運用基因的理念認識生命世界

阮雙喜

所有生物都需要獲得精確的信息指令來指導和控制其生長、代謝、運動、分化和繁殖等過程，而分子水平上的信息傳遞或信息流動是一切生命活動必不可少的過程。這個信息傳遞包括由DNA分子攜帶的基因中的遺傳信息向后代的傳遞，還包括由基因控制的遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄、翻譯過程合成蛋白質(zhì)而控制細胞與組織的結(jié)構(gòu)和功能。蛋白質(zhì)和其他化學物質(zhì)（如激素等）還可以作為特殊的化學信號，通過細胞的傳導途徑來調(diào)節(jié)相應的細胞代謝。遺傳信息的傳遞和表達主要是基因的功能，本文著重講述運用基因的理念認識生命世界。

自1953年沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)以來，人們就開始將對生命系統(tǒng)的認識和對各種生命現(xiàn)象的解釋聚焦到DNA中基因結(jié)構(gòu)的認識與對基因表達的調(diào)控上。課堂教學中，引導學生運用基因的理念認識生命系統(tǒng)和解釋生命現(xiàn)象，有利于提高學生對生命現(xiàn)象的理解能力，從本質(zhì)上理解生命系統(tǒng)和生命現(xiàn)象，提高生物科學素養(yǎng)。

一、基因與生命本質(zhì)的統(tǒng)一性和生物多樣性

用基因的理念認識生命，可以明確任何生物都是以核酸為遺傳物質(zhì)和生命信息的，且共用一套密碼子，以蛋白質(zhì)作為生命活動的承擔者，這說明千姿百態(tài)的生物界具有統(tǒng)一性。然而，不同生物的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)又是不一樣的，哪怕是同卵孿生的兄弟或姐妹，其遺傳物質(zhì)也是有差異的。由于不同的生物具有不同的遺傳物質(zhì)和生命信息，就形成了不同生物的特異性和多樣性。

二、基因與細胞結(jié)構(gòu)和新陳代謝

組成細胞結(jié)構(gòu)的主要成分是蛋白質(zhì)。細胞代謝是指在細胞內(nèi)發(fā)生一系列使細胞成分不斷更新的化學反應。細胞的新陳代謝是一切生命活動的基礎(chǔ)。在細胞代謝中，酶起著非常重要的作用，絕大多數(shù)酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)。而蛋白質(zhì)都是由基因控制合成的，細胞代謝也是由細胞內(nèi)的基因來調(diào)控的。

三、基因與生物的生長、發(fā)育和生殖

從現(xiàn)象上看，生物的生長是生物個體中生命物質(zhì)量的增加；而從實質(zhì)上看，生命物質(zhì)量的增加是基因表達和調(diào)控的結(jié)果。從現(xiàn)象上看，生物的發(fā)育是生物體在生長過程中出現(xiàn)新的組織和器官的過程；而從實質(zhì)上看，則是基因選擇性表達的結(jié)果。從現(xiàn)象上看，生物的生殖是生物產(chǎn)生新個體（即傳宗接代的過程）的生命現(xiàn)象；而從實質(zhì)上看，則是基因在生物上下代之間的傳遞過程。由此可見，基因的傳遞是生物個體的死亡與種族發(fā)展之間的橋樑。

四、基因與遺傳和變異

從現(xiàn)象上看，生物的遺傳是生物性狀在生物的上下代之間的延續(xù)；從實質(zhì)上看，則是基因在生物上下代之間的傳遞。從現(xiàn)象上看，生物的變異是生物體的性狀在生物的上下代之間和在子代個體之間表現(xiàn)出的差異；而從實質(zhì)上看，則是基因重組或基因突變在生物性狀上的反映。

五、基因與進化

從現(xiàn)象上看，生物的進化是生物在進化過程中形成了適應性和多樣性；而從實質(zhì)上看，則是由于自然選擇使生物種群的基因庫發(fā)生了定向改變。從現(xiàn)象上看，在生物進化過程中還出現(xiàn)了物種的更迭和物種多樣性的形成；從實質(zhì)上看，物種的更迭就是生物基因庫的更迭。物種多樣性的形成，則是不同物種間由于生殖隔離和基因不能相互交流的結(jié)果。

