第2章 当基因表现失常
苹果公司、好市多和丹麦捐精者的启示
过去几年中,非凡的丹麦精子捐赠者,成了广受欢迎的遗传物质的提供者,当他的精子与全球那些充满期待的母亲们的遗传物质配对时,会产生完全可预测的、身材高大魁梧的金发儿童。
有段时间,似乎每个人都想分一杯羹。
在丹麦,每份精液样本可获得500丹麦克朗(约合85美元)的报酬,很多符合条件的年轻人(通常拥有极佳的身体素质、智力水平以及足够多的精子数)都来捐精了,以此维持收支平衡。丹麦社会的容忍态度和维京人的魅力,让人类的精子变成了热门出口产品。[1]
但即使按斯堪的纳维亚人的标准,拉夫尔也算得上是真正的“多产者”。
因为担心毫不知情的兄弟姐妹们,在未来的某个时刻可能会偶遇——甚至结婚——像拉尔夫这样的捐献者,应该在成为25个孩子的父亲之后,停止捐精。但是,似乎无人能说清,如何界定某人已达标。而拉尔夫——档案里的照片把他描绘成一个骑着三轮车、穿着阿迪达斯短裤和红色背心的人——是如此受到追捧,当他主动停止捐精时,一些准备要孩子的夫妇,却坚定不移地想要得到他的基因,甚至求助于网络留言板,寻求装有拉尔夫冷冻精液的小瓶子。
最终,这个被大多数受赠者称为7042号捐赠者的男人,可能至少是多个国家中的43个孩子的生父。
然而,事实真相是,拉尔夫并不只是在播种他的北欧“燕麦”,也在不知不觉中播撒了不良的种子——传给孩子们这样一个基因,可诱发多余的身体组织,带来令人尴尬、改变命运的后果,包括巨大松弛的皮囊、严重面部缺损,还有类似深红色覆盖全身的疖肿等生长物。这种会引发肿瘤的疾病,被称为1型多发性神经纤维瘤(neurofibromatosis type1, NF1),它也会引发学习障碍、失明以及癫痫。
7042号捐精者和他那些不幸后代的故事擒住了公众的目光,并导致丹麦法律的迅速修改,以把控同一捐赠者的孩子数量。[2]但对于某些家庭而言,这一做法来得太迟了。
DNA已经传递,婴儿已经出生,基因已被继承。现代基因学之父——格里戈·孟德尔早在19世纪中叶就首创的这些理论,在21世纪的今天,尽管不完美,却仍然有效。
那么,为何拉尔夫的子女们饱受疾病的折磨,而拉尔夫本人却看似无恙呢?
格里戈·孟德尔最初对豌豆没那么有兴趣。这位有着强烈好奇心的青年修士想拿老鼠做实验。
一位名叫安东·恩斯特·沙夫戈奇的严厉老人改变了孟德尔的方向——沙夫戈奇也因此改变了历史。
瞧吧,在孟德尔那个时代,如果你是一位专注于艺术或科学探索的隐士,你所做的不会比布吕恩城(现捷克城市布尔诺)的山脚下小小的圣托马斯修道院里的修士更职业。
圣托马斯的隐士一直以来都是一群顽皮的修道士。当然,他们向来清楚自己的首要职责是为上帝服务。他们被禁闭在修道院破损的砖墙之内,却发展出了热爱探索的学院派文化。在那里,伴随着他们祷告的是哲学,伴随着他们冥想的是数学。他们还有音乐、艺术和诗歌。
当然,他们也有科学。
时至今日,他们的集体发现、富有洞察力的观点,还有刺耳的争论都令教堂的领导者心痛难忍。在罗马教皇派厄斯九世漫长的独裁统治过程中,他们的丰功伟绩完全是颠覆性的。主教沙夫戈奇并不以此为乐。
实际上,孟德尔的日记显示,主教只是“默认”了修道院的一些课外活动,因为他对此知之甚少。
起初,孟德尔在研究小鼠交配习性方面的工作看上去非常简单。然而渐渐的,沙夫戈奇感觉孟德尔越来越过分了[3]。首先,在孟德尔宽敞的、石头铺地的住处,这些笼中的啮齿动物散发着恶臭,这让沙夫戈奇觉得与奥古斯丁式的隐士应有的整洁生活极不协调。
其次,还涉及“性”。
像托马斯的所有修道士一样,孟德尔对神圣的贞洁宣过誓,但他对那些毛茸茸的小动物如何进行交配似乎过于着魔。
这在沙夫戈奇看来,太出格了。
