週一上午8點，醫學院報告廳裡罕見地坐滿了學生。這堂課的內容是近視。當光線暗下來的時候，在頂燈的照耀下，可以看到，近一半的學生戴著眼鏡。教授喃喃自語：「難怪今天的出勤率這麼高……」
「事實很清楚，」1小時後他總結道，「近視是因為眼睛過度生長，屈光系統的成像落在視網膜前面，因此視網膜上的影像變得模糊起來。眼鏡的凹鏡片，通過糾正屈光度，使成像移後一點，落在視網膜上，補救了自然的不準確性，於是你又看清了。」
許多手舉起來，一個學生提問：「那麼，眼球為什麼會過度生長呢？」
「基因，」他回答，「問題就是這麼簡單。我們中間，一些人的運氣不好，有了這種壞基因。如果你的孿生兄弟是近視，你幾乎肯定也是近視；如果你的兄弟近視，你近視的可能性也很高，不過不像孿生兄弟那樣高。綜合所有的統計資料，可以說，近視是一種遺傳病，它的遺傳率超過80%。」
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「帶有這種基因的人在眼鏡發明之前怎麼生活呢？」另一個學生提問，「如果我沒有眼鏡，我不可能在非洲平原堅持一天。」教室裡有一陣竊笑。
「是的，這種基因可能是後來突變的，」這位教授回答，「也可能，石器時代的近視眼們在帳篷裡縫紉和編織。不管怎麼樣，事實很清楚，近視是一種遺傳問題。」
「但是，為什麼會這樣呢？」這個學生追問下去，「淘汰它的自然選擇力量應當是很強大的。如果這樣嚴重的缺陷也能延續下來，那麼我們豈不全身都是缺陷了？」
「事實上，我們的身體並不是運轉得很好的，」教授尖銳地指出，「你曾經學過，我們有許多遺傳缺點。身體是一個脆弱的、匆匆拼湊起來的裝置。我們作為醫生的任務，就是去糾正大自然母親的疏忽。」
學生們互相議論了一陣，沒有再追問下去。
基因的功能
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關於人體的說明書都寫在DNA分子的文庫，壓縮在23對染色體裡。DNA怎樣儲存和使用這些構築人體的信息呢？其中大量的細節非常驚人，我們現在才剛開始瞭解。一個DNA分子就像一架螺旋的梯子，兩邊由交替變換的磷酸和脫氧核糖的單元構成。信息就放在梯子的橫槓上，這些橫槓由成對的鹼基分子組成，包括A、C、G、T。遺傳密碼的信息含量之巨大，幾乎難以想像。人體的每一個細胞中的DNA都含有一串120億個A、C、T、G符號，這相當於一個中等大小的圖書館的信息量。一個細胞裡的DNA分子如果不繞起來而是拉直，大約有2米長。如果算上全身大約十萬億個細胞，這個長度有200億千米，與地球到冥王星的距離相當。
人類大約有95%的DNA並不編碼蛋白質，另外5%的DNA可以分成大約十萬個功能單位，它們被稱為基因。每個基因編碼一個蛋白質。DNA鏈上的許許多多的ACGT怎樣翻譯成一個個蛋白，這是分子生物學研究的內容。分子生物學是一個迅速蓬勃發展的學科，對人類生活的影響可能不亞於電。目前，已經有先知先覺者呼籲要注意這些變化的政治和倫理影響。用不了多久，這些信息就會傳遞到更廣泛的公眾中。現在，開拓者們可以通過DNA克隆合成新的藥物，種植含有細菌基因的食用植物，嘗試向人體細胞中插入替代基因去治療過去沒有希望治療的疾病。人壽保險公司有可能在血液常規檢查時從DNA序列中讀出某些顧客患病的風險，這也許又是一件不大受歡迎的事情。在妊娠早期篩查某些常見的遺傳問題已經是一種常規檢查，讓懷有畸形胎兒的母親有機會選擇終止這次妊娠。
15年後的一天，瑪麗發現她懷孕了。「是的，你已經懷孕了，瑪麗，祝賀你！護士馬上就來向你解釋正常的檢查手續，現在我想知道你是否要做標準的基因篩查，我希望你做。」
「好的，包括一些什麼項目？」
