龍漫遠（章靜繪，圖片背景為古生物學(xué)圣地，加拿大落基山中的Burgess Shale）龍漫遠教授是一位美籍華裔演化生物學(xué)家和遺傳學(xué)家，芝加哥大學(xué)Edna K.Papazian杰出講座教授，2022年榮獲古根海姆自然科學(xué)獎。
1993年，龍漫遠發(fā)現了第一個(gè)年齡僅三百萬(wàn)年的年輕基因——來(lái)自非洲果蠅的“精衛”基因。這一研究成果打破了生物學(xué)界長(cháng)期相信基因不變的理論，開(kāi)創(chuàng )了一個(gè)生物學(xué)中的全新領(lǐng)域。此后，他的實(shí)驗室一直致力于新基因的起源和演化研究，科研成果不僅在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊發(fā)表，還被來(lái)自英、美、法、意大利、西班牙和中國等國際上幾十家主流媒體爭相報道。最值得一提的是，他的研究成果曾作為科學(xué)證據被搬上了聯(lián)邦法庭。事件源自賓夕法尼亞州多佛學(xué)區（the Dover Area School District）積極推崇神創(chuàng )論和其翻版的智慧設計教學(xué)模式。為此，十一位家長(cháng)聯(lián)合起訴學(xué)校董事會(huì )和多佛學(xué)區，聲稱(chēng)他們的做法違反美國憲法第一修正案政教分離的原則。最終，在科學(xué)事實(shí)面前，家長(cháng)們贏(yíng)得了這場(chǎng)官司，獲得了一百萬(wàn)美元的勝訴。此案成為美國憲法法律經(jīng)典案例, 新基因起源相關(guān)的科學(xué)文獻成為有關(guān)憲法法律討論的依據。龍漫遠不僅在科學(xué)領(lǐng)域有著(zhù)深厚造詣，在人文領(lǐng)域也有廣泛涉獵，在科學(xué)與人文之間架起了一座橋梁。在中國接受的多次采訪(fǎng)和發(fā)表的科普作品中，他再三倡導將evolution翻譯為“演化”而非“進(jìn)化”，這一努力已經(jīng)頗有成效。更有意思的是，如果有人告訴你，你其實(shí)來(lái)自一堆垃圾，你會(huì )怎么想？因為我們的基因組中有百分之九十八點(diǎn)五的基因是“垃圾”。龍教授實(shí)驗室一個(gè)重要的研究方向便是專(zhuān)注于此，并取得了巨大成就。2021年，他與學(xué)生艾米麗·模特拉（Emily Mortola）合作了一篇《從垃圾變來(lái)的我們：基因是怎么誕生的》，發(fā)表在《美國科學(xué)家》雜志，上?！妒澜缈茖W(xué)》雜志發(fā)表了中文版。他們深入淺出地告訴讀者非編碼基因對新基因的起源、生物多樣性和生命起源等方面發(fā)揮著(zhù)的巨大作用。換句話(huà)說(shuō)，“垃圾堆”其實(shí)是個(gè)大寶藏。采訪(fǎng)︱洪緯
對中國人來(lái)說(shuō)，'精衛'是一只耳熟能詳的小鳥(niǎo)，傳說(shuō)它是炎帝的愛(ài)女在溺水身亡后化身而成。為了復仇鳴冤，它孜孜不倦地努力填海。在歷史地理學(xué)中，“精衛填?！北徽J為與海岸線(xiàn)的變遷相關(guān)，屬于地理學(xué)上的演化。三十年前，您取精衛的 “死而復生” 和 “填海的善良義舉” 之意，為自己發(fā)現的一個(gè)新基因命名，那么，精衛基因與生物演化有著(zhù)什么樣的關(guān)系？龍漫遠：精衛基因存在于非洲果蠅中。這是第一個(gè)揭示新基因形成的早期階段的基因。我們還發(fā)現它逐漸演化出了新的生物化學(xué)功能。