龙漫远谈神话、宗教和新基因的起源

龙漫远（章静 绘），图片背景为古生物学圣地，加拿大落基山中的Burgess Shale。

龙漫远教授是一位美籍华裔演化生物学家和遗传学家，芝加哥大学Edna K.Papazian杰出讲座教授，2022年荣获古根海姆自然科学奖。

1993年，龙漫远发现了第一个年龄仅三百万年的年轻基因——来自非洲果蝇的“精卫”基因。这一研究成果打破了生物学界长期相信基因不变的理论，开创了一个生物学中的全新领域。此后，他的实验室一直致力于新基因的起源和演化研究，科研成果不仅在国际顶尖学术期刊发表，还被来自英、美、法、意大利、西班牙和中国等国际上几十家主流媒体争相报道。最值得一提的是，他的研究成果曾作为科学证据被搬上了联邦法庭。事件源自宾夕法尼亚州多佛学区（the Dover Area School District）积极推崇神创论和其翻版的智慧设计教学模式。为此，十一位家长联合起诉学校董事会和多佛学区，声称他们的做法违反美国宪法第一修正案政教分离的原则。最终，在科学事实面前，家长们赢得了这场官司，获得了一百万美元的胜诉。此案成为美国宪法法律经典案例, 新基因起源相关的科学文献成为有关宪法法律讨论的依据。

龙漫远不仅在科学领域有着深厚造诣，在人文领域也有广泛涉猎，在科学与人文之间架起了一座桥梁。在中国接受的多次采访和发表的科普作品中，他再三倡导将evolution翻译为“演化”而非“进化”，这一努力已经颇有成效。更有意思的是，如果有人告诉你，你其实来自一堆垃圾，你会怎么想？因为我们的基因组中有百分之九十八点五的基因是“垃圾”。龙教授实验室一个重要的研究方向便是专注于此，并取得了巨大成就。2021年，他与学生艾米丽·模特拉（Emily Mortola）合作了一篇《从垃圾变来的我们：基因是怎么诞生的》，发表在《美国科学家》杂志，上海《世界科学》杂志发表了中文版。他们深入浅出地告诉读者非编码基因对新基因的起源、生物多样性和生命起源等方面发挥着的巨大作用。换句话说，“垃圾堆”其实是个大宝藏。

对中国人来说，"精卫"是一只耳熟能详的小鸟，传说它是炎帝的爱女在溺水身亡后化身而成。为了复仇鸣冤，它孜孜不倦地努力填海。在历史地理学中，“精卫填海”被认为与海岸线的变迁相关，属于地理学上的演化。三十年前，您取精卫的 “死而复生” 和 “填海的善良义举” 之意，为自己发现的一个新基因命名，那么，精卫基因与生物演化有着什么样的关系？

精卫（明朝，王圻《三才图会》）

龙漫远：精卫基因存在于非洲果蝇中。这是第一个揭示新基因形成的早期阶段的基因。我们还发现它逐渐演化出了新的生物化学功能。比如，乙醇脱氢酶是人和动物体内重要的代谢酶，在很多生理过程起着关键作用，大量存在于人和动物肝脏、植物以及微生物细胞中。精卫基因的母基因炎帝基因便可以表达乙醇脱氢酶，将乙醇氧化为乙醛，乙醛再在乙醛脱氢酶的催化下转变为无害的乙酸。不同的是，精卫在三百万年的演化过程中，产生了一种新型脱氢酶。

在激素和信息素代谢中，它可以有效利用长链伯醇。这可能与帮助果蝇定位和早期发育有关。就在精卫基因的新功能研究成果发表之后，由道格拉斯·弗图摩（Douglas Futuyma）主编的《演化》这本演化生物学领域内最权威的教科书就系统地介绍了精卫基因的起源及新功能。精卫基因成为通用教材里关于新基因演化的经典案例。

