龍漫遠(yuǎn)（章靜 繪），圖片背景為古生物學(xué)圣地，加拿大落基山中的Burgess Shale。
龍漫遠(yuǎn)教授是一位美籍華裔演化生物學(xué)家和遺傳學(xué)家，芝加哥大學(xué)Edna K.Papazian杰出講座教授，2022年榮獲古根海姆自然科學(xué)獎(jiǎng)。
1993年，龍漫遠(yuǎn)發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)年齡僅三百萬(wàn)年的年輕基因——來(lái)自非洲果蠅的“精衛(wèi)”基因。這一研究成果打破了生物學(xué)界長(zhǎng)期相信基因不變的理論，開創(chuàng)了一個(gè)生物學(xué)中的全新領(lǐng)域。此后，他的實(shí)驗(yàn)室一直致力于新基因的起源和演化研究，科研成果不僅在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊發(fā)表，還被來(lái)自英、美、法、意大利、西班牙和中國(guó)等國(guó)際上幾十家主流媒體爭(zhēng)相報(bào)道。最值得一提的是，他的研究成果曾作為科學(xué)證據(jù)被搬上了聯(lián)邦法庭。事件源自賓夕法尼亞州多佛學(xué)區(qū)（the Dover Area School District）積極推崇神創(chuàng)論和其翻版的智慧設(shè)計(jì)教學(xué)模式。為此，十一位家長(zhǎng)聯(lián)合起訴學(xué)校董事會(huì)和多佛學(xué)區(qū)，聲稱他們的做法違反美國(guó)憲法第一修正案政教分離的原則。最終，在科學(xué)事實(shí)面前，家長(zhǎng)們贏得了這場(chǎng)官司，獲得了一百萬(wàn)美元的勝訴。此案成為美國(guó)憲法法律經(jīng)典案例, 新基因起源相關(guān)的科學(xué)文獻(xiàn)成為有關(guān)憲法法律討論的依據(jù)。
龍漫遠(yuǎn)不僅在科學(xué)領(lǐng)域有著深厚造詣，在人文領(lǐng)域也有廣泛涉獵，在科學(xué)與人文之間架起了一座橋梁。在中國(guó)接受的多次采訪和發(fā)表的科普作品中，他再三倡導(dǎo)將evolution翻譯為“演化”而非“進(jìn)化”，這一努力已經(jīng)頗有成效。更有意思的是，如果有人告訴你，你其實(shí)來(lái)自一堆垃圾，你會(huì)怎么想？因?yàn)槲覀兊幕蚪M中有百分之九十八點(diǎn)五的基因是“垃圾”。龍教授實(shí)驗(yàn)室一個(gè)重要的研究方向便是專注于此，并取得了巨大成就。2021年，他與學(xué)生艾米麗·模特拉（Emily Mortola）合作了一篇《從垃圾變來(lái)的我們：基因是怎么誕生的》，發(fā)表在《美國(guó)科學(xué)家》雜志，上?！妒澜缈茖W(xué)》雜志發(fā)表了中文版。他們深入淺出地告訴讀者非編碼基因?qū)π禄虻钠鹪?、生物多樣性和生命起源等方面發(fā)揮著的巨大作用。換句話說(shuō)，“垃圾堆”其實(shí)是個(gè)大寶藏。
對(duì)中國(guó)人來(lái)說(shuō)，"精衛(wèi)"是一只耳熟能詳?shù)男▲B，傳說(shuō)它是炎帝的愛女在溺水身亡后化身而成。為了復(fù)仇鳴冤，它孜孜不倦地努力填海。在歷史地理學(xué)中，“精衛(wèi)填?！北徽J(rèn)為與海岸線的變遷相關(guān)，屬于地理學(xué)上的演化。三十年前，您取精衛(wèi)的 “死而復(fù)生” 和 “填海的善良義舉” 之意，為自己發(fā)現(xiàn)的一個(gè)新基因命名，那么，精衛(wèi)基因與生物演化有著什么樣的關(guān)系？
精衛(wèi)（明朝，王圻《三才圖會(huì)》）
龍漫遠(yuǎn)：精衛(wèi)基因存在于非洲果蠅中。這是第一個(gè)揭示新基因形成的早期階段的基因。我們還發(fā)現(xiàn)它逐漸演化出了新的生物化學(xué)功能。比如，乙醇脫氫酶是人和動(dòng)物體內(nèi)重要的代謝酶，在很多生理過(guò)程起著關(guān)鍵作用，大量存在于人和動(dòng)物肝臟、植物以及微生物細(xì)胞中。精衛(wèi)基因的母基因炎帝基因便可以表達(dá)乙醇脫氫酶，將乙醇氧化為乙醛，乙醛再在乙醛脫氫酶的催化下轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害的乙酸。不同的是，精衛(wèi)在三百萬(wàn)年的演化過(guò)程中，產(chǎn)生了一種新型脫氫酶。
