第七章 掌控人类基因
即使是84岁的高龄,哥伦比亚教授艾瑞克·坎德尔(Eric Kandel)仍然是一个个性活泼明快的老师,他很喜欢在自己的讲演稿里放上透纳(J.M.Turner)和马克·罗斯科(Mark Rothko)的油画。
2000年,坎德尔因为其对神经元生理学及神经元如何创造和存储记忆方面的研究获得了诺贝尔奖。坎德尔刚开始研究的是大脑皮层下马蹄形状的区域——海马体,海马体与情感、方位以及记忆处理有关。但是人脑或其他哺乳动物大脑神经元的数量使他的研究难以取得进展。
人脑大概有86亿神经元,每一个都可以通过成千甚至上万个突触与其他神经元进行联系。人类海马体的五个区域有大概4000万个神经元,实验室的老鼠大概有210万个海马体神经元。
因此,坎德尔转向研究更简单的生物,比如海蜗牛,它的2万个神经元相对来说体积较大。海蜗牛最简单的行为能够用上100个细胞,研究人员可以弄清楚每个神经元在某个具体活动中发挥什么样的作用。像海蜗牛的腮非常敏感,一受刺激迅速缩回去,就像人的手碰到火迅速移开。在每一个海蜗牛体内,这样的反射涉及与6个转动神经元相联系的24个感官神经细胞。
和腮的反应类似,海蜗牛在受到刺激后会做出害怕的反应,它的尾巴会缩回去。通过短时间和长时间刺激海蜗牛的尾巴,坎德尔和他的团队能够研究导致造成短期和长期行为变化的生物化学及突触活动。碰一次尾巴以后,海蜗牛会形成短期的记忆,反应速度也会提升几分钟。5次或多次反复刺激会造成延续几天甚至几周的长期行为变化。坎德尔说:“即使是蜗牛也能熟能生巧。”
通过低端生物海蜗牛的反应可以发现,记忆的产生是复杂的分子、突触和基因相互作用的结果。坎德尔发现,短期记忆的产生是由于蛋白质的变化导致神经元之间突触连接的增强,进一步的刺激会导致新的突触的产生。
坎德尔的研究特别有意思的地方是基因在对长期记忆进行编码中发挥的作用。长期记忆的产生存在一些生物化学的抑制因素,这也是我们不会对所有学过的东西形成长期记忆的原因。但是一旦能够解决这些抑制因素,学习和记忆就是一种通过启动脑细胞核的基因产生新的与别的神经元相连接的突触并改变神经元结构的过程。对于海蜗牛而言,持续的刺激能够使神经元上的突触从1200个增长到2600个。
坎德尔的研究采用了极端简化的办法。他对所能研究的最简单的生物形态的最小元素的活动进行了分析,比如分子、基因、神经元细胞以及突触等。坎德尔和其他的研究人员已经证明哺乳动物中的记忆产生过程和海蜗牛的记忆产生过程相似。
坎德尔的研究特别有意思还在于其处于两个最伟大的科学谜团的交界面:基因表达和大脑的功能。基因表达是指单个细胞中DNA储存的信息用于建造蛋白质(或其他基因产品)的过程。每一种蛋白质继续完成某一具体的功能。但是如果一种基因的表达因为来自细胞外部的化学品而被改变,某个具体的蛋白质的产生也会被激活或被压制。
一个并不严谨的词“与生俱来”(hard-wiring)用来描述我们之所以是自己以及为什么会有这种表现是由基因代码决定的,而且在我们出生的时候已经铭刻在大脑结构中。但是基因表达却是一个终生的变化过程,能够随着经验、环境、时间甚至随意的影响而改变。虽然大脑有一个基本结构,但它也是可塑造的,因为学习和经验能够加强或弱化神经元之间的突触连接,并创造新的连接。这个过程可以用“脑可塑性”(neuroplasticity)这个词来描述。在一场事故之后,大脑甚至能够将一个区和另一个区的功能进行重新连接。
对于人类来说,神经元之间的新突触连接的产生在儿童时期最为明显。随着长大成熟,开始进行修剪和删除,随着新突触的产生,其中一些突触变得沉默,一些被移除。神经元连接的组织不断完善终其一生,充分反映学到的东西以及未得到使用的能力。神经元之间的每个新的连接都带来独一无二的联系。每次新记忆的形成都会有一次神经元之间的连接。
