本週是 DNA 分子結構發現的六十週年紀念，理應慶祝弗朗西斯·克里克、詹姆斯·沃森及其合作者透過揭示遺傳資訊如何在雙螺旋結構中編碼，開啟了“基因組時代”。然而，傳統的敘述——即他們 1953 年在《自然》雜誌上發表的論文不可避免地促成了人類基因組計劃和個性化醫學的曙光——與流行的基因功能敘述一樣具有誤導性，後者認為 DNA 序列被翻譯成蛋白質，並最終轉化為生物體的可觀察特徵或表型。
六十年過去了，“基因”的定義仍然備受爭議。我們不知道我們 DNA 的大部分是做什麼的，也不知道它是如何或在多大程度上控制性狀的。換句話說，我們尚未完全理解分子層面上的進化是如何運作的。
在我看來，這聽起來像是一種非常令人興奮的狀態，或許可以與 1998 年宇宙學中具有顛覆性的發現相媲美，即宇宙的膨脹正在加速而不是減速，正如天文學家自 20 世紀 20 年代後期以來所相信的那樣。然而，雖然專家們在爭論最新發現的意義，但關於 DNA、基因組學和進化的公眾討論的措辭在很大程度上仍然沒有改變，公眾繼續被灌輸 DNA 仍然像以往一樣是自戀的藍圖的保證。
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現在出現的更復雜的圖景提出了局外人幾乎無法辨別的難題。但我可以看出，通常關於“DNA 製造 RNA 製造蛋白質”的簡潔故事已被美化到失真的程度。與其偶爾聽到基因組學鼓吹者和進化普及者低調承認故事變得有點複雜，不如更大膽地承認——實際上是慶祝——已知的未知數。
DNA 爭議
如果一個學生參考教科書中關於遺傳學和進化的討論，可能會理所當然地認為克里克等人在 20 世紀 60 年代提出的“中心法則”——資訊以線性、可追溯的方式從 DNA 序列流向信使 RNA，再到蛋白質，最終表現為表型——仍然是基因組革命的堅實基礎。事實上，它開始看起來更像是基因組革命的犧牲品。
儘管達爾文的自然選擇驅動了大部分，或許是大多數進化變化，這一點仍然毋庸置疑，但通常不清楚選擇在哪個表型水平上起作用，尤其是在分子水平上如何發揮作用。
以 DNA 元素百科全書 (ENCODE) 專案為例，這是一個由美國國家人類基因組研究所於馬里蘭州貝塞斯達發起的公共研究聯盟。從 2003 年開始，ENCODE 研究人員著手繪製人類染色體的哪些部分被轉錄，轉錄是如何調控的，以及 DNA 在細胞核中包裝的方式如何影響這一過程。去年，該小組揭示，基因組功能遠不止於我們 DNA 中大約 1% 的包含約 20,000 個蛋白質編碼基因的部分——挑戰了基因組大部分是垃圾的舊觀念。至少 80% 的基因組被轉錄成 RNA。
一些遺傳學家和進化生物學家認為，所有這些額外的轉錄可能只是噪音，與功能和進化無關。但是，ENCODE 團隊利用在試點專案中發現的非編碼 RNA 轉錄物已被確定具有調控作用這一事實，認為至少部分轉錄可能提供具有調控功能的分子庫——換句話說，一個潛在“有用”變異的庫。ENCODE 研究人員甚至提出，令一些人感到震驚的是，轉錄物應被視為遺傳的基本單位，“基因”不是指一段 DNA，而是指與特定表型性狀相關的所有轉錄物的高階概念。
俄勒岡大學尤金分校的進化生物學家帕特里克·菲利普斯表示，ENCODE 等專案正在向科學家們表明，他們並不真正理解基因型如何對映到表型，也不確切知道進化力量如何塑造任何給定的基因組。
複雜的程式碼
ENCODE 的發現與其他幾項發現一起動搖了舊的假設。例如，DNA 的表觀遺傳分子修飾，如新增甲基，可以影響基因的活性，而無需改變其核苷酸序列。許多這些調控化學標記是可遺傳的，包括一些控制糖尿病和心血管疾病易感性的標記。基因也可以透過染色體的空間組織來調控，而染色體的空間組織又受到表觀遺傳標記的影響。儘管這些影響早已為人所知，但它們的普遍性可能遠超之前的想象。