在激素和信息素代謝中，它可以有效利用長(zhǎng)鏈伯醇。這可能與幫助果蠅定位和早期發(fā)育有關(guān)。就在精衛(wèi)基因的新功能研究成果發(fā)表之后，由道格拉斯·弗圖摩（Douglas Futuyma）主編的《演化》這本演化生物學(xué)領(lǐng)域內(nèi)最權(quán)威的教科書就系統(tǒng)地介紹了精衛(wèi)基因的起源及新功能。精衛(wèi)基因成為通用教材里關(guān)于新基因演化的經(jīng)典案例。
約公元前1479-1458的人面獅身雕像
您還吸收了西方神話，以“斯芬克斯（sphinx）”命名了另一個(gè)新基因。它和精衛(wèi)基因有何不同？
龍漫遠(yuǎn)：生命的基本過(guò)程是從DNA轉(zhuǎn)錄為mRNA，再翻譯成蛋白質(zhì)發(fā)揮功能，這就是生物學(xué)中通稱的“生命法則”。然而，并非所有的mRNA都可以被翻譯為蛋白質(zhì)，所以，可以編碼蛋白質(zhì)的mRNA被稱為編碼RNA，不編碼蛋白質(zhì)的mRNA被稱為非編碼RNA。
Sphinx這個(gè)詞來(lái)自希臘語(yǔ)。在古希臘神話和埃及神話中，它是一種長(zhǎng)有翅膀和由不同物種嵌合而成的怪物，通常分別為雌性和雄性。西安西北工業(yè)大學(xué)的王文教授二十年前在我實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)的這個(gè)新基因，是一個(gè)長(zhǎng)鏈非編碼RNA基因，由預(yù)先存在于基因組中的兩個(gè)基因嵌合而成，是世界上首次發(fā)現(xiàn)的由蛋白質(zhì)基因轉(zhuǎn)變而成的RNA基因，其產(chǎn)生距今不超過(guò)兩百萬(wàn)年。
與編碼蛋白質(zhì)的精衛(wèi)基因不同，斯芬克斯參與果蠅的求偶行為。我們還發(fā)現(xiàn)，如果從基因組中敲除斯芬克斯基因就很可能導(dǎo)致雄性向雄性求偶的行為發(fā)生。在一些缺失斯芬克斯基因的相關(guān)物種中，自然種群中的同性求偶行為高頻率出現(xiàn)，就證明了這是一種受遺傳控制的自然現(xiàn)象。
在美國(guó)普通民眾中，大部分人可以接受日心說(shuō)、細(xì)胞學(xué)說(shuō)、原子學(xué)說(shuō)和板塊理論，唯獨(dú)演化論難以被接受。2013年皮尤研究中心調(diào)查結(jié)果顯示，只有百分之六十的成年人相信演化論，這當(dāng)中還包括了相信演化論是被神主導(dǎo)的人群。您在選擇進(jìn)入演化論領(lǐng)域之時(shí)，有過(guò)顧慮嗎？
龍漫遠(yuǎn)：選擇將其作為博士論文研究的課題時(shí)，我沒有絲毫猶豫，因?yàn)槲覉?jiān)信這是與生命多樣性密切相關(guān)的最重要的理論和自然過(guò)程。
每當(dāng)回想起首次閱讀達(dá)爾文的《物種起源》時(shí)的情景，我的記憶便變得鮮活起來(lái)，宛如昨日重現(xiàn)。那還是少年時(shí)代，我還是四川南部長(zhǎng)江岸邊的瀘州市的一名小學(xué)生，在父親的辦公室里發(fā)現(xiàn)了它的中譯本。達(dá)爾文生動(dòng)地描述關(guān)于演化力量的內(nèi)容深深地吸引了我，開啟了我對(duì)演化論的好奇心。我之所以能夠堅(jiān)定地投身于演化論研究，這也要?dú)w功于我在中國(guó)接受的科學(xué)教育。從中學(xué)到大學(xué)，我在求學(xué)的過(guò)程中逐漸形成了無(wú)神論的世界觀。
在一個(gè)以基督教為主的國(guó)家，宗教和演化論之戰(zhàn)時(shí)常發(fā)生，您的研究還曾經(jīng)為賓州多佛縣的家長(zhǎng)們贏得了一百萬(wàn)美元。宗教對(duì)您的研究是否有影響？