比如，乙醇脫氫酶是人和動(dòng)物體內重要的代謝酶，在很多生理過(guò)程起著(zhù)關(guān)鍵作用，大量存在于人和動(dòng)物肝臟、植物以及微生物細胞中。精衛基因的母基因炎帝基因便可以表達乙醇脫氫酶，將乙醇氧化為乙醛，乙醛再在乙醛脫氫酶的催化下轉變?yōu)闊o(wú)害的乙酸。不同的是，精衛在三百萬(wàn)年的演化過(guò)程中，產(chǎn)生了一種新型脫氫酶。在激素和信息素代謝中，它可以有效利用長(cháng)鏈伯醇。這可能與幫助果蠅定位和早期發(fā)育有關(guān)。就在精衛基因的新功能研究成果發(fā)表之后，由道格拉斯·弗圖摩（Douglas Futuyma）主編的《演化》這本演化生物學(xué)領(lǐng)域內最權威的教科書(shū)就系統地介紹了精衛基因的起源及新功能。精衛基因成為通用教材里關(guān)于新基因演化的經(jīng)典案例。您還吸收了西方神話(huà)，以“斯芬克斯（sphinx）”命名了另一個(gè)新基因。它和精衛基因有何不同？龍漫遠：生命的基本過(guò)程是從DNA轉錄為mRNA，再翻譯成蛋白質(zhì)發(fā)揮功能，這就是生物學(xué)中通稱(chēng)的“生命法則”。然而，并非所有的mRNA都可以被翻譯為蛋白質(zhì)，所以，可以編碼蛋白質(zhì)的mRNA被稱(chēng)為編碼RNA，不編碼蛋白質(zhì)的mRNA被稱(chēng)為非編碼RNA。Sphinx這個(gè)詞來(lái)自希臘語(yǔ)。在古希臘神話(huà)和埃及神話(huà)中，它是一種長(cháng)有翅膀和由不同物種嵌合而成的怪物，通常分別為雌性和雄性。西安西北工業(yè)大學(xué)的王文教授二十年前在我實(shí)驗室發(fā)現的這個(gè)新基因，是一個(gè)長(cháng)鏈非編碼RNA基因，由預先存在于基因組中的兩個(gè)基因嵌合而成，是世界上首次發(fā)現的由蛋白質(zhì)基因轉變而成的RNA基因，其產(chǎn)生距今不超過(guò)兩百萬(wàn)年。與編碼蛋白質(zhì)的精衛基因不同，斯芬克斯參與果蠅的求偶行為。我們還發(fā)現，如果從基因組中敲除斯芬克斯基因就很可能導致雄性向雄性求偶的行為發(fā)生。在一些缺失斯芬克斯基因的相關(guān)物種中，自然種群中的同性求偶行為高頻率出現，就證明了這是一種受遺傳控制的自然現象。在美國普通民眾中，大部分人可以接受日心說(shuō)、細胞學(xué)說(shuō)、原子學(xué)說(shuō)和板塊理論，唯獨演化論難以被接受。2013年皮尤研究中心調查結果顯示，只有百分之六十的成年人相信演化論，這當中還包括了相信演化論是被神主導的人群。您在選擇進(jìn)入演化論領(lǐng)域之時(shí)，有過(guò)顧慮嗎？龍漫遠：選擇將其作為博士論文研究的課題時(shí)，我沒(méi)有絲毫猶豫，因為我堅信這是與生命多樣性密切相關(guān)的最重要的理論和自然過(guò)程。每當回想起首次閱讀達爾文的《物種起源》時(shí)的情景，我的記憶便變得鮮活起來(lái)，宛如昨日重現。那還是少年時(shí)代，我還是四川南部長(cháng)江岸邊的瀘州市的一名小學(xué)生，在父親的辦公室里發(fā)現了它的中譯本。達爾文生動(dòng)地描述關(guān)于演化力量的內容深深地吸引了我，開(kāi)啟了我對演化論的好奇心。我之所以能夠堅定地投身于演化論研究，這也要歸功于我在中國接受的科學(xué)教育。從中學(xué)到大學(xué)，我在求學(xué)的過(guò)程中逐漸形成了無(wú)神論的世界觀(guān)。在一個(gè)以基督教為主的國家，宗教和演化論之戰時(shí)常發(fā)生，您的研究還曾經(jīng)為賓州多佛學(xué)區的家長(cháng)們贏(yíng)得了一百萬(wàn)美元。