人类基因组计划研究历程（人类基因组计划）

大家好，我是喱头哥，在今天视频开始前，我先问大家两个问题。

第一个问题，如果今天早上你出门时，发现地上落叶排出了“早上好”三个字，你觉得这是有人想给你惊喜，还是风的无意识杰作呢？

那第二个问题是，如果有人说一只猴子坐在电脑前，不停随机按0、1两个键，结果写出了Window操作系统，你会相信吗？

好，带着这两个问题，开始我们今天的节目！

人类基因组计划

好奇心是推动人类进步的原动力，自从文明产生以来，人类对自身以及生命奥秘的探索就从未停止过。

1953年，美国生物学家詹姆斯‧沃森和英国生物学家弗朗西斯‧克里克，发现了DNA双螺旋结构，在当时的科学界引发了极大的震动，科学家们当时感叹：人类找到了打开寻找遗传基因的钥匙！

那么又经过了一段时间的探索研究，科学家们认识到，每个生命体的细胞包含的DNA， 是生物物种遗传信息的携带者，可以代表该个体遗传的特点，也就是说生命的奥秘，就隐藏在它们之中。

在我们人类的细胞中，有23对携带遗传信息的染色体，包括22对常染色体和1对性别染色体，这些染色体，一半来自父亲，一半来自母亲。而在这些染色体中，竟然包含了超过60亿个DNA编码。

法兰西斯·柯林斯(Francis S. Collins)，是美国卫生研究院院长，曾经担任过美国国家人类基因组研究所所长，也是著名的人类基因组计划的主管。

大家可能都听过基因这个词，但对于人类基因组计划，可能了解的就不多了。

人类基因组计划在1990年正式启动，由美国能源部和美国国家卫生研究院投资推动，后来越做发现越复杂，他们搞不定了，就建了个群，拉了中国、英国、法国、德国和日本来一起搞，这个计划呢，也就成了国际跨学科的巨大的科学探索工程。

这个投入了30亿美元的计划，目的是对人类基因组进行精确测序，发现所有人类的基因、并确定它们在染色体上的位置，明确所有基因的结构和功能，破译人类全部的遗传信息，使人类能够在分子层面上全面认识自我。

到目前为止，人类完成了对92%的基因组测序，而另外8%的基因组因当前技术水平不足，暂时搁置。能够领导这样的大工程，大家知道柯林斯博士有多牛了吧。

那么如果按照一般人的想法，像他这种研究生命科学的顶尖科学家，只要稍微动动基因剪刀，就可以改变生命密码，甚至能创造新的物种，应该是完完全全的无神论者，不会相信生命是神创造的吧，但是事实呢，是刚好相反。

柯林斯博士自己介绍说，他曾是一个无神论者，在开始研究DNA之后，反而对生命有了更多的思考，终于在他27岁那年，成为了一位有神论者。他的一些同事在知道后，说他是理性的自杀。甚至预言柯林斯博士，很快就会被科研和信仰之间的矛盾搞的大脑爆炸。

不过这么多年过去了，柯林斯博士的大脑不仅没有爆炸，而且还越发充满智慧，让他在竞争激烈的分子生物学领域中取得了巨大的成功，成为了该领域举足轻重的人物。

而且随着人类对基因的深入研究，很多科研人员像柯林斯博士一样，越发感受到了神的存在，这是为什么呢？

蕴含海量信息的DNA编码

DNA遗传信息的传递，是由DNA上的四个碱基来负责的，分别是A-腺瞟呤、T-胸腺嘧啶、G-鸟嘌呤、C-胞嘧啶。

这四个硷基，两两成对，A-T是一对，C-G是一对，这硷基对不同的排列组合就决定了生物的物质遗传特性，比如高矮胖瘦，以及非物质遗传特性，比如性格、智力等。

生物的每一条染色体上，都有一条长长的、缠绕在组蛋白上的DNA分子。这个DNA分子呈螺旋双链结构，别看它蜷缩在大约6微米的细胞核中好像很小，如果将其拉直的等方面，能有2米那么长。