因此,严厉的主教命令这个好奇的青年隐士关闭他那耗子妓院。如果孟德尔的兴趣,如他宣称的那样,纯粹只集中于生物特性如何代代相传,那么他应该满足于不那么有挑逗性的东西。
好比豌豆什么的。
孟德尔被逗乐了,这位顽皮的隐士觉得主教似乎不明白,“植物也有‘性’这回事。”
因此,在接下来的8年里,孟德尔种植并研究了近30 000株豌豆。通过尽职尽责的观察和记录,他发现植物的若干特性,比如茎秆尺寸和豆荚颜色,都延续着上一代的特定模式。这些发现奠定了我们理解基因的基础。基因是成对共舞的,当一个基因相另一个基因为显性(或者两个隐性基因组合到一起跳探戈)时,一种明确的特征就会出现。
我们无法推测,如果孟德尔继续在老鼠身上做实验,将会发生什么。研究行为模式更为复杂的生物,他可能会错过孜孜以求培育绿色光滑的长秆豌豆时的发现。话说回来,如果给这位一丝不苟的隐士更多时间,让他去观察老鼠杂乱的胡须,那么他十分有可能误打误撞到更具革命性的发现——他的追随者们在一个多世纪之后才开始领悟到的那些知识。然而事实却是,当孟德尔初次将他的发现发表在晦涩难懂的期刊——《布隆自然历史协会会刊》上时,他的成果遭到了科学界的集体冷落。直到进入20世纪,人们重新发现了他的研究,孟德尔已被葬在城市的中央公墓很久了。
但是,就像很多有远见卓识的大作直到作者死后才受到重视一样,孟德尔的发现有着强大的生命力,最初是发现了染色体和基因,随后是DNA的发现和排序。一个基本观点贯穿于研究道路上的每一步:我们的特性是完全可以预测的,由祖先遗传下来的基因所决定。
孟德尔把他所发现的法则定名为“遗传定律”。[4]其后的岁月我们对遗传基因的看法,就像是代代相传的双重指令,继承者并不真心渴求却无法丢弃,好似一件老旧的传家宝。
或者像拉夫尔的基因遗传那样是个悲剧。那么,到底为什么拉夫尔偏离了孟德尔的“豌豆定律”——本人没有明显的基因病变迹象,而他的那么多子女却有呢?
通过拉尔夫的血缘关系所传递的基因病变,遵循常染色体显性遗传模式。也就是说,你只需要一个基因突变就会继承某种疾病。如果你的的确确继承了这样一个恼人的基因,那么将它传给你的每个孩子的概率都是50%。长期以来,孟德尔的遗传定律告诉我们,如果你不幸继承了某个突变的基因,按照这种显性遗传规律,你也必然会表现出同样的病症。
或许这就是你在学校里学到的遗传学知识,那里绘制出的家谱图让这一切显得太过简单,而且相当有诱惑力,以至于谈到使我们成为这副样子的微观分子魔法时,竟然相信自己很清楚在说些什么。当然,近年来情况变得复杂起来。这一切都源于基因是成双成对的经典想法,当一个基因对另一个基因为显性时,它就表达为一种明确的特征。从褐色的眼睛到卷舌的技巧,从背面长毛的手指到分叉的耳垂,这一切都被认为是显性基因占支配地位的结果。相应地,我们也认为当两个隐性基因配对时,就不大可能出现诸如蓝眼睛或拇指反向弯曲症这样的特征。
但是,如果基因遗传总是以这种方式运作,拉尔夫——以及天天看着他进进出出捐精机构的那些人——怎么会对他那足以改变人生的疾病毫无头绪呢?因为孟德尔,尽管对科学贡献至伟,却错失了一个至关重要的衡量基因变异的指标:变异基因表达度[I]。
就像很多其他的遗传疾病一样,1型多发性神经纤维瘤会以多种不同方式表达,有时太过细微,以至于无法察觉。这就是为什么没有人知道这个可怕的秘密——很显然也包括拉尔夫本人。
由于基因表达的不同,拉尔夫身上的症状一直不明显。这就是为什么,相同的基因能够以不同的方式改写我们的生活。在不同的人身上,相同的基因并不总是有相同的表现——DNA完全相同的人亦然。
就拿亚当和尼尔·皮尔森兄弟来说吧。作为单一卵子,或叫同卵双胞胎,这对兄弟被认为携带着完全相同的基因组,包括一个引起1型多发性神经纤维瘤的基因突变。但是,亚当有着一张肿胀、类似毁容的脸——看起来如此糟糕。以至于有一次,夜总会里一个喝醉的老主顾以为那是张面具,试图撕扯下来。但是尼尔,从某个角度看上去,很像汤姆·克鲁斯,却有健忘症和偶发性癫痫。[5]
