个基因传到下一代的“投机”策略都会被派上用场，哪怕这种做法可能会降低这个后代的生存能力。这种情形真会发生吗？
确实有某些基因会更“拼命”地进入精子或卵细胞，即使这会对它们的携带者产生不利的影响。这样的例子不少，我们最熟悉的是小鼠的T位点基因。雄性如果有两个异常的等位基因，后果不堪设想。但是，对于只有一个异常拷贝的雄性来说，该基因传到后代的概率大于90%，而不是50%。这个例子很好地说明了“法外基因”的活动，它只对基因本身有利，对个体和物种都有害。我们之所以能够发现它，是因为它酿成了严重的后果，而且我们可以在小鼠中进行对照实验。人类是否也有这种法外基因呢？它们为了更“拼命”地进入生殖细胞，是否也造成了我们后代的生存缺陷呢？