基因学和神经学的前沿研究成果让人以为,基因组和人的思想会很快揭示其自身所有的秘密。当然,目前的发现将会改变很多人的生活。另一方面,大量的研究发现表明基因表达和神经功能比我们现有的了解要复杂得多。基因的每一次表达都与无数的生物化学机制相互缠绕,许多还未经发现和证实。
大脑活动来自于神经元之间的连接,包括现在了解得很少的反馈回路。100多种不同的神经递质的化学活动促进或抑制神经连接。神经重塑等词语只是一种用来说明大脑活动并非像以前理解的那样是一成不变的方式。从某种程度上说,神经学家正在取得进展,换句话说,他们正在一层层解开这个复杂的问题。虽然科学发现的速度呈指数增长,但是“生命之书”仍需要许多许多代人来完成。
充分认识复杂性对于谨慎做出决定资助哪些研究,培育哪些希望,为哪些威胁做计划是非常必要的。在理想世界里,每一条科研路径都应当给予经费支持直至根除所有的问题。在现实世界,必须要做出选择。分清虚妄和现实对于设定重点是很重要的。分清哪些突破可能实现、哪些我们无法掌握,对于新兴技术的合理开发很关键。
人类基因的研究极其可能对人类命运造成改变,目前很少有课题真正引发对这一领域研究的热情或招致道德谴责。对于改变人类基因相关的热情对于科学家和政治领袖来说提出了巨大的挑战。什么时候应该听取他们的意见,什么时候又可能受其误导?
改变人类基因受到的批判比通过控制大脑改变人的性格等其他企图改变人类的形式要多得多。干扰基因严重侵犯了宗教界所尊崇的信仰,他们认为人的生命是神赐予的礼物,此外对基因的干扰也不符合很多非宗教人类学家的信念。奇怪的是,不知怎么基因被赋予了一种本质的精神价值。基因具有了确定人类本质的光环,它决定一个人个性的特质,以前认为人的特性来自于灵魂,而现在则认为是基因决定的。
对于基因不可侵犯的看法一般基于误解或错误信息。但是它们也表明了一种根深蒂固的认识,即基因发现根本上改变了人类生物学的未来以及对于人类的意义。
对于公众来说,只要一提到改变基因材料立刻会联想到设计婴儿的设想。当然,我们有理由进行暂停并在这一领域设置监管。但是设计婴儿只是一个过度炒作的极端例子,这种可能性的确存在,也值得去掌握。但是我们不能忽略一些更平淡但是值得我们注意的一些重要应用,比如个性化的药物以确保一些严重的遗传疾病不会遗传给子孙后代。
选择哪些受精卵进行基因工程是一个伦理冲突关注的问题。通过根本上机械的过程采用科技上可能的办法来决定谁可以拥有生命而谁不能拥有?许多宗教认为,确定谁能出生并非人类自己的选择,而应该是上帝的意志。无神论者以及那些认为上帝与此无关的人也质疑这些决定是否必须留给基因选择这个赌注,这其中很多都取决于是否某一个特别的精子碰巧与一个卵子相遇。
这场争论的解决并非只取决于伦理或政治。科学家所开发的办法实际上是受限于他们实际能承受的选择。比如,在设计婴儿的尝试过程中可能造成的死亡可能会招来对于后续研究的谴责。换句话说,关于基因学将开创人类的进化先河的有力观点将被证明是错误的。“可以、可能和将会”的字眼只能说明,这一方面的研究仍只在猜测阶段。
基因作为全新打造的思想和身体蓝图的作用在伦理辩论中占据重要地位。对于生命中基因表达方面的研究,比如坎德尔的研究很少为公众和许多学者所知,因此争议没有那么大,但当然也是重要的。的确,对于基因表达的研究,如果将带来个性化医疗药物的开发,则必将对医疗产生深远影响。它也会揭示如果要创造设计婴儿的话,干预个人基因是否具有可行性。
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