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「現在已經沒有任何風險，不過比較昂貴，如果你有全面醫療保險的話，這不是問題。」
「我確實有全面醫療保險，不過這些檢查能夠告訴我些什麼呢？」
「主要是篩查40種嚴重的遺傳病，然後你還可以補充檢查諸如近視、注意力差和酒癮等。許多人認為值得做這些檢查。」
「如果發現有問題又怎麼辦呢？」
「那時……那時我們再談怎麼辦的問題。也許酒癮的問題也不影響你的決定，但是早知道為好。不管怎麼說，現在發現問題比出了問題再想辦法好，你覺得呢？」
「好的，我想是這樣的，但是，如果我的孩子長大之後是一個近視眼，那我應當怎麼辦？」
「那……」
想要做這套全面檢查，只要再等幾年就可以了（本書著於1994年，當時的許多設想在今天已經實現了——校者注）。我們現在已經知道了許多基因的染色體位置以及密碼序列。人類基因組計劃的目的是查明全部密碼，測出那十萬個基因的ACGT的順序。一旦我們掌握了整套密碼，我們就可以將任何一個人的遺傳密碼與這些標準密碼比較，發現不正常的基因。
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但是，問題來了：什麼是所謂的「標準密碼」呢？難道存在「正常」的人類基因組嗎？當然，我們每一個人的基因都不完全一致，約有7%的基因是因人而異的；大多數蛋白質的變異率比較低，大約只有2%；對某些酶類和血液中的蛋白而言，28%的基因有許多不同的版本。往往，這些不同版本的基因功能是相同的。不過有另外一些情況，只有一個版本（等位基因，allele）是正常的，另一個等位基因是有缺陷的。在大多數情況下，這種有缺陷的等位基因是「隱性」的，就是說，它與另一個正常的等位基因配對時缺陷不會顯示出來。可是，如果這種缺陷基因是「顯性」的，那麼，只要有一個缺陷的版本就能引起疾病。
演化學家要回答的是「為什麼」有遺傳病這個問題。那位講近視的教授說得對嗎？我們的身體有可能有引起疾病的「大量遺傳缺陷」，而自然選擇未能清除它們嗎？不完全如此。的確有一些非常罕見的遺傳缺陷是因為自然選擇還沒有來得及清除它們，但是它們的比例要小得多。不同的是，即使它們引起疾病，自然選擇還是把它留下了。我們馬上就會探討為什麼引起疾病的基因會被留下來。現在，首先要考慮基因的正常活動如何，以及為何會出現罕見的基因異常。
只要一個精子或卵細胞中的DNA出現了一個錯誤，比如一個C代替了一個T，或者一個T丟失了，這就可能引起遺傳病。這類錯誤可能源於複製過程中出錯、電離輻射或者化學損傷。真正令人驚奇的是這種錯誤並不多見。據估測，每一代中基因被改變的概率大約是百萬分之一。這意味著，平均而言，約5%的人在生命之初就帶有一個雙親沒有的基因。在大多數情況下，這種突變並沒有什麼可以察覺的後果，只在極少數人身上是致命的。
在個體從一個單細胞發育成成人的十萬億個細胞的過程中，更多的錯誤將悄然發生。在體內大多數細胞裡，這些錯誤多半只是很小的問題。許多突變基因編碼的蛋白質同樣可以工作，或者這個突變基因根本不在這類細胞中表達。即使突變對這個細胞是致命的，也可能沒有個體層次的後果，因為通常還有許多別的細胞可以承擔這一任務。然而，如果某個突變涉及調節細胞生長和分裂機制的關鍵環節，就可能會引起重大問題。只要有一個細胞的增殖失去控制，就能產生腫瘤，進而危害整體。我們將在第12章中討論對付這種危險的多種機制。
除了偶然的突變可能引起的麻煩，更大更根本的問題是，這個由四個鹼基組成的長長的鏈條是怎樣編碼了整個人體結構的呢？現在，我們對DNA怎樣複製自己，怎樣產生RNA, RNA又怎樣產生蛋白分子，這些蛋白分子又怎樣結合起來組成了各種微觀結構有了一點瞭解。然而，在零星的知識島嶼周圍，還是茫茫無際的未知海域。例如，我們知道激素對組織生長發育調節的某些因果關聯及機制細節。不過，這類零星的發現只意味著我們才剛剛開始瞭解動物和植物的發育。