宗教對您的研究是否有影響？龍漫遠：我的新基因演化研究在備受關(guān)注的基茨米勒訴多佛案中被視為科學(xué)事實(shí)，引為證據，最終得到法官的采納。這已經(jīng)成了美國憲法法律討論的經(jīng)典案例。此外，它還得到了耶魯大學(xué)文學(xué)教授、普利策獎得主和芝加哥大學(xué)著(zhù)名作家的關(guān)注，出現在《紐約客》、Quillette等知名雜志上。但是，我不知道法官最終將一百萬(wàn)美元罰款支付給了原告——即那些學(xué)生的家長(cháng)，還是作為法律費用支付給了法庭。不過(guò)，我相信多佛政府此后不得不遵守美國憲法修正案第一條中政府與宗教分離的原則。我的科學(xué)研究本身不受任何宗教影響。不過(guò)有趣的是，首篇精衛基因相關(guān)論文在《科學(xué)》上發(fā)表的第二天，加州大學(xué)戴維斯分校的神父在《加州大學(xué)報》上發(fā)表了一篇評論文章。我們原以為可能會(huì )是負面的評論。出乎意料的是，他竟然贊揚了我對遺傳學(xué)做出了巨大的貢獻，還呼吁他的信徒都要發(fā)揚“精衛”精神，服務(wù)好社區。為什么在英文世界里，支持或反對演化論的文章和著(zhù)作層出不窮，比如《盲眼鐘表匠》《審判達爾文》《達爾文危險的觀(guān)點(diǎn)》《機器人的叛亂》等等？龍漫遠：在我看來(lái)，任何反對演化論的論述，無(wú)論是論文或書(shū)籍，都不應歸類(lèi)為科普作品。它們并非在探討科學(xué)問(wèn)題，而是在傳播宗教熱情。生物演化已經(jīng)是一個(gè)通過(guò)多個(gè)角度和海量證據里得到證實(shí)的事實(shí)，任何接受過(guò)最基本的生物學(xué)和演化論教育的人都應該看到并欣賞這些確鑿證據。演化論是一門(mén)基礎科學(xué)，應該像其他科學(xué)理論一樣，在理解真實(shí)世界中時(shí)間和空間里的生命狀態(tài)方面發(fā)揮重要作用。若不能正確理解演化論，就難以理解包括我們自身在內的生命的奧秘和起源及演變的過(guò)程。我記得我們曾經(jīng)在一次聊天中談到了《自私的基因》和《盲眼鐘表匠》的作者、著(zhù)名的演化論支持者和知名科普作家理查德·道金斯（Richard Dawkins）。如果您遇到他，想和他聊些什么？龍漫遠：道金斯強調了自私的基因在演化中的作用。我喜歡閱讀他的著(zhù)作。我想探詢(xún)他對基因以外的其他層次的選擇性單位的看法。我在哈佛大學(xué)的一個(gè)導師，兩年前剛剛去世的理查德·陸文頓（Richard C. Lewontin）自七十年代起就一直認為基因只是自然選擇的一個(gè)層面。還有許多層面都可以是選擇的單位：從細胞到組織，從個(gè)體到群體，從物種到生態(tài)系統到生物圈。我曾經(jīng)的同事李·范瑋倫（Leigh Van Valen）是演化生物學(xué)芝加哥學(xué)派的重要人物之一，他提出了紅皇后假說(shuō)和大滅絕理論，堅信物種間的競爭至關(guān)重要。我認為人類(lèi)活動(dòng)導致了許多物種的滅絕，這一事實(shí)可以作為范瑋倫理論的一個(gè)支持證據。我想了解道金斯為何僅僅強調基因這一個(gè)層面。“新基因起源”研究在生物演化研究領(lǐng)域中扮演著(zhù)何種角色？與自然選擇或者性選擇有著(zhù)什么樣的關(guān)系？龍漫遠：我們致力于探尋自然界中塑造新生成基因的真實(shí)過(guò)程和潛在機制。生物的演化過(guò)程依賴(lài)于遺傳基礎，新形成的基因在其中扮演著(zhù)關(guān)鍵角色。為了更深刻地理解生物演化，我們必須深入探究新基因的起源和演化。