龍漫遠(yuǎn)：我的新基因演化研究在備受關(guān)注的基茨米勒訴多佛案中被視為科學(xué)事實(shí)，引為證據(jù)，最終得到法官的采納。這已經(jīng)成了美國(guó)憲法法律討論的經(jīng)典案例。此外，它還得到了耶魯大學(xué)文學(xué)教授、普利策獎(jiǎng)得主和芝加哥大學(xué)著名作家的關(guān)注，出現(xiàn)在《紐約客》、Quillette等知名雜志上。但是，我不知道法官最終將一百萬(wàn)美元罰款支付給了原告——即那些學(xué)生的家長(zhǎng)，還是作為法律費(fèi)用支付給了法庭。不過(guò)，我相信多佛政府此后不得不遵守美國(guó)憲法修正案第一條中政府與宗教分離的原則。
我的科學(xué)研究本身不受任何宗教影響。不過(guò)有趣的是，首篇精衛(wèi)基因相關(guān)論文在《科學(xué)》上發(fā)表的第二天，加州大學(xué)戴維斯分校的神父在《加州大學(xué)報(bào)》上發(fā)表了一篇評(píng)論文章。我們?cè)詾榭赡軙?huì)是負(fù)面的評(píng)論。出乎意料的是，他竟然贊揚(yáng)了我對(duì)遺傳學(xué)做出了巨大的貢獻(xiàn)，還呼吁他的信徒都要發(fā)揚(yáng)“精衛(wèi)”精神，服務(wù)好社區(qū)。
為什么在英文世界里，支持或反對(duì)演化論的文章和著作層出不窮，比如《盲眼鐘表匠》《審判達(dá)爾文》《達(dá)爾文危險(xiǎn)的觀點(diǎn)》《機(jī)器人的叛亂》等等？
龍漫遠(yuǎn)：在我看來(lái)，任何反對(duì)演化論的論述，無(wú)論是論文或書籍，都不應(yīng)歸類為科普作品。它們并非在探討科學(xué)問題，而是在傳播宗教熱情。生物演化已經(jīng)是一個(gè)通過(guò)多個(gè)角度和海量證據(jù)里得到證實(shí)的事實(shí)，任何接受過(guò)最基本的生物學(xué)和演化論教育的人都應(yīng)該看到并欣賞這些確鑿證據(jù)。
演化論是一門基礎(chǔ)科學(xué)，應(yīng)該像其他科學(xué)理論一樣，在理解真實(shí)世界中時(shí)間和空間里的生命狀態(tài)方面發(fā)揮重要作用。若不能正確理解演化論，就難以理解包括我們自身在內(nèi)的生命的奧秘和起源及演變的過(guò)程。
我記得我們?cè)?jīng)在一次聊天中談到了《自私的基因》和《盲眼鐘表匠》的作者、著名的演化論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？
龍漫遠(yuǎn)：道金斯強(qiáng)調(diào)了自私的基因在演化中的作用。我喜歡閱讀他的著作。我想探詢他對(duì)基因以外的其他層次的選擇性單位的看法。
我在哈佛大學(xué)的一個(gè)導(dǎo)師，兩年前剛剛?cè)ナ赖睦聿榈隆り懳念D（Richard C. Lewontin）自七十年代起就一直認(rèn)為基因只是自然選擇的一個(gè)層面。還有許多層面都可以是選擇的單位：從細(xì)胞到組織，從個(gè)體到群體，從物種到生態(tài)系統(tǒng)到生物圈。 我曾經(jīng)的同事李·范瑋倫（Leigh Van Valen）是演化生物學(xué)芝加哥學(xué)派的重要人物之一，他提出了紅皇后假說(shuō)和大滅絕理論，堅(jiān)信物種間的競(jìng)爭(zhēng)至關(guān)重要。我認(rèn)為人類活動(dòng)導(dǎo)致了許多物種的滅絕，這一事實(shí)可以作為范瑋倫理論的一個(gè)支持證據(jù)。我想了解道金斯為何僅僅強(qiáng)調(diào)基因這一個(gè)層面。
“新基因起源”研究在生物演化研究領(lǐng)域中扮演著何種角色？ 與自然選擇或者性選擇有著什么樣的關(guān)系？
龍漫遠(yuǎn)：我們致力于探尋自然界中塑造新生成基因的真實(shí)過(guò)程和潛在機(jī)制。生物的演化過(guò)程依賴于遺傳基礎(chǔ)，新形成的基因在其中扮演著關(guān)鍵角色。為了更深刻地理解生物演化，我們必須深入探究新基因的起源和演化。
我們的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)新基因往往受到自然選擇和性選擇這兩種演化力量的影響。同時(shí)，我們也發(fā)現(xiàn)了在基因外顯子重新洗牌、基因復(fù)制和自然選擇的共同作用下，蛋白質(zhì)的功能多樣性也得以迅速增強(qiáng)。近年來(lái)，我們?cè)谝吧局邪l(fā)現(xiàn)的大量的由非編碼DNA演化而成的基因就強(qiáng)烈地表明，自然選擇和性選擇對(duì)新基因起源產(chǎn)生了巨大影響。