如果我们用ATCG四个字母来表示DNA双链结构，它像不像早期在计算机编程中用的打孔纸带呢？打孔带上打孔的地方代表1，而没有打孔的地方代表0。

我们人类的计算机采用的是二进制编码，是因为二进制编码中仅有0和1两个数码，很容易进行数据运算和处理；0和1两个数码，可代表逻辑代数的“真”和“假”，采用二进制，可很方便地以逻辑代数为工具进行电路设计，使计算机具有逻辑性。

所以说无论程序员使用什么编程语言，C 也好，Java也罢，最终都要转换成0、1组成的机器语言。我们现在用到的各种技术，比如3D打印、人工智能、增强现实、虚拟现实等等技术，甚至包括你正在看的这个视频，说到底都是由一连串01组成的计算机指令实现的。

按照柯林斯博士的说法，将计算机编程思想带入到DNA世界，我们可以说DNA采用的是“四进制编码”，就是ATCG这四个码，这种“四进制编码”包含的信息量，要远远超出“二进制编码”。

举个例子来说，如果同样是20个编码，如果采用“二进制”，可实现的不同组合数是2的20次方，就是一百零四万八千五百七十六(1,048,576)。而采用“四进制”的话，可以获得的组合数为4的20次方，也就是一万零九百九十五亿、一千一百六十二万、七千七百七十六(1,099,511,627,776)，这个数字好长呀。那么这两者之间，相差了100万倍。

那么人类DNA包含的信息量有多少呢？这里来给大家算一下。

之前给大家介绍了啊，人体细胞中有23对染色体，一共有60亿个DNA编码。人类基因组计划得出的一个重要结论是：男人和女人的常染色体高度一致，没有区别。那么我们可以说，人类DNA遗传信息至少由30亿个四进制码构成。

换句话说，人类的一个小小的细胞中，能包含的信息量是4的30亿次方。如此小的空间，存储如此大的信息，这简直就是我们人类、目前的计算机存储系统的终极梦想。而这30亿个DNA编码中的某一个，或者某几个编码的组合，就能操控人体实现各种复杂的功能。

不知道大家意识到没有，人的生命从一颗受精卵开始不断复製、分裂、复製、分裂，之后人体包含的所有的细胞，细胞核中的染色体上都拥有相同的DNA。然而这些细胞在进入分化阶段后，细胞质却来了个72变，形成人体各种不同的细胞和组织，比如红细胞、白细胞、神经细胞等等，人呢也发育出各种不同的器官。

而且生物学家还发现，人类的胚胎在发育的过程中，不同时期、应该发育出不同的组织结构和器官，这些时间点都是定好的，不能早也不能晚上，不然出生的宝宝，就会带有先天缺陷，而所有的这一切，都是由DNA编码所精准控制着的。

人类基因编辑：潘多拉的盒子

人类虽然已发现了一些人类基因的作用和运行方式，但是比起30亿DNA编码所蕴含的信息，简直是沧海一粟。

2018年11月26日，南方科技大学副教授贺建奎，宣布一对名为露露和娜娜的基因编辑婴儿诞生，这对双胞胎的一个基因（CCR5）经过了修改，出生后就能天然抵抗艾滋病病毒HIV。

这个消息呀，在科学界里迅速激起了轩然大波，整个科学界都纷纷谴责，除了其中涉及到的伦理问题，技术问题以及对未来担忧，也是科学家们对此大加讨伐的原因。

以人类目前对基因编码微不足道的认知，就随意修改人类基因，谁知道这基因剪刀一剪子下去，是剪掉了患艾滋病的可能、还是剪掉了人类的未来？要知道在基因实验中，出现脱靶效应的情况时有发生。

所谓的脱靶效应，是在进行基因编辑时误伤其它基因，造成基因突变、基因缺失、染色体异位等后果。如果基因编辑婴儿隐藏着某种基因缺陷，她们就会传给下一代，然后一代代的传下去，那么在未来，就会极有可能给整个人类带来隐患。

所以有人就形容，修改人类基因这样的行为简直就是要打开毁灭人类的「潘多拉盒子」呀。

我们这里还是拿编程来打比方，如果有一个源代码非常庞大、功能十分强悍的超级程序，人们只知道运行程序后会出什么结果，却看不透整个源代码，只能理解其中的一小块，甚至都不敢轻易修改代码，生怕这逻辑复杂、一环套一环的代码弄错一点点，就会让整个系统有崩溃的危险，我想应该没有人会觉得自己的编程能力，比编写这个超级程序的人更厉害吧。