我們的實(shí)驗發(fā)現新基因往往受到自然選擇和性選擇這兩種演化力量的影響。同時(shí)，我們也發(fā)現了在基因外顯子重新洗牌、基因復制和自然選擇的共同作用下，蛋白質(zhì)的功能多樣性也得以迅速增強。近年來(lái)，我們在野生稻中發(fā)現的大量的由非編碼DNA演化而成的基因就強烈地表明，自然選擇和性選擇對新基因起源產(chǎn)生了巨大影響。龍漫遠：我們注意到，基因的功能和結構在分子多樣性方面的差異似乎是生物為了展現形態(tài)和生理上的多樣性，這顯然是物種適應其生存環(huán)境的結果。我想強調的是，生物多樣性不僅受到在變化環(huán)境中的適應性演化塑造，還受到與性相關(guān)的選擇因素的左右，包括性選擇和拮抗選擇，后者可能在遺傳沖突方面發(fā)揮作用，比如性沖突。有很多例子證明新基因顯然有助于生物適應多變的環(huán)境，成為達爾文自然選擇理論的遺傳基礎。然而，近年來(lái)我們觀(guān)察到許多新基因的演化完全無(wú)法用傳統的達爾文理論來(lái)解釋?zhuān)矡o(wú)法用達爾文之后興起的中性分子演化論解釋。例如，阿波羅和阿爾忒彌斯是果蠅中誕生于二十萬(wàn)年前的基因，它們也是迄今為止已知的最年輕的基因，分別在雄性和雌性的生殖功能中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵性作用。在古希臘神話(huà)中，太陽(yáng)神阿波羅和月亮女神阿爾忒彌斯是孿生姐弟，生來(lái)感情深厚，性格迥異，他們都精通射箭和狩獵，對保護萊托女神有著(zhù)同樣的熱情。我的科學(xué)研究發(fā)現這兩個(gè)基因源自共同的祖先。起因是祖先基因在復制時(shí)開(kāi)了“小差”，將一個(gè)基因序列同時(shí)復制了兩次，形成了一條染色體中存在兩個(gè)相鄰但序列略異的基因。為了進(jìn)一步了解這個(gè)有趣的發(fā)現，我們采用基因敲除進(jìn)行了實(shí)驗。最后發(fā)現，阿波羅基因對雄性生育力至關(guān)重要，但對雌性生育力不利。阿爾忒彌斯基因對雌性的生育能力至關(guān)重要，但對雄性的生育能力卻有害無(wú)益。更令人震驚的是，如果敲除阿波羅基因，雌性的生殖功能會(huì )更加強大，但是會(huì )導致雄性不育。相似的結果在敲除阿爾忒彌斯基因時(shí)也得到了。既然如此，為何果蠅還要保持這兩個(gè)基因同時(shí)存在？它們又能否在正常自然條件下緩解自己遭受的傷害呢？為了調和這一矛盾，果蠅們笨拙地運用調控機制來(lái)實(shí)現，以達到阿波羅的蛋白質(zhì)表達量在雌性中降到最低，阿爾忒彌斯的表達量在雄性中降到最小，但不能夠完全終止這些基因的有害表達。原來(lái)，他們都是為了另一個(gè)“性的基因”完成必需功能而“忍辱負重”地活著(zhù)。這是第一個(gè)基因起源以性沖突的范式控制物種演化的實(shí)驗證據。從中我們可以發(fā)現，生命不完美已經(jīng)不再僅僅是一個(gè)永遠存在爭議的哲學(xué)命題。它的真實(shí)存在直接指向基因在功能上的不完美，那一個(gè)控制所有生命現象最基本遺傳單位功能的不完美！可以想象當我的學(xué)生和我看到實(shí)驗結果時(shí)的那份震驚和無(wú)奈。2023 年4月，耶魯大學(xué)、麻省理工學(xué)院以及哈佛大學(xué)的學(xué)者們合作發(fā)表了一項研究成果，指出與黑猩猩相比，人類(lèi)缺失了一些基因片段?？赡苓@種缺失成就了 “人之所以為人” 。這與他們本身就存在染色體數量差異有什么關(guān)系？龍漫遠：類(lèi)似的因果陳述之前已經(jīng)有人多次提過(guò)。