太陽(yáng)神阿波羅和月亮女神阿爾忒彌斯
怎樣從分子層面理解適者生存和生物多樣性？
龍漫遠(yuǎn)：我們注意到，基因的功能和結(jié)構(gòu)在分子多樣性方面的差異似乎是生物為了展現(xiàn)形態(tài)和生理上的多樣性，這顯然是物種適應(yīng)其生存環(huán)境的結(jié)果。我想強(qiáng)調(diào)的是，生物多樣性不僅受到在變化環(huán)境中的適應(yīng)性演化塑造，還受到與性相關(guān)的選擇因素的左右，包括性選擇和拮抗選擇，后者可能在遺傳沖突方面發(fā)揮作用，比如性沖突。
有很多例子證明新基因顯然有助于生物適應(yīng)多變的環(huán)境，成為達(dá)爾文自然選擇理論的遺傳基礎(chǔ)。然而，近年來(lái)我們觀察到許多新基因的演化完全無(wú)法用傳統(tǒng)的達(dá)爾文理論來(lái)解釋，也無(wú)法用達(dá)爾文之后興起的中性分子演化論解釋。例如，阿波羅和阿爾忒彌斯是果蠅中誕生于二十萬(wàn)年前的基因，它們也是迄今為止已知的最年輕的基因，分別在雄性和雌性的生殖功能中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。
在古希臘神話中，太陽(yáng)神阿波羅和月亮女神阿爾忒彌斯是孿生姐弟，生來(lái)感情深厚，性格迥異，他們都精通射箭和狩獵，對(duì)保護(hù)萊托女神有著同樣的熱情。我的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)基因源自共同的祖先。起因是祖先基因在復(fù)制時(shí)開了“小差”，將一個(gè)基因序列同時(shí)復(fù)制了兩次，形成了一條染色體中存在兩個(gè)相鄰但序列略異的基因。
為了進(jìn)一步了解這個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn)，我們采用基因敲除進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。最后發(fā)現(xiàn)，阿波羅基因?qū)π坌陨χ陵P(guān)重要，但對(duì)雌性生育力不利。阿爾忒彌斯基因?qū)Υ菩缘纳芰χ陵P(guān)重要，但對(duì)雄性的生育能力卻有害無(wú)益。更令人震驚的是，如果敲除阿波羅基因，雌性的生殖功能會(huì)更加強(qiáng)大，但是會(huì)導(dǎo)致雄性不育。相似的結(jié)果在敲除阿爾忒彌斯基因時(shí)也得到了。
既然如此，為何果蠅還要保持這兩個(gè)基因同時(shí)存在？它們又能否在正常自然條件下緩解自己遭受的傷害呢？為了調(diào)和這一矛盾，果蠅們笨拙地運(yùn)用調(diào)控機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)，以達(dá)到阿波羅的蛋白質(zhì)表達(dá)量在雌性中降到最低，阿爾忒彌斯的表達(dá)量在雄性中降到最小，但不能夠完全終止這些基因的有害表達(dá)。原來(lái)，他們都是為了另一個(gè)“性的基因”完成必需功能而“忍辱負(fù)重”地活著。這是第一個(gè)基因起源以性沖突的范式控制物種演化的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
從中我們可以發(fā)現(xiàn)，生命不完美已經(jīng)不再僅僅是一個(gè)永遠(yuǎn)存在爭(zhēng)議的哲學(xué)命題。它的真實(shí)存在直接指向基因在功能上的不完美，那一個(gè)控制所有生命現(xiàn)象最基本遺傳單位功能的不完美！可以想象當(dāng)我的學(xué)生和我看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)的那份震驚和無(wú)奈。
2023 年4月，耶魯大學(xué)、麻省理工學(xué)院以及哈佛大學(xué)的學(xué)者們合作發(fā)表了一項(xiàng)研究成果，指出與黑猩猩相比，人類缺失了一些基因片段。可能這種缺失成就了 “人之所以為人” 。這與他們本身就存在染色體數(shù)量差異有什么關(guān)系？