相同的基因,却有完全不同的表现。那么,如何理解我在第一章里向你展示的那些身体迹象呢?这些迹象只是最普遍的表现,通常会反映出某些基因发生病变,但是那些特性显然不能涵盖所有基因病变的表现。
所有这一切都促使我们发问:为什么基因相同表现形式却如此不同?这是因为基因并不以二元的形式来回应我们的生命。我们将会看到,与孟德尔的发现相悖的是,即使我们继承的基因是非常确定的,它们却能以任何形式来表达自己。尽管,人类最初对遗传规律的理解,是通过孟德尔非黑即白的镜头,但今天,我们正在看到基因表达那丰富多彩的力量。
这就是为什么,作为内科医生,我们正面临着新的挑战。病人找到我们,期待着清晰而明确的回答:是良性还是恶性,是能够治愈还是无药可医。在向病人解释遗传学的时候,最困难的地方在于,我们了解的一切并不是一成不变、黑白分明的。找到向病人解释的最佳方案变得越来越重要,因为他们需要最准确的信息,作出对生命最为重要的决定。
因为你的行为能够,也的确可以控制你的基因命运。
为此,现在我想和你谈谈凯文。
那时他20多岁,高大、健康,英俊、迷人,并且聪明。如果当时我知道有人正好在找一个钻石王老五的话——只要并不过分违背道德——我或许会去撮合他们。
或许是因为我们年龄相仿、背景相近,抑或是都在医疗卫生行业——他在东,我在西。无论如何,我们好像真的心有灵犀。
我和凯文结识于他母亲过世之后不久。凯文的母亲曾与转移性胰腺神经内分泌瘤(metastatic pancreatic neuroendocrine tumors)进行了长期而勇敢的搏斗。在她离世前,一位敏锐的肿瘤学家建议她做一个遗传学检测——进一步揭示她的林岛综合征肿瘤抑制基因发生的突变。
林岛综合征(Von Hippel-Lindau syndome, VHL),是一种能导致人体产生肿瘤和恶性肿瘤的遗传疾病,肿瘤可能产生的部位包括大脑、眼睛、内耳、肾脏和胰腺。一些研究者认为,声名狼藉的哈特菲尔德-麦考伊家族夙怨,[6]在某种程度上,或许就是由VHL引起的,因为很多麦考伊的后代都患上了肾上腺肿瘤,这种肿瘤会让人脾气变差。当然,并非每个罹患VHL的人都有那种症状——又一个表达性不同的例子。
就像拉尔夫遗传给子女的导致1型多发性神经纤维瘤的突变基因一样,引起VHL的基因也是以常染色体显性遗传的方式来传递的。也就是说只要你从父母一方继承到出错的基因拷贝,你就会患上该病。因为VHL是一种常染色体显性遗传病,我们知道凯文有50%的概率从他母亲那里继承这个问题基因。这足以说服他去做同样的突变检查。事实证明他确实继承了。
VHL无法治愈。不过,一旦我们知道某人携带突变基因,就能够在症状产生之前加强对肿瘤的监控。这正是我对凯文的建议。至少,大多数遗传了突变或缺失的VHL基因的人,仍旧可以依赖另一个正常的基因来维持正常的细胞生长,并阻止肿瘤和恶性肿瘤的形成。
我们管这个叫“克努森(2次打击)假说”。我们体内的基因有两个或两个以上的改变,就很有可能发展出癌症。正如凯文通过遗传检测发现的那样,如果你知道自己只差一个基因就会得癌症,就应该更加小心地对待你的遗传基因。接触辐射、有机溶剂、重金属、植物和真菌的毒素,都是损害基因让其发生不利改变的方式。
可问题是,VHL能以众多表现方式贯穿患者一生。我们永远不知道它将在何时何地冒出来。这意味着我们不得不密切监视一切。患者需要终生接受医生和保健人员的定期筛查治疗。
毫无疑问,凯文想要知道等待他的是什么。但是因为VHL的表现方式如此多种多样,我发现很难回答这个问题,只能重申筛查方案以及判断他最易患哪种肿瘤和恶性肿瘤。
“那么你是在告诉我,”他说,“我们根本不会知道我将死于何因?”