目前，我沒(méi)有看到他們取得太多的成功。你提到的研究，作者們在因果陳述之前使用了“可能”一詞，已經(jīng)表明他們的信心有限。不過(guò)，他們提出了一個(gè)有趣的假設。在沒(méi)有實(shí)驗手段來(lái)測試這些片段對人類(lèi)表型的影響并進(jìn)行量化的情況下，要建立起缺失片段與人類(lèi)表型之間的有力聯(lián)系確實(shí)是一個(gè)嚴峻的挑戰。我鼓勵人們大膽地去探索和驗證這一假設，因為這是當今最引人注目的有關(guān)人類(lèi)起源的假設之一。也許在研究遺傳與行為之間的關(guān)系時(shí)，更可靠的結果將來(lái)自于能夠進(jìn)行嚴格實(shí)驗的小型模式生物，比如果蠅、蜜蜂、小鼠或一些靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物，尤其是那些能夠展現人類(lèi)特有社會(huì )行為的靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物。可以講講中國目前的分子演化領(lǐng)域的研究情況嗎？龍漫遠：分子演化學(xué)或許是中國生物科學(xué)中發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域之一。近年來(lái)，我讀到了大量來(lái)自中國不同生物學(xué)分支的研究報告，涵蓋了專(zhuān)注于分子與基因組演化的領(lǐng)域，以及運用分子演化工具來(lái)解決生物問(wèn)題的其他生物學(xué)研究。令人欣喜的是，像《細胞》《自然》和《科學(xué)》這樣的頂級學(xué)術(shù)期刊也刊登了許多來(lái)自中國的分子演化學(xué)論文。《科學(xué)》雜志出版了由西北工業(yè)大學(xué)的王文教授、浙江大學(xué)的張國捷和周琦教授編輯的專(zhuān)注于反芻動(dòng)物和鳥(niǎo)類(lèi)基因組與分子演化領(lǐng)域的兩期特刊，在國際上引起了較大的科學(xué)影響。去年，《細胞》雜志刊登了北京大學(xué)張蔚教授的枯葉蝶擬態(tài)研究，深刻地揭示了演化的分子與自然選擇互作機制?！蹲匀弧鷳B(tài)與演化》這本頂尖的自然系列雜志也發(fā)表了多篇中國科學(xué)家在分子演化領(lǐng)域的突破性研究。我還在由西方世界主編的一些杰出分子演化和演化遺傳學(xué)專(zhuān)業(yè)期刊中閱讀到了眾多出色的來(lái)自中國的論文，涵蓋了幾乎所有本領(lǐng)域的研究成果。這些成就都是近二十年來(lái)取得的。這充分體現了中國科學(xué)家在分子演化領(lǐng)域的激情和創(chuàng )造力，他們獲得了國家自然科學(xué)基金委員會(huì )、深圳華大基因、中國科學(xué)院以及其他中國各大研究機構和科研管理機構的鼎力支持。與傳統生物學(xué)領(lǐng)域相比，分子演化領(lǐng)域提出了更多尚待解決的重大科學(xué)問(wèn)題，同時(shí)也要求在大規模組學(xué)、分子實(shí)驗、定量分析和計算方面具備嚴謹的專(zhuān)業(yè)知識。因此，中國的大學(xué)需要進(jìn)一步提供相關(guān)科學(xué)知識、分析和實(shí)驗技能的教育。這個(gè)領(lǐng)域為科學(xué)家提供了前所未有的豐富機會(huì )。我有理由樂(lè )觀(guān)地預期，分子演化領(lǐng)域在中國未來(lái)會(huì )繼續蓬勃發(fā)展壯大。
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