龍漫遠(yuǎn)：類似的因果陳述之前已經(jīng)有人多次提過(guò)。目前，我沒有看到他們?nèi)〉锰嗟某晒?。你提到的研究，作者們?cè)谝蚬愂鲋笆褂昧恕翱赡堋币辉~，已經(jīng)表明他們的信心有限。不過(guò)，他們提出了一個(gè)有趣的假設(shè)。在沒有實(shí)驗(yàn)手段來(lái)測(cè)試這些片段對(duì)人類表型的影響并進(jìn)行量化的情況下，要建立起缺失片段與人類表型之間的有力聯(lián)系確實(shí)是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。我鼓勵(lì)人們大膽地去探索和驗(yàn)證這一假設(shè)，因?yàn)檫@是當(dāng)今最引人注目的有關(guān)人類起源的假設(shè)之一。也許在研究遺傳與行為之間的關(guān)系時(shí)，更可靠的結(jié)果將來(lái)自于能夠進(jìn)行嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)的小型模式生物，比如果蠅、蜜蜂、小鼠或一些靈長(zhǎng)類動(dòng)物，尤其是那些能夠展現(xiàn)人類特有社會(huì)行為的靈長(zhǎng)類動(dòng)物。
可以講講中國(guó)目前的分子演化領(lǐng)域的研究情況嗎？
龍漫遠(yuǎn)：分子演化學(xué)或許是中國(guó)生物科學(xué)中發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域之一。近年來(lái)，我讀到了大量來(lái)自中國(guó)不同生物學(xué)分支的研究報(bào)告，涵蓋了專注于分子與基因組演化的領(lǐng)域，以及運(yùn)用分子演化工具來(lái)解決生物問題的其他生物學(xué)研究。令人欣喜的是，像《細(xì)胞》《自然》和《科學(xué)》這樣的頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊也刊登了許多來(lái)自中國(guó)的分子演化學(xué)論文。
《科學(xué)》雜志出版了由西北工業(yè)大學(xué)的王文教授、浙江大學(xué)的張國(guó)捷和周琦教授編輯的專注于反芻動(dòng)物和鳥類基因組與分子演化領(lǐng)域的兩期特刊，在國(guó)際上引起了較大的科學(xué)影響。去年，《細(xì)胞》雜志刊登了北京大學(xué)張蔚教授的枯葉蝶擬態(tài)研究，深刻地揭示了演化的分子與自然選擇互作機(jī)制。《自然—生態(tài)與演化》這本頂尖的自然系列雜志也發(fā)表了多篇中國(guó)科學(xué)家在分子演化領(lǐng)域的突破性研究。我還在由西方世界主編的一些杰出分子演化和演化遺傳學(xué)專業(yè)期刊中閱讀到了眾多出色的來(lái)自中國(guó)的論文，涵蓋了幾乎所有本領(lǐng)域的研究成果。
這些成就都是近二十年來(lái)取得的。這充分體現(xiàn)了中國(guó)科學(xué)家在分子演化領(lǐng)域的激情和創(chuàng)造力，他們獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、深圳華大基因、中國(guó)科學(xué)院以及其他中國(guó)各大研究機(jī)構(gòu)和科研管理機(jī)構(gòu)的鼎力支持。
與傳統(tǒng)生物學(xué)領(lǐng)域相比，分子演化領(lǐng)域提出了更多尚待解決的重大科學(xué)問題，同時(shí)也要求在大規(guī)模組學(xué)、分子實(shí)驗(yàn)、定量分析和計(jì)算方面具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶I(yè)知識(shí)。因此，中國(guó)的大學(xué)需要進(jìn)一步提供相關(guān)科學(xué)知識(shí)、分析和實(shí)驗(yàn)技能的教育。這個(gè)領(lǐng)域?yàn)榭茖W(xué)家提供了前所未有的豐富機(jī)會(huì)。我有理由樂觀地預(yù)期，分子演化領(lǐng)域在中國(guó)未來(lái)會(huì)繼續(xù)蓬勃發(fā)展壯大。
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