基因型-表型關係中另一個模糊不清的來源是許多基因在複雜網路中運作的方式。例如，許多結構不同的基因網路可能導致相同的性狀或表型。此外，與對蛋白質編碼序列進行風險更高的改變相比，對調控網路進行微調可能更容易產生可行且可能更優越的新表型。從某種意義上說，這仍然是自然選擇從一堆隨機突變中挑選出最好的，但不是在 DNA 序列的層面上。
這種複雜的基因型-表型關係的一個後果是，它可能會限制自然選擇。如果相同的表型可以由許多結構相似的基因網路產生，那麼可能需要很長時間才能出現“更適應”的表型。或者，由於網路在維持特定表型方面的穩健性，突變可能會積累，免受選擇性的“淘汰”。這種隱藏的變異可能會被一些新的環境壓力揭示出來，從而使新的適應得以出現。這些型別的限制和機會知之甚少；進化論無助於生物學家預測他們在任何特定背景下應該期望看到哪種型別的基因網路。
研究人員也仍然對自然選擇是否是分子層面遺傳變化的主要驅動力存在爭議。印第安納大學伯明頓分校的進化遺傳學家邁克爾·林奇透過建模表明，隨機遺傳漂變可能在基因組特徵的進化中發揮重要作用，例如非編碼部分（稱為內含子）在蛋白質編碼序列中的散佈。他還表明，自然選擇與其說是增強適應性，不如說是產生分子“防禦”的冗餘積累，例如檢測蛋白質摺疊問題的系統。往好裡說，這是一種負擔。往壞裡說，這可能是災難性的。
簡而言之，目前關於進化如何以及在何處運作，以及這如何塑造基因組的圖景，有點混亂。這不應該被視為批評，而應該被視為對分子生物學和進化生物學健康、動態狀態的信心投票。
共同的問題
公眾幾乎聽不到這場充滿活力的辯論的聲音。以進化生物學家理查德·道金斯去年在《展望》雜誌上對基因的描述為例，他將其描述為具有“作為達爾文選擇單位的獨特地位”的複製因子。這讓人聯想到幾十年前的畫面，即一小段自主的 DNA 致力於自我複製，完全沒有暗示選擇在生物等級的所有層面上都在運作，包括在超個體層面上，或者“基因”的概念本身已經變得成問題。
為什麼顯然不願意承認這種複雜性？一個障礙可能是多愁善感。生物學非常複雜，以至於對於某些人來說，放棄對優雅核心機制的承諾可能是非常痛苦的。在宇宙學中，一個單一的、具有顛覆性的事實（宇宙的加速膨脹）徹底改寫了敘事。但在分子進化中，關於自然選擇和隨機漂變在驅動遺傳變化中的重要性等舊的論點，現在正與關於非編碼 RNA、表觀遺傳學和基因組網路理論的問題發生碰撞。目前尚不清楚要講述什麼新故事。
其次，在圍繞人類基因組計劃的言論之後，所有這些不確定性都讓人感到不安，該計劃似乎承諾，除其他外，還有“製造一個人的說明”。修改我們對宇宙的看法是一回事，承認我們並沒有像我們想象的那樣接近了解我們自己是另一回事。
也可能有人擔心，承認進化機制的任何不確定性都會被那些試圖破壞進化論的人利用。當然，關於表觀遺傳學和 ENCODE 結果的通俗報道在進化意義上比在發育意義上要含蓄得多。但是，我們已經足夠成熟，可以被告知那些讓所謂的“基因組時代”留下更多問題而不是答案的疑問、辯論和討論。美化故事會歪曲科學，併為其批評者樹立稻草人。對進化的簡單化描述會助長同樣簡單化的駁斥。
當 DNA 結構首次被推斷出來時，它似乎為美麗的謎題提供了最後一塊，這個謎題的解決方案始於查爾斯·達爾文和格雷戈爾·孟德爾。事實證明，這幅圖景的簡潔性太誘人了。在週年紀念之際，我們應該幫 DNA 一個忙，從它的肩膀上卸下一些對生命複雜性的可怕責任。