“VHL引发的多种肿瘤都有治疗方法,特别是在早期发现时。”我答道,“我们根本不知道,你是否会死于VHL。”
凯文咯咯笑着说:“每个人都会死的。”
我顿感羞愧,“确实,但随着治疗……”
“伴随我的余生。”
“是的,很有可能,但……”
“没完没了的预约和筛查,持续不断的监测和血样,永远无法确知……”
“是的,的确很多,但其他的选项——”
“总有很多其他的选项。”他笑着说,我猜他已作出了选择。
几年后,他被确诊患上了转移性肾细胞肿瘤(cell metastatic renal carcinoma),一种肾癌。听到这个消息,我备感伤心。他再一次拒绝了任何常规治疗,很快去世。
你可能对此疑惑不解:这如何成了表达性差异的例子呢?毕竟,跟他的妈妈一样,凯文过早地悲惨离世。但是,凯文死于一种不同的癌症,且比母亲更早夭折。所以不幸的是,有时表达性差异的确能使基因以不同于前代或同代人的方式表达出来。如果医疗团队采用医学监护技术密切关注凯文的身体状况,确诊之后,凯文本有时间启动针对他那一类型的肾癌的早期治疗方案。但他选择了拒绝。即便凯文遗传了突变基因,如果能了解自己所需的影像监测手段,并在随后坚持的话,他或许不会过早离世。涉及我们自身的健康和生活时,这些选择只能由我们自己作出。我们的遗传基因的多种表达方式,在很大程度上由我们自己来决定。如果我们知道该问什么问题,在得到答案之后又该做些什么呢?[7]
为了更好地理解基因遗传灵活性的概念基础,让我们去法国南特市(法国西部港口城市)的让·雷米图书馆走一遭吧。几年前,一位图书管理员仔细查阅了一些旧文件,发现了一份被长期遗忘的乐谱。
乐谱的纸张又黄又脆,墨迹已然褪色成古老的纸浆色。但是乐谱上的符号仍旧清晰可辨,供人们弹奏出旋律。研究者们没费多少工夫便作出判断:这一张小纸——归档后被遗忘在图书馆档案室里一个多世纪的乐谱——是由沃尔夫冈·阿玛多伊斯·莫扎特亲手完成的稀世珍品。[8]
正如莫扎特600多首为人所知的作品一样,这段旋律是D大调的几个小节,被认为是作曲家去世前几年完成的,是一组古典作曲家对所有后世音乐家的指令。莫扎特似乎是一位倚音迷——一种与主音不和谐的短促、刺耳的音符,就是它让阿黛尔那令人心碎的民谣《似曾相识》充满了一种奇特的、沮丧的魅力。[9]尽管现代作曲家大多会使用16分音符代替倚音,这不过是音乐演进道路上的一小步而已。所以,诸如奥地利萨尔茨堡的莫扎特基金会研究主任乌李希·莱辛格这样的钢琴家,能够依照手稿弹出失传已久的曲调。而幸运儿莱辛格就是在220多年前,莫扎特谱写了很多协奏曲的同一架61键古钢琴上弹奏的。[10]
当他弹奏时,这首曲子穿越了时间和空间,就像Dr. Who(神秘博士,英国科幻电视剧主角)那快要散架的穿越时空的老式警察岗亭,得以在现代世界生机勃勃地再现。对于莱辛格那受过训练的耳朵而言,这些音符奏出的曲调明显是信经曲(Credo)——一种礼拜仪式上的旋律。它就像漂流瓶一样带给我们非常重要的信息,因为尽管莫扎特年轻时谱写了很多宗教音乐,但一些学者质疑后来的他是否还有强烈的宗教信仰。
通过对纸张和笔迹的分析,研究人员得出结论:乐谱写于1787年前后,当时莫扎特有在歌剧团写歌剧的稳定工作,不需要因经济原因而为教会写作。莱辛格相信,这显示去世之前的莫扎特依然对宗教兴趣浓厚。
一切推理都源于那几十个音符。
