人类一直认为，自己位于整个进化体系的顶端是因为自身的复杂程度，然而事实并非如此。美国华盛顿大学遗传学家埃文·艾希勒教授带领的研究团队日前在美国《科学》月刊撰文说，现代人类的细胞里所拥有的遗传信息实际上不如远古的“亲戚”多。从早期人类至今，我们已经失去了4070万个碱基对。
DNA数量多少与人类进化程度有什么关系？人类DNA发挥着什么样的作用？人类能否通过基因掌握自己的命运……带着一系列疑问，记者采访了一直从事基因研究的河北医科大学博士生导师吕占军教授。
基因组大的生物不一定进化程度高
埃文·艾希勒教授带领的研究团队来自39个不同的研究所。他们对来自125个不同人群的236个人的DNA进行了分析。然后，将其与黑猩猩、尼安德特人及丹尼索瓦人等古人类的基因组进行比较。他们发现，在大约1300万年前的人类进化早期，人类在非洲与类人猿相分离之后，丧失了大约1580万个碱基对。随着人类后来分布于世界各地，他们进一步丧失了1216万个独特的DNA片段。
“在生物界的进化过程中，像人类这样丢失DNA的并不是个例，而且基因组大的生物不一定进化程度高。”吕占军表示，基因组大小与生物进化程度约略成正比，但离散比较大，有许多的例外。“比如洋葱的基因组相当于人类的5倍大小，但它的进化程度和人类相去甚远。”
据介绍，不只是洋葱，衣笠草（又名重楼百合）有1490亿个碱基对，非洲肺鱼有1320亿个，宽足蝾螈有655亿个，而人类的基因组只有约30亿个碱基对。为什么洋葱、衣笠草等这些基因组大的生物进化程度并不是更高？
原来，构成生物基因组的每个碱基对，并不是发挥着同样的作用，而生物进化程度更多地取决于起主要作用的部分。比如，黑猩猩是与人类血缘最近的动物，也是除人类之外智力水平最高的动物。以前，科学家们一直认为人类和黑猩猩之间的巨大外形差异是因为两个物种有不同的基因构造。然而，当二者的基因组被测序后，研究人员惊奇地发现，人类和黑猩猩的DNA序列几乎完全相同。
“根据目前最新的研究，人和猩猩的主要区别在于ALU基因数量的多少。”吕占军介绍，灵长类动物身上都有这个基因，而且越多越聪明。
此外，埃文·艾希勒在研究中还发现，尼安德特人与丹尼索瓦人基因组中有大约10.4万个碱基对未在现代人类身上发现；而现代人类大约有3.33万个碱基对未在尼安德特人或丹尼索瓦人身上发现。
“事实上，人类对基因所起作用的认识才刚刚开始。”吕占军认为，在人类的进化过程中，失去的这部分DNA与新基因的重新排序和形成同样重要，而且研究这些差异有助于解开现代人得以存活繁衍而其他人种则灭绝之谜。
“垃圾”DNA在控制细胞、器官和其他组织的行为上起着关键作用
“在人类基因研究中，一直有一种‘垃圾’DNA的观点。他们认为负责蛋白质编码的DNA是有用的，其他则是残余的进化物质。”吕占军表示，人类仅有1％到2％的DNA负责蛋白质的编码，如果按照这种观点，人类基因组的98%都是毫无用处的“垃圾”DNA，这显然让人难以信服。
据了解，这种“垃圾”DNA的观点由来已久。早在1972年，美国加州理工学院的大野乾就提出了假说：哺乳动物的基因不可能超过3万个。理由是基因越多，发生突变的概率就越大，而且绝大多数突变是有害的，所以超过3万个基因的哺乳动物根本无法存活。这样，他把哺乳动物基因组中剩下的大量的不用来编码蛋白质的DNA，称为“垃圾”DNA。
2000年以后，随着人类基因组测序工作的完成，科学家们发现人类基因大约在2万个左右，正好与大野乾的假设相吻合，而且有科学家开始用实验证明这一假设。2004年10月，美国一科学家在《自然》杂志发表报告说，他们删除了小鼠基因中超过100万个碱基对的非编码DNA（约占鼠基因的1%），但这并没有对小鼠的发育、寿命和繁殖造成可察觉的影响。在100多项评估基因活性的组织测试中，只有两项发现差异。这一实验结果的发表进一步激发了科学家们对“垃圾”DNA的关注。