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雖然到目前發育遺傳學還有許多謎團，遺傳傳遞的模式卻已經得到闡明。當受精時，我們的每一條染色體上的每一個基因都分別從父親和母親那裡各取得一份拷貝。一套完整的互補的基因，組合起來就是基因組。在每一個細胞內，所有的基因都一定有兩份拷貝，各自組成一個完整的基因組，於是我們就有兩套基因組，它們構成了我們的基因型。在有機體的發育過程中，我們所觀察到的現象稱為表現型。基因型在個體發育過程中的表達受到許多因素的影響。在有性生殖過程中，雙親的基因型隨機混合，組成了每個子代獨特的基因型。從每一個基因的角度來看，這種隨機混合可能有兩種結果：如果它從兩個親本得到的是同一基因的兩個完全一致的拷貝，子代在這個位點上就是純合子；如果兩個拷貝不一樣，便是雜合子。
一個基因的功能如何？就持續多代的整體而言，我們會有一定的瞭解，但是它對具體個體的作用卻難以預料。基因與基因之間，基因與環境之間的作用都會影響表型。因此，有性生殖所產生的個體，在許多方面都是獨特的，可能與雙親有很大的差別。
罕見的基因引起疾病
大多數遺傳病都很罕見，人群中的比例不到萬分之一。而且，這些遺傳病大多又是隱性的。也就是說，除非兩個相同的隱性基因拷貝碰到一起，否則不會造成任何麻煩。這種風險在近親通婚時概率顯著增加，因為親屬比非親屬更有可能攜帶同樣的基因，所以近親婚姻生出患有隱性遺傳病的嬰兒的可能性較大。
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自然選擇很難清除有害的隱性基因。自然選擇甚至不能進一步降低它在人群中的頻率。如果有害的隱性基因在人群中的頻率是千分之一，人們又不與近親通婚，那麼純合子的概率只有千分之一的平方，即百萬分之一。即使這些不幸的個體統統夭折，自然選擇的影響也是非常小的。在這種條件下，新的突變會源源不斷地產生，速度達到自然選擇淘汰的限度。為什麼會這樣？因為當基因出現的頻率下降時，純合子個體的出現率下降得更快（純合子的頻率=單個基因頻率的平方——校者注）。假設某個基因突變使新生兒致命的概率是百萬分之一，那麼，該突變基因在人群中的比例將是千分之一。這便是自然選擇所能達到的極限。
顯性基因的情形與此不同。只要有一個拷貝的顯性致病基因，攜帶者就會得病，一半子女也會得病。最為人們熟知的是引起亨廷頓病（Huntington』s disease）的基因。大多數病人在40歲以前沒有症狀，40歲以後記憶衰退，肌肉抽搐，某些神經細胞逐漸退化，直到不能走路，不能自理生活，甚至不記得自己的名字。這種病是一個特別的例子，因為它的病理特徵、臨床表現非常明確；已知的病例也都能追溯到17世紀的若干歐洲家族。其中一位男子移居到加拿大的新斯科捨省，這個基因和疾病也就傳給他的幾百名後裔，包括著名的民間歌手伍迪·噶思裡（Woody Gathrie）。在18世紀60年代，有一個來自德國的西班牙水手安東尼奧·賈斯托·多里亞（Antonio Justo Doria），在委內瑞拉的馬拉開波湖（Maracaibo）的西岸住下來，他的後代是現在最集中患此病的一群人。遺傳學家經過不懈的努力，最終發現亨延頓病基因位於第四號染色體的短臂上。
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這就把我們帶回到原先的疑問：為什麼這個破壞性的基因沒有被剔除掉？答案是：因為它在40歲以前的危害很小，而40歲之後才患病的病人生的子女一般不會比正常人少。事實上，有些研究提示，女性病人的子女甚至比平均數要高，男性的生育率似乎要低一點。總之，在現代社會中，自然選擇對這個基因的清除影響很小。據估算，美國人群中亨廷頓基因的頻率大約是兩萬分之一。