这大致就是我们长期以来对DNA的理解。通过解读音符现代音乐家可以读懂莫扎特的指令,并且几乎原封不动地把它们演奏出来,揭示出隐藏其中的复杂性。我们希望读懂自身的遗传基因上谱写着的生命乐章。从某种程度上来说,的确是这样。
故事还远未结束,我们开始对自身的基因甚至演化的谱系有了全新的认识。人类远不会被DNA因有的编码所奴役,好像一个废旧的iPod永远卡在一首安魂曲上。我们开始知道自己的身体有很大的灵活性。有一种天生的能力来变调,演奏属于自己的不同乐章,以此替代之前对孟德尔式二元论遗传宿命的理解。
这是因为生命,以及支持其运转的基因,并非一张破碎的纸片,而更像一家灯光昏暗的爵士乐俱乐部。或许它也像泰图酒店里的Jazzamba俱乐部,地处埃塞俄比亚首都亚的斯亚贝巴悸动的市中心,来自地球各个角落的红男绿女,喝酒吸烟、放声大笑、意乱情迷。
你听:
觥筹交错的酒杯,移来换去的椅子,呢呢喃喃的低语。
随后,昏暗的舞台上传来贝斯的声音:
Baum-baum-baum bada baum-baum bada.
然后是轻柔的小鼓在悄悄诉说:
Sha-sssss sha-sssss sha-sssss——sha-sha-sssss.
老式柔化的小号:
Braaaght bra-der-dah braaaght-der-der-bra-dah.
最后的是性感迷人的女歌手:
Oooooo-yah bada baaaaaagh. Hayah hayah hayah bada-yagha.
只需一条基础低音线——生命全部的威严和悲剧就会一一累积其上。
的确,为了穿越每一个标志性的发育历程而步入成年,我们确实需要高度复杂的基因交响乐。我们的一切始于一份总谱,比莫扎特还久远,有些音符甚至与地球上的生命一样古老。
但是,仍有很大空间让即兴创作进入我们的生命。时机、音色、音调、音量、动感音效通过细微的化学过程,你的身体正在使用着你所传承下来的每个基因,就像音乐家弹奏乐器一样,铿锵低柔,或急或缓。甚至,如果需要的话,以不同方式来弹奏。就像无与伦比的马友友,能用他那把产于1712年的大提琴,演奏从勃拉姆斯到蓝草音乐(源于美国南部的一种快节奏民间音乐)的一切乐曲。
这就是遗传信息的表达。
远在表面之下,我们体内每一处深邃微小的部位,都是遗传信息的表达。利用微弱的生物能,改变基因的表达方式,满足我们生命的需求。就像生命的高潮和当下的境遇会影响音乐家们演奏乐器的方式,我们的细胞被每一瞬间你已做和将做的事所引导着、表达着。
想想这件事吧,然后让我们来做一个小小的实验:伸个懒腰,动下身体,找到舒服的位置。现在,试着关注你的呼吸,吸气,然后呼气。在几次呼吸之后,大声对自己说(或者至少低声说)你在世上所做的事对自己和周围的人都非常有价值。现在,体会一下这么做是多么充满力量——或者只是很傻。
此时此刻,在你的体内,基因已开始工作,来回应你刚刚的所作所为,从你开始伸懒腰的那一刻就已启动。有意识的身体运动由大脑信号引发,经过神经系统,传导到下一级运动神经元和所有的肌肉纤维中。在这些纤维中,叫作肌动蛋白和肌凝蛋白的蛋白质共同享用着生物化学之吻,将化学能量转化成机械运动。伴随着这种转化,你体内的基因必须立即开始对化学成分进行修复,以听从大脑每一个动作或一组动作的指令——从按遥控器按钮,到跑马拉松。