六、基因與人類基因組計劃

“人類基因組計劃”是將人類的22個常染色體和1對性染色體的24個DNA分子中的基因結(jié)構(gòu)進行全面測序，對其功能進行全面的破譯。20世紀90年代以來，我國和美國、英國、法國、德國、日本共六個國家的科學家對人類基因組中所有的堿基對進行了測定。2000年6月，六國科學家向全世界公布了人類的“基因工作草圖”，當時測得人類基因組中有31.6億個堿基對，并且估計人類基因組中可能有大約10萬個基因。2001年2月12日，科學家又全面介紹了人類基因組工作草圖的基本信息，并且認識到人類基因組中只有2.0萬到2.5萬個基因。2003年是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)50周年，50年后，六國科學家共同繪制完成了人類的“基因組序列圖”。“基因組序列圖”首次在分子層面上為人類提供了一份生命“說明書”。人類基因組計劃的成果，標志著新世紀一開始，生命科學就走進了基因組時代，為在新的世紀里，生命科學的研究向更縱深領(lǐng)域的發(fā)展和獲得更多的突破奠定了堅實的基礎(chǔ)。

七、基因與育種

傳統(tǒng)的育種方法，有兩個基本原則：一是要使品種具有優(yōu)良性狀；二是要使品種盡可能地保持穩(wěn)定。從實質(zhì)上認識這兩個原則，就是要在育種過程中使品種具有優(yōu)良基因，并使其成為純合子，以保證其穩(wěn)定遺傳。

為了使所培育的品種具有優(yōu)良基因，采用的措施為誘發(fā)基因突變的誘變育種，即通過基因工程技術(shù)向所培育的品種中直接導入優(yōu)良基因。為了將不同品種的優(yōu)良性狀綜合在一起，人們采用雜交育種的方法，將不同品種的優(yōu)良基因加以綜合，以形成優(yōu)良品種。

為了使所培育的品種能穩(wěn)定遺傳，人們采用選擇育種的方法，將不能穩(wěn)定遺傳的個體予以淘汰。由于選擇中去劣留優(yōu)的過程往往需要較長的時間，人們又找到了單倍體育種的方法，大大縮短了育種年限。如

袁隆平院士培育的雜交水稻，開啟了利用具有雜種優(yōu)勢的雜交種（雜合子）作為栽培種的綠色革命的進程。雜交種的培育方法，就是在育種過程中將不同品種的基因綜合起來，以利用其雜種優(yōu)勢。

八、基因與生態(tài)保護

生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，就是生物與環(huán)境相互作用、共同進化的過程。生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的維持保持了生物基因庫在生態(tài)系統(tǒng)中的相對穩(wěn)定。人類活動對生態(tài)系統(tǒng)有著非常大的影響，這個影響有正面影響和負面影響。如果人類活動使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)遭到破壞，則生態(tài)系統(tǒng)往往會崩潰，其多樣性難以維持，從而導致生物多樣性的喪失。人類活動也可以使生態(tài)系統(tǒng)朝著更復雜、更穩(wěn)定的方向發(fā)展，如果生態(tài)系統(tǒng)朝著更復雜、更穩(wěn)定的方向發(fā)展，則會促進生態(tài)系統(tǒng)多樣性和生物多樣性的形成。人類活動還可以使生態(tài)系統(tǒng)得以休養(yǎng)和修復，使生態(tài)系統(tǒng)終止惡化，保持穩(wěn)定并向著有利于生態(tài)系統(tǒng)多樣性形成的方向發(fā)展。

九、基因與人類的生活

由于新世紀已進入基因組時代，轉(zhuǎn)基因食品、基因工程疫苗等已步入尋常百姓家，與我們的生活、健康有著密切的關(guān)系。如基因環(huán)保、基因產(chǎn)品也與我們的生產(chǎn)和發(fā)展都有著密切的聯(lián)系。當然，我們在日常生活和對社會事務的討論中，要理性地認識和對待基因產(chǎn)品，讓它在不影響生態(tài)安全和人體健康的情況下為人類造福。