约公元前1479-1458的人面狮身雕像

您还吸收了西方神话，以“斯芬克斯（sphinx）”命名了另一个新基因。它和精卫基因有何不同？

龙漫远：生命的基本过程是从DNA转录为mRNA，再翻译成蛋白质发挥功能，这就是生物学中通称的“生命法则”。然而，并非所有的mRNA都可以被翻译为蛋白质，所以，可以编码蛋白质的mRNA被称为编码RNA，不编码蛋白质的mRNA被称为非编码RNA。

Sphinx这个词来自希腊语。在古希腊神话和埃及神话中，它是一种长有翅膀和由不同物种嵌合而成的怪物，通常分别为雌性和雄性。西安西北工业大学的王文教授二十年前在我实验室发现的这个新基因，是一个长链非编码RNA基因，由预先存在于基因组中的两个基因嵌合而成，是世界上首次发现的由蛋白质基因转变而成的RNA基因，其产生距今不超过两百万年。

与编码蛋白质的精卫基因不同，斯芬克斯参与果蝇的求偶行为。我们还发现，如果从基因组中敲除斯芬克斯基因就很可能导致雄性向雄性求偶的行为发生。在一些缺失斯芬克斯基因的相关物种中，自然种群中的同性求偶行为高频率出现，就证明了这是一种受遗传控制的自然现象。

在美国普通民众中，大部分人可以接受日心说、细胞学说、原子学说和板块理论，唯独演化论难以被接受。2013年皮尤研究中心调查结果显示，只有百分之六十的成年人相信演化论，这当中还包括了相信演化论是被神主导的人群。您在选择进入演化论领域之时，有过顾虑吗？

龙漫远：选择将其作为博士论文研究的课题时，我没有丝毫犹豫，因为我坚信这是与生命多样性密切相关的最重要的理论和自然过程。

每当回想起首次阅读达尔文的《物种起源》时的情景，我的记忆便变得鲜活起来，宛如昨日重现。那还是少年时代，我还是四川南部长江岸边的泸州市的一名小学生，在父亲的办公室里发现了它的中译本。达尔文生动地描述关于演化力量的内容深深地吸引了我，开启了我对演化论的好奇心。我之所以能够坚定地投身于演化论研究，这也要归功于我在中国接受的科学教育。从中学到大学，我在求学的过程中逐渐形成了无神论的世界观。

在一个以基督教为主的国家，宗教和演化论之战时常发生，您的研究还曾经为宾州多佛县的家长们赢得了一百万美元。宗教对您的研究是否有影响？

龙漫远：我的新基因演化研究在备受关注的基茨米勒诉多佛案中被视为科学事实，引为证据，最终得到法官的采纳。这已经成了美国宪法法律讨论的经典案例。此外，它还得到了耶鲁大学文学教授、普利策奖得主和芝加哥大学著名作家的关注，出现在《纽约客》、Quillette等知名杂志上。但是，我不知道法官最终将一百万美元罚款支付给了原告——即那些学生的家长，还是作为法律费用支付给了法庭。不过，我相信多佛政府此后不得不遵守美国宪法修正案第一条中政府与宗教分离的原则。

我的科学研究本身不受任何宗教影响。不过有趣的是，首篇精卫基因相关论文在《科学》上发表的第二天，加州大学戴维斯分校的神父在《加州大学报》上发表了一篇评论文章。我们原以为可能会是负面的评论。出乎意料的是，他竟然赞扬了我对遗传学做出了巨大的贡献，还呼吁他的信徒都要发扬“精卫”精神，服务好社区。

为什么在英文世界里，支持或反对演化论的文章和著作层出不穷，比如《盲眼钟表匠》《审判达尔文》《达尔文危险的观点》《机器人的叛乱》等等？

龙漫远：在我看来，任何反对演化论的论述，无论是论文或书籍，都不应归类为科普作品。它们并非在探讨科学问题，而是在传播宗教热情。生物演化已经是一个通过多个角度和海量证据里得到证实的事实，任何接受过最基本的生物学和演化论教育的人都应该看到并欣赏这些确凿证据。