同样,你的思维也持续地影响着基因,基因不停地变化着,以使你的细胞机制与设定的期望和已有的体验相匹配。你正在创造记忆、情感和期待,所有的一切都在我们的细胞里进行了编码,就像一本旧书页边的注释。使这一切得以进行的大脑内数以万亿计的神经突触,连接着神经元和细胞。神经信号完成沟通的任务之后必须被取代,并由体内产生的微小剂量的化学物质供给。很多神经元时刻处于警戒之中,以制造新的联结,同时维护那些已存在了几十年的旧联结。
所有的一切都是为了应对生命的需求。
所有的一切都改变着你。或许只是倚音和16分音符的差别,又或许,比这个差别更为细微。
但凭借遗传表达的灵活性,你的生命已经改变了你所继承的曲调。
感觉自己很特别吗?理应如此,但是也请保持谦逊。因为我们即将看到,所有种类的生命体,无论大小,都会有类似的改变。不仅仅是生命体可以调节自己,以应对生命的挑战,很多公司也采用相同的策略,来控制市场或调节他们的产品。
我们将会看到,有些策略远在你出生之前就已制定好了,每当有人虔诚祈求,这些策略就会奏效。现在,是时候用另一种方式来理解遗传表达的灵活性了。
如果你想在市场上寻找人生第一块宝石,抑或更高级的石头,那么你或许想了解一些钻石生意的秘密:和很多其他的宝石不同的是,钻石实际上并非那么稀有。
是的。世界上有很多钻石,很多很多,大的、小的,蓝色、粉色,还有黑色的。它们遍布数十个国家、各个大洲,除了南极洲之外。但是近期澳大利亚的研究者声称,在南极附近找到一种名为金伯利岩的富含钻石的火山岩,因此,在世界各地找到钻石只是时间问题而已。[11]
现在,如果你在钻石上花费不菲,如果你也了解钻石的供需关系,那么情况似乎不太合理。地球上有如此多的钻石,为什么还会如此昂贵?
这都是拜德比尔斯公司所赐(全球最大的钻石开采公司)。
这家饱受争议的公司创办于1888年,总部位于卢森堡大公国,是坐拥世界上最多的钻石库存的公司之一,大多数闪闪发光的石头都被藏了起来。德比尔斯公司控制着从钻石开采、生产加工、再到手工制作的整个流程,几代人都垄断着几乎全世界的钻石交易。它适时向市场投放一定量的产品供给,以便让价格持续走高,保持市场稳定,并保证一块相对普通的石头在其持有者眼中(或钱包里)显得非常珍贵。[12]
余下的工作就看市场营销的把戏了。在第二次世界大战之前,没有几个人交换订婚戒指,而镶嵌于订婚戒指上的石头种类有很多,钻石不过是其中一种。可是在1938年,德比尔斯公司雇佣一位名为格雷德·劳克的麦迪逊大道广告商,让他想办法说服年轻人相信,一块闪闪发光、压缩紧密的碳,是用来向心上人表达订婚意愿的唯一选择。到20世纪40年代初,劳克的营销术,成功说服了好多西方人,钻石确实是女孩子们最好的朋友。[13]
实业家亨利·福特也喜欢用同样的方法垄断市场。他很可能曾密谋此事,但是福特的产品及其生产过程在当时太过复杂了,因此他别无选择,只能与许许多多的供应商合作。
这令福特遭遇了无尽的挫败。被称为人民大亨的他,或许是世界上第一位工业生产效率的著名信徒,我们现在可以理解,效率是我们的基因所采用的相同策略,通过表达得以展现。不出所料,福特花费了大量时间,来研究如何尽可能多地使用流水线生产汽车。
福特在他1922年完成的一本书《我的生活与工作》中写道:“我们发现只购买当下所需的原材料是最划算的,我们仅购买与生产计划相匹配的原材料,只要稍微顾及当下的运输状况即可。”[14]