亨廷頓病又一次說明了本書第2章中強調的原理：自然選擇不選擇健康，只選擇成功的生殖。只要一個基因不減少存活後代的數量，即使它有破壞性也仍然會保留下來。還有一些致病基因甚至有可能增加生殖的成功率，至少在現代社會是如此，其中一個例子是引起狂躁抑鬱症的基因群。狂躁使有些病人性衝動增強，好勇鬥狠；而另一些人則才華出眾，立下功績，極富吸引力。如果一個基因能增加生殖的成功率，那麼即使它有害處，也將擴散開來。
表7—1提供了一個基於疾病基因「收益」（beneficiary）的分類法。雖然許多疾病是由突變或者自然選擇的限制引起的，這些病在疾病中所佔的份額相對很小。在大多數病例中，其過程要更加複雜、更加有趣。
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表7—1 致病基因的益處
常見的基因引起疾病
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引起疾病的基因可能同時有一定的益處，鐮刀型貧血症就是一個經典例子。引起鐮狀細胞貧血的基因大都來自非洲，那裡瘧疾流行。在攜帶這個基因的雜合子裡，這個基因改變了血紅蛋白的結構，加快了清除血液中受瘧原蟲感染的細胞，因而在一定程度上對瘧疾有限製作用。攜帶兩份該基因的純合子則患有鐮刀型貧血症，他們的紅細胞扭曲成新月形或鐮刀形，以致不能正常循環，所以引起出血、氣短、骨痛、肌痛、腹痛等症狀。患病兒童的病情十分可怕，一般無法活到生育年齡。有正常等位基因的純合子個體的紅細胞雖然完全正常，但他們缺乏對瘧疾的抵抗作用。鐮狀型細胞基因體現了雜合子優勢（heterozygote advantage）。因為雜合子對瘧疾的抵抗性比兩種純合子都要好些：有鐮狀細胞基因的純合子因鐮刀型貧血症而不能生存，沒有生育機會；有正常等位基因的純合子又因為易感瘧疾而不適應生存。這兩種選擇力的相對強度決定了這個位點的基因頻率。因此，引起致命疾病的基因和使人易感瘧疾的基因可以同時在人群中維持很高的頻率。
雖然鐮狀型細胞基因是用來說明疾病被保留下來的經典例子，但它仍然是一種不多見的基因，原因有三。首先，它的分佈不廣，僅發現於熱帶非洲。其次，血紅蛋白的改變是一種簡單的適應。許多別的適應，例如色覺視力和發熱的能力，都更加複雜，涉及密切相關的幾個系統，因而需要許多基因才能形成；相反，鐮狀細胞等位基因與正常基因的差別，是只有一個T代替了一個A。這個基因翻譯成血紅蛋白時，氨基酸也只有末端的纈氨酸代替了谷氨酸，這種分子改變使紅細胞體現出異常的形態及性質。最後，有特別強大的選擇力針對一個基因位點；很可能在人類群體中，雜合子的優勢很普遍，但是對純合子的負選擇很弱，其作用難以檢出。
在瘧疾不多見的地區，可以預見，鐮狀細胞等位基因的頻率會下降。實情確實如此，非洲裔美國人已在沒有瘧疾的地區生活了十代之久，在他們中間該基因的頻率比非洲人的頻率更低。看來，自然選擇已經使鐮狀細胞基因頻率在瘧疾不多的地區下降，這是可以根據演化理論推斷出來的。
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其他遺傳性血液異常也有防禦瘧疾的作用，最具戲劇性的有葡萄糖6—磷酸脫氫酶（G6PD）缺乏症。有這種異常基因的人接觸氧化劑如奎寧時，會發生溶血，病得很重。而奎寧又是最原始的、現在仍然有效的抗瘧藥。當瘧原蟲在紅細胞中生長並消耗氧氣時，缺乏G6PD的紅細胞就會破裂，從而抑制了瘧原蟲的繁殖。在這種情況下，某些瘧原蟲演化出了自己合成G 6 PD的能力，這是宿主與病原體之間「軍備競賽」的又一個例子。