同样的道理，以ATCG四个码编写了30亿位DNA“程序”，创造出拥有完美的机体、高级的智能、稳定的生命状态的人类的过程，这真的只是一连串的巧合和随机作用的结果吗？

DNA强大的稳定性

DNA还有一个很强大的复制功能。一个细胞分裂成两个的时候，DNA迅速复制，使得两个细胞拥有一模一样的DNA。这个过程快到用电光石火来形容都不够，我们的身体，每时每刻都在进行着无数次这样的复制。

如果假设一个程序员一秒钟可以敲一个DNA编码，每天连续不停敲8小时，365天不休息，敲完一个细胞中的DNA编码需要57年多。当然有人会说，我用电脑存储人类DNA全部编码，用超级计算机进行复制，也就是分分钟的事情。

也许是这样的，但是还是要提醒一下，这比起细胞内DNA的自我复制，还是慢多了，而且超级计算机，它可是人类这样的智能生命创造。

另外还有一个不能忽视的重点，DNA拥有强大的自我修复系统。

科学家经过研究之后发现，DNA能够在受到损伤、或者在复制发生错误的时候呀，进行自我修复。包括错位修复、切除修复、重组修复等等，目前已知的，就有140种方式。

那有的错误，如果实在无法修复，那DNA修复系统，还会启动自裁机制：为了不将错误遗传信息扩散出去，细胞会带着这个出错的DNA一起自我牺牲。不吹不黑啊，目前最厉害的程序员也无法写出这样智能的程序。

DNA超强的精淮复制和自我修复系统，其实很大程度保证了生物遗传信息的稳定，所以要出现一次、在进化论中所描述的、革命性的、起正面作用的基因突变，并且还能稳定的遗传下去，这个概率呀，其实是非常非常非常非常小的，甚至可以说是不可能的。

人类基因组计划经过研究后发现，人类从最初产生、发展到现在，在经过了数万代的承传之后，全世界的人、不论地区和种族，DNA编码的差异只有1/1000左右，而这1/1000的差异，只是造就了你、我、他不同的特征、特性，并没有因此产生新的物种。

猴子真能变成人？

进化论一直在告诉我们，人类是猴子进化而来的，但是通过查看其它灵长类动物的染色体信息，发现彼此的染色体数啊、相差还是非常多的。

人类46条，猕猴42条，松鼠猴44条，恒河猴 42条，卷尾猴54条，黑猩猩48条。

如果人类真的是由、具有21对染色体的猴子演化而来的，那么这染色体要变成23对，必然是出现了一个巨大的基因变异。

假设一只母猴的细胞中的染色体数目，从21对42条、变成人类现有的23对46条，那么要想让这样的染色体数目遗传下去，必须要有一只公猴发生一模一样的变异，变成和母猴一样的23对染色体，而且这两只猴子要配成一对，在这种情况下，它们的下一代，才能维持23对染色体。否则的话，只能是21对染色体、加上几条不能配对的染色体。

其实呢，从遗传学的角度来看，细胞染色体在遗传给下一代的过程中，随便增加或减少一条、甚至半条，都会产生非常严重的后果！

典型的例子就是唐氏综合症，这种疾病的患者，就是多了一条21号染色体，体内共有47条染色体。通过医学研究发现，唐氏综合症患者得先天疾病的机率，比一般人高出很多。

所以按照物竞天择的说法，这些染色体出现增减的猴子，是更容易被自然淘汰的。这么看来，要使猴子变成人、真的是很难的。仅仅是染色体的巨变、就能够让它们牺牲在所谓“进化”的路上，甚至还有可能因为各种怪病、导致整个的种群消失。

我们回到视频开头时提的两个问题！

我相信，没有人会认为树叶排出的“早上好”，只是风碰巧刮出来的；那也没人会相信，猴子随机输入的0和1，可以写出window操作系统。因为不管是文字、还是操作系统，都包含着智能的信息，几乎没有办法随意产生，而且呢，从数学的角度看，这种事情发生的概率，也几乎为零。那么朋友们，你觉得呢？

我是喱头哥，本期内容就是这些了，别忘记了点赞关注再走，我们下期再见。

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