“唉……”福特哀叹道,“运输状况非常糟糕,如果运输状况是完美的,完全没有必要保持库存。原材料的运输将会按期到达,以计划好的数量及顺序,让铁路车厢直接进入生产车间。这能节约一大笔钱,因为流通速度快,压在货物上的资金量会因而减少。”
福特的话确有先见之明,但他还没来得及解决这个问题,就撒手人寰了。最终,日本汽车制造商肩负起这一责任,把供应链绑定在当前急需的生产体系上,迈出了很大的一步。这个过程就是我们现在常说的准时制,或称为“JIT生产”。日本丰田汽车公司的高管们采用的就是JIT生产模式,而在20世纪50年代的美国,这种生产模式并非由他们所拜访的美国汽车公司首创,而是首先由顾客顺道光顾的名为皮格利·威格利(Piggly Wiggly)的自助式杂货店所采用。这家连锁杂货店一个新颖的创意就是,当货物被顾客从货架上取走时,会自动调配库存进行补充。[15]
应用这种技术有很多好处,当运用得当的时候,这套系统既能为商家赚钱,也能帮他们省钱。当然,它也并非十全十美,最大的一个缺陷就是整个体系易受供给的影响。像自然灾害、工人罢工等因素,会打乱原材料的供给。一旦这些情况出现,工厂就将完全停产,顾客也会空手而归。
苹果公司则遭遇了JIT生产方式的另一个缺陷:当公司无法将原材料及时送进工厂时,一个对iPad Mini不期而遇的需求大潮超过了公司的生产能力。
了解商业领域采用和遗传表达类似的策略,有助于我们理解自身大多数细胞所采用的生物策略,是如何降低了生存成本的。就像一家企业,我们的身体也有一条无情的底线。这样做让生命持续的存在成为可能。
在此方面,相比于沃尔玛的运营模式,我们向好市多公司借鉴的更多一些。因为利用基因制造东西是有生物学成本的,所以我们要从制造的东西中得到最大的收益。就像好市多公司的雇员那样,我们的生物学旨在提高劳动生产率,这意我们的目的是使用最少数量的酶,完成需要完成的工作。酶像微观分子机器一样运作,是一个由我们的基因所编码的结构。一些酶能够加速化学反应过程,其他的酶,比如胃蛋白酶原,被激活的时候能帮助我们消化蛋白质食物。还有一些酶,比如隶属于P450酶系的酶,则能帮我们解除体内有意无意吸收了的毒素。
总体来说,我们的身体只在必要时制造所需要的东西,并把身体库存限制在最低量。我们是通过遗传表达来实现这一过程的。
就像耗费数百万年、历经多次挤压而形成的钻石,在生物层面上,酶的产生要付出昂贵的代价。为了降低成本,我们体内很多酶的产生都是被诱发的。也就是说,当我们需要某种酶的时候,身体能调动资源以产生更多的酶备用,这就是生物学意义的生产更多iPad Mini以满足增长了的需求。你或许继承了制造酶的基因,但是不一定总会用到它。
在生命中的某个时刻,其实你已经体验到这个过程,只是并未意识到在这个过程中自己的主动作用。如果你曾在某个长假的周末饮酒作乐,那么你就经历过这个过程了。作为对你寻欢作乐的反应,你的肝脏细胞超负荷工作,生产所需的各种酶来分解过量饮用的玛格丽特酒。
你一直都有办法提高产量以满足需求,这一回是产生乙醇脱氢酶来分解酒精,这个能力就潜藏在你的肝细胞内,为你下一次的饮酒狂欢做好了准备。但是,它或许不会大量储存,就像摆放在工厂地面上的多余零件,这些酶不仅占地方,而且当你并未过度饮酒时,生产和维护它的代价比较昂贵。
生物世界中几乎一切事物都以同样的方式运转着,以便降低生活成本。这种运转方式确有必要。如果把所有能量都耗费在用不着的酶上面,你就无法将宝贵的资源用于其他日常事务,比如持续不断的大脑适应过程。