4%的北歐人帶有一個引起囊性纖維化的隱性基因，70%的攜帶者只有單個突變等位基因（△F508），人類基因組計劃的負責人弗朗西斯·柯林斯（Francis Collins）說，這「提示可能有某種雜合子選擇，或者這個突變基因在北歐人中有很強的奠基者效應」。具體是什麼好處維持了囊性纖維化基因的頻率？現在仍然不清楚，有資料提示可能是它降低了腹瀉所致的死亡率。
戴薩克什病（Tay-Sachs disease）中所有的純合子都在生殖年齡以前死亡，但該基因在阿什肯納茨（Ashkenazic）猶太人中出現的頻率仍然有3%～11%。維持這樣高的頻率，意味著雜合子比正常純合子的生殖優勢要高6%。根據有關感染率和人群分佈的資料，它對雜合子的益處可能是預防結核病，這在猶太人的歷史上曾經是一個重要的選擇力量。X染色體易裂症（fragile X syndrome）也是一種常見的遺傳病，每兩千名男性嬰兒中有一個智力發育停頓。有充分的證據表明，女性雜合子的生殖成功率更高。
加利福尼亞大學的生理學家傑瑞·戴蒙德（Jared Diamond）最近提出了另一種機制，也可以解釋為何某些致病基因的頻率比預期更高。他指出，多達8/10的妊娠因早期或晚期流產而失敗。其中絕大多數未被發覺，因為這些都發生在胚胎著床之前或者剛剛著床之後。只要一個基因可以略微降低流產率，它就會被選擇留下，即便它增加了某種疾病日後發病的機會。戴蒙德舉出兒童期發病的I型糖尿病為例，這是DR3基因引起的一種遺傳病。如果雙親之一為攜帶異常基因的雜合子，另一個為正常基因的純合子，理論上子代帶有DR3基因的頻率應該是50%，然而實際的觀察數據卻是66%。怎麼會這樣？可能原因是，DR3基因在胎兒期能夠大大減少流產率，從而自己保存下來，雖然它後來會引起糖尿病。
苯丙酮尿症是另外一個依靠母親內的子宮選擇得以維持的基因疾病。其純合子不能處理正常食物中所含有的常量苯丙氨酸，表現為智力發育停滯。對於這類群體，只要注意保證食物裡不含苯丙氨酸，就可以預防智力發育障礙。這個例子很好地說明了，即使是完全遺傳的疾病也是完全可以通過控制後天環境加以防止的。苯丙酮尿症比較常見，1%的人帶有該基因，所以許多國家地區要求在出生時進行普查。為什麼這樣多見？同糖尿病基因一樣，這個苯丙酮尿基因似乎也是通過降低胎兒流產率而保存自己的，儘管它會引起疾病。
「法外基因」（outlaw genes）
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牛津的生物學家道金斯把生物體看作是基因複製出更多基因使用的「載體」。許多基因的合作形成細胞、器官和個體，只是因為這是複製出更多拷貝的最佳途徑。身體的細胞像是作坊，各有專門的功能，必須互相合作才能生存、繁殖。只有為了整個機體各盡其責，基因才有可能進入下一代，除此之外，別無他途。果真是這樣嗎？考慮到這裡的巨大收益，任何可能使一個基因傳到下一代的「投機」策略都會被派上用場，哪怕這種做法可能會降低這個後代的生存能力。這種情形真會發生嗎？
確實有某些基因會更「拚命」地進入精子或卵細胞，即使這會對它們的攜帶者產生不利的影響。這樣的例子不少，我們最熟悉的是小鼠的T位點基因。雄性如果有兩個異常的等位基因，後果不堪設想。但是，對於只有一個異常拷貝的雄性來說，該基因傳到後代的概率大於90%，而不是50%。這個例子很好地說明了「法外基因」的活動，它只對基因本身有利，對個體和物種都有害。我們之所以能夠發現它，是因為它釀成了嚴重的後果，而且我們可以在小鼠中進行對照實驗。人類是否也有這種法外基因呢？它們為了更「拚命」地進入生殖細胞，是否也造成了我們後代的生存缺陷呢？