演化论是一门基础科学，应该像其他科学理论一样，在理解真实世界中时间和空间里的生命状态方面发挥重要作用。若不能正确理解演化论，就难以理解包括我们自身在内的生命的奥秘和起源及演变的过程。

我记得我们曾经在一次聊天中谈到了《自私的基因》和《盲眼钟表匠》的作者、著名的演化论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？

龙漫远：道金斯强调了自私的基因在演化中的作用。我喜欢阅读他的著作。我想探询他对基因以外的其他层次的选择性单位的看法。

我在哈佛大学的一个导师，两年前刚刚去世的理查德·陆文顿（Richard C. Lewontin）自七十年代起就一直认为基因只是自然选择的一个层面。还有许多层面都可以是选择的单位：从细胞到组织，从个体到群体，从物种到生态系统到生物圈。 我曾经的同事李·范玮伦（Leigh Van Valen）是演化生物学芝加哥学派的重要人物之一，他提出了红皇后假说和大灭绝理论，坚信物种间的竞争至关重要。我认为人类活动导致了许多物种的灭绝，这一事实可以作为范玮伦理论的一个支持证据。我想了解道金斯为何仅仅强调基因这一个层面。

“新基因起源”研究在生物演化研究领域中扮演着何种角色？ 与自然选择或者性选择有着什么样的关系？

龙漫远：我们致力于探寻自然界中塑造新生成基因的真实过程和潜在机制。生物的演化过程依赖于遗传基础，新形成的基因在其中扮演着关键角色。为了更深刻地理解生物演化，我们必须深入探究新基因的起源和演化。

我们的实验发现新基因往往受到自然选择和性选择这两种演化力量的影响。同时，我们也发现了在基因外显子重新洗牌、基因复制和自然选择的共同作用下，蛋白质的功能多样性也得以迅速增强。近年来，我们在野生稻中发现的大量的由非编码DNA演化而成的基因就强烈地表明，自然选择和性选择对新基因起源产生了巨大影响。

太阳神阿波罗和月亮女神阿尔忒弥斯

怎样从分子层面理解适者生存和生物多样性？

龙漫远：我们注意到，基因的功能和结构在分子多样性方面的差异似乎是生物为了展现形态和生理上的多样性，这显然是物种适应其生存环境的结果。我想强调的是，生物多样性不仅受到在变化环境中的适应性演化塑造，还受到与性相关的选择因素的左右，包括性选择和拮抗选择，后者可能在遗传冲突方面发挥作用，比如性冲突。

有很多例子证明新基因显然有助于生物适应多变的环境，成为达尔文自然选择理论的遗传基础。然而，近年来我们观察到许多新基因的演化完全无法用传统的达尔文理论来解释，也无法用达尔文之后兴起的中性分子演化论解释。例如，阿波罗和阿尔忒弥斯是果蝇中诞生于二十万年前的基因，它们也是迄今为止已知的最年轻的基因，分别在雄性和雌性的生殖功能中发挥着关键性作用。

在古希腊神话中，太阳神阿波罗和月亮女神阿尔忒弥斯是孪生姐弟，生来感情深厚，性格迥异，他们都精通射箭和狩猎，对保护莱托女神有着同样的热情。我的科学研究发现这两个基因源自共同的祖先。起因是祖先基因在复制时开了“小差”，将一个基因序列同时复制了两次，形成了一条染色体中存在两个相邻但序列略异的基因。

为了进一步了解这个有趣的发现，我们采用基因敲除进行了实验。最后发现，阿波罗基因对雄性生育力至关重要，但对雌性生育力不利。阿尔忒弥斯基因对雌性的生育能力至关重要，但对雄性的生育能力却有害无益。更令人震惊的是，如果敲除阿波罗基因，雌性的生殖功能会更加强大，但是会导致雄性不育。相似的结果在敲除阿尔忒弥斯基因时也得到了。