航天员就是个很棒的例子。在登陆国际空间站后不久,他们的心脏就比原来缩小了近1/4。[16]
这就好比,用一辆不到150马力的Mini Cooper替换一辆300马力增压的福特野马汽车,这能在加油的时候给你节省一大笔钱,太空中的失重环境意味着航天员并不需要过于强劲的心脏动力。[II]但这也是太空旅行者在返回地球,重新适应重力环境时,经常感到头晕,有时甚至昏厥的原因:这就像Mini轿车,想要攀上陡峭的山路——他们的心脏无法推送足够多的血液以及血液中所运载的氧气进入大脑。
你根本无须去空间站走一遭,心脏就会缩小。在床上躺几周,你的身体就始萎缩。[17]但是,我们的身体也有着令人惊奇的恢复能力——只需要让它知道,自己需要这种力量。这不难做到,因为我们的细胞具有难以置信的可塑性。我们每天所做的事,对基因指示细胞做的事具有很大影响,这是另一个基因遗传方面的动力,把你从沙发上请出来。
在我们讲完基因表达之前,还有一件事我们可以共同探索一下。
乍看上去,毛茛属植物苔(ranunculus flabellaris)或许没有什么值得大惊小怪的。多生长于美国和加拿大南部森林湿地的黄色水毛茛属植物,其实没什么可看的,然而当你找到其中一棵时,你所看到的是一株能完全改变外表的植物,这取决于它距离水的远近。我们把这种改变叫作异形叶性。
这种毛茛属植物通常沿着河床生长,对植物来说这可能很危险,因为河流会随着季节的变化而定期泛滥。对于这样一种娇弱的小花来说,简直就是灭顶之灾。但是生活在这种栖息地的边缘,并未抑制其生长,反倒让它生机勃勃,因为遗传表达让它有能力完全改变叶子的形状——从圆形刀片状到像细线般的细长叶形,这样一来,当河水溢出河堤时,它能漂浮在水上。[18]
外形改变的同时,这种毛茛属植物的基因组保持不变。对于匆匆过客,它看上去是一株完全不同的植物,但在其内部,它的基因并没有任何变化。改变了的只是它的表现型,或可见样貌。
正如一个宇航员的身体可以从野马汽车变为Mini Cooper,再从Mini Cooper变回野马汽车,基于生存条件,毛茛属植物生长环境的另一种变化——伴随换季而出现的河面高度的下降——这种植物又变回了原先的叶子生长的类型。这种变化完全是为了生存下去。
表现形态只是植物、昆虫、动物甚至人类所采用的众多策略之一,以应对生活的严峻。然而,在所有策略中,只有一个关键因素:那就是灵活性。
我们现在所了解到的就是,我们的基因是更大的灵活之网的一部分。这与我们已知的基因理论是相反的。我们的基因并不像大多数人所认为的那样一成不变、僵化死板。如果基因真是这样的话,我们将无法适应环境——像水里的黄色毛茛属植物那样——适应生命中不断变化的需求。
孟德尔在他的豌豆实验中没能发现,并且他身后数代遗传学家继续忽视的就是,不仅仅基因赋予我们的非常重要,我们赋予基因的也同样重要。因为事实证明——后天能够并确实超越了先天。
正如我们即将看到的那样,这个过程一直在上演。
[I]变异基因表达度是一个用来衡量变异基因或基因疾病在一个人身上的表达程度的指标。
[II]我们的心脏要付出很大力量让血液摆脱重力束缚而得以传输。在空间轨道上,我们的血液会处于失重状态,我们的身体可以以同样的方式进行血液循环,且所需要的力要小很多。这就是为什么我们在太空中心脏会变小。