2012年，《自然》、《基因组研究》等权威刊物密集发表多篇为“垃圾”DNA正名的论文。在《自然》杂志的一篇论文中，研究人员指出，他们通过研究发现了许多基因开关，这些开关与一系列人类疾病有关系，如多发性硬化症等，甚至还包括像身高这样的体貌特征。他们认为，人类基因组携带着至少400万个基因开关，而这些基因开关就位于曾被认为是“垃圾”的DNA片段上。这一发现，被认为是医学界和科学界的重大突破。
“所谓‘垃圾’DNA在控制细胞、器官和其他组织的行为上起着关键作用。”吕占军介绍，从出生到死亡，我们体内每一个细胞中合成的蛋白质几乎都是一样的。在什么时间、什么地方激活哪些蛋白质必须经过控制，而这就是基因开关所起的作用。
然而，有关争论并未结束，一些坚持“垃圾”DNA观点的科学家开始对他们的论述进行修正。2014年，牛津大学克里斯·兰兹教授发布研究报告称，人类DNA中仅仅有8.2%是“起作用的”。他认为，略多于1%的人类DNA参与蛋白质编码，另外7%在不同的时间、不同的人体部位，参与激活和抑制给蛋白质编码的基因活动。
“这实际上还是‘垃圾’DNA的观点，只是把负责基因开关的部分独立出来，但其仍然坚持认为人类DNA中大部分是没有用的。”吕占军对此并不认同，他表示，随着对“垃圾”DNA研究的深入，还会有更多的证据来反驳这种观点。
未来医生会基于你的基因培养出私人定制的药品
“尽管科学家已经完成了人类全基因组测序工作，但这只是基因研究的第一步。”吕占军介绍，基因组测序就是检测DNA四个碱基ATCG的排列顺序，正是它们排列组合的顺序不同，造成了包括人在内每一个生物的差别。“人类全基因组测序就是检测出全部30亿个碱基对是怎么排列的。”
据了解，“人类基因组研究计划”曾被誉为生命科学的“登月计划”，最早由美国提出。1990年，美国能源部与国立卫生研究院（NIH）共同启动人类基因组研究计划，后来，英国、德国、日本、中国和法国的科学家相继加入，并于2000年6月绘制完成了人类基因组草图。
“正常人有大约30亿个碱基对，哪怕是其中一个排序不同，都有可能会造成高矮胖瘦等各种表面特征的不同。而且其中一些序列的缺失或者变异，也是造成很多疾病的根源之一。”吕占军表示，人类基因组研究有一个贯穿始终的目的，就是希望通过人类基因组信息帮助人们克服疾病，达到健康长寿的目的。
全基因组测序，是检测人类所有基因组信息，不针对任何单个疾病，但又囊括了所有单个基因检测要用到的信息。“这相当于人类基因的一部‘天书’，但以我们现有的技术和能力，还不能完全看懂。”
事实上，不要说解读，就连“浏览”完“天书”这一步，也没有想象中那么容易。先不论碱基这种纳米级的东西“读”起来有多费劲，光是30亿碱基对这个庞大数字，就让研究人员头痛。精确的全基因组测序要求每个位点平均至少被测量30次，出来的数据基数至少都是TB（计算机存储容量单位，1TB=1024GB）级别的。
吕占军说，目前基因治疗已成为医学界研究的一大热点，而且随着技术进步，科学家们已经看懂了其中一些“字句”，在基因治疗肿瘤、血管硬化等方面也取得了很大进展。
“在基因修复和改良技术下，未来基于细胞培养的自我疾病治疗将成为可能。”吕占军对基因治疗很有信心，“到那时，生病后不用再吃普通药物，而是医生根据你的基因培养出的私人定制药品。”（记者 王敬照）
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