既然如此，为何果蝇还要保持这两个基因同时存在？它们又能否在正常自然条件下缓解自己遭受的伤害呢？为了调和这一矛盾，果蝇们笨拙地运用调控机制来实现，以达到阿波罗的蛋白质表达量在雌性中降到最低，阿尔忒弥斯的表达量在雄性中降到最小，但不能够完全终止这些基因的有害表达。原来，他们都是为了另一个“性的基因”完成必需功能而“忍辱负重”地活着。这是第一个基因起源以性冲突的范式控制物种演化的实验证据。

从中我们可以发现，生命不完美已经不再仅仅是一个永远存在争议的哲学命题。它的真实存在直接指向基因在功能上的不完美，那一个控制所有生命现象最基本遗传单位功能的不完美！可以想象当我的学生和我看到实验结果时的那份震惊和无奈。

2023 年4月，耶鲁大学、麻省理工学院以及哈佛大学的学者们合作发表了一项研究成果，指出与黑猩猩相比，人类缺失了一些基因片段。可能这种缺失成就了 “人之所以为人” 。这与他们本身就存在染色体数量差异有什么关系？

龙漫远：类似的因果陈述之前已经有人多次提过。目前，我没有看到他们取得太多的成功。你提到的研究，作者们在因果陈述之前使用了“可能”一词，已经表明他们的信心有限。不过，他们提出了一个有趣的假设。在没有实验手段来测试这些片段对人类表型的影响并进行量化的情况下，要建立起缺失片段与人类表型之间的有力联系确实是一个严峻的挑战。我鼓励人们大胆地去探索和验证这一假设，因为这是当今最引人注目的有关人类起源的假设之一。也许在研究遗传与行为之间的关系时，更可靠的结果将来自于能够进行严格实验的小型模式生物，比如果蝇、蜜蜂、小鼠或一些灵长类动物，尤其是那些能够展现人类特有社会行为的灵长类动物。

可以讲讲中国目前的分子演化领域的研究情况吗？

龙漫远：分子演化学或许是中国生物科学中发展最为迅速的领域之一。近年来，我读到了大量来自中国不同生物学分支的研究报告，涵盖了专注于分子与基因组演化的领域，以及运用分子演化工具来解决生物问题的其他生物学研究。令人欣喜的是，像《细胞》《自然》和《科学》这样的顶级学术期刊也刊登了许多来自中国的分子演化学论文。

《科学》杂志出版了由西北工业大学的王文教授、浙江大学的张国捷和周琦教授编辑的专注于反刍动物和鸟类基因组与分子演化领域的两期特刊，在国际上引起了较大的科学影响。去年，《细胞》杂志刊登了北京大学张蔚教授的枯叶蝶拟态研究，深刻地揭示了演化的分子与自然选择互作机制。《自然—生态与演化》这本顶尖的自然系列杂志也发表了多篇中国科学家在分子演化领域的突破性研究。我还在由西方世界主编的一些杰出分子演化和演化遗传学专业期刊中阅读到了众多出色的来自中国的论文，涵盖了几乎所有本领域的研究成果。

这些成就都是近二十年来取得的。这充分体现了中国科学家在分子演化领域的激情和创造力，他们获得了国家自然科学基金委员会、深圳华大基因、中国科学院以及其他中国各大研究机构和科研管理机构的鼎力支持。

与传统生物学领域相比，分子演化领域提出了更多尚待解决的重大科学问题，同时也要求在大规模组学、分子实验、定量分析和计算方面具备严谨的专业知识。因此，中国的大学需要进一步提供相关科学知识、分析和实验技能的教育。这个领域为科学家提供了前所未有的丰富机会。我有理由乐观地预期，分子演化领域在中国未来会继续蓬勃发展壮大。