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| 編輯推薦： |
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基因中隐藏着生命的秘密，它是许多不解之谜的答案。14个引人入胜的基因故事让你知道生命为什么这么顽强，濒危动物为什么濒危，为什么有的人不会得艾滋病，时髦的基因治疗是什么，基因也可以破案……
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| 內容簡介： |
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这是一本关于基因、动物保护和生物进化的有趣的科普书。作者以自己颇具传奇的经历和优美的文字向读者讲述了在生命发展的历史长河中，基因演化所起到的作用，讲述了基因背后发生的一个个引人入胜的故事。通过故事我们可以了解濒危野生动物仍存于世的奥秘，了解人们为拯救濒危动物所做的努力，了解中世纪的黑死病所遗留下来的影响，了解家猫的基因组图谱如何帮助破获一起谋杀案，了解为什么有的人不会得艾滋病，了解当今颇为时髦的基因治疗究竟怎样等。《猎豹的眼泪》由我国人类基因组的首席科学家杨焕明亲自作序并推荐。
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| 關於作者： |
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史蒂芬奥布莱恩，博士，1985-2011年任美国国立卫生研究院国立肿瘤研究所基因组多样性实验室主任。现任哈佛大学和北京大学的兼职教授。
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| 目錄：
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前言
序言
第一章 狂笑的老鼠
第二章 猎豹的眼泪
第三章 傲慢与偏见
第四章 疲于奔命——佛罗里达山狮
第五章 官僚作祟
第六章 鲸的故事
第七章 狮瘟疫
第八章 婆罗洲的野人
第九章 熊猫之根
第十章 我们的由来
第十一章 雪球的机会——基因组爪印
第十二章 基因卫士
第十三章 起源
第十四章 银弹
词汇表
索引
进一步阅读建议
致谢
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| 內容試閱：
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第九章熊 猫 之 根
危险的攀爬持续了6个小时，在寒冷的细雨中跌跌滑滑，沿着陡峭泥泞的羊肠小道攀援而上。我们穿着保暖内衣和戈尔特斯品牌防水透气的登山靴，拖着背包，蜿蜒穿过茂密的竹林，翻过无数悬崖，经过伐木工人营地，路过高挂的瀑布。在每个驻足歇脚的地方，年轻漂亮的吕植博士都将天线对向熊猫无线电颈圈发出的信号。我坐了三天飞机到西安，又坐了 10小时路虎越野车到杉树坪伐木营地，才到了这儿。我时差还没倒过来，又水土不服拉肚子，前一天晚上喝米酒还有点儿宿醉。可我还是决心体验一把很少人能够想象的冒险： 登上中国多山的陕西省的秦岭山脉，看看栖居在自己洞穴的野生大熊猫和它的幼仔。
吕植最先听到了幼仔的叫声，声音很弱，像遥远的悲鸣，只有在森林的静寂中才能听得到。在山顶，年轻的研究生小健带着我们走到陡峭的悬崖上一块突出的巨石上。现在幼仔的哭声变得刺耳，令人不安。吕植敏捷地绕石而下，靠近下面的熊猫洞穴。吕植在北京大学的导师潘文石教授扶着我绕过巨石，这样我就可以看见那个因为和母亲分开而痛苦号叫着的8英寸（20厘米）长的小家伙了。
没错，是大熊猫的宝宝，它有迷人的眼斑和米老鼠样的耳朵，又可爱又娇弱。他们给它起名为“桂叶”。小健解释说，桂叶的母亲嫫嫫外出觅食了，这是潘文石和吕植在秦岭长达13年的大熊猫研究中记录下的野生大熊猫的一个常见活动。
我的目光就离不开这娇弱的幼仔了，它很活跃，叫声响亮，很讨人喜欢。潘教授问我想不想抱抱幼仔，他让我放心，说这不会伤害它。我小心翼翼地伸出戴着手套的双手，把这黑白相间的小婴儿抱向我的温暖的外套。当它合上眼睛，舒舒服服地把它的头靠在我的围巾上时，它的叫声平息下来。其他人无声地笑了，因为他们知道我此时的感受。
当我把桂叶抱在胸前，我瞬间意识到，这就是物种保护的真正内涵。那个时刻清晰地印在我的记忆中，就像昨天刚刚发生。把幼仔小心地放回洞穴之后，我凝望着遥远的山谷若有所思，直到桂叶的一声突然尖叫打断了我的神游。原来是吕植从它背部拔了一根毛做遗传样本。
现在回想起来， 我想我被吸引到大熊猫生物学研究和保护中来是必然的。大熊猫是动物保护运动毫无争议的旗舰物种。没有任何其他濒危物种能像羞怯迷人的黑白两色“猫熊”——甚至今天在中国人们还这么称呼它——吸引了这么多的关注、研究、争议或热情。大熊猫是动物园和保护行动中的超级巨星。或许是因为其巨旺的人气，它们也吸引了最优秀的——和最糟糕的——保护救星，帮助它们繁荣，避免灭绝。关于这一物种的政治、科学、价值和历史等方面出现了如此多的电视专题片、书籍和文章，所以我很犹豫是否要在诠释大熊猫的书库中再添加一章。然而，大熊猫的遗传研究故事是一个令人着迷的生物政治交织的过程，我们可以借鉴其中的成功及失误。
在我生活的世界里，最著名的大熊猫是玲玲和兴兴。这一对熊猫1972年4月16日抵达美国华盛顿国家动物园，作为周恩来总理和中华人民共和国送给美国人民的礼物，以纪念理查德尼克松总统敲开了中国对西方世界外交的大门。华盛顿这一对熊猫受到公众巨大的关注和喜爱。在展览的第一天，它们就吸引了7.5万名游客。在1972年结束之前，前来观看这一对爱嬉戏的年轻熊猫的游客超过了100万。
在整个20世纪70年代，每一个美国人都希望这对熊猫能有一个熊猫宝宝，但就是事与愿违。大熊猫繁殖有季节性，每年只发情（发情时雌性接受雄性的求爱）一次，通常是在春天。从1974年玲玲第一次发情开始，每个发情季节玲玲和兴兴都被放在一起。但兴兴一方有点问题，它往往骑跨在错误的一头，兴奋地向玲玲的耳朵或其他可笑但无效的部位射精。在一阵密集的媒体监察中，兴兴被扣上无能、笨蛋、懦弱无用的帽子。
到1981年，国家动物园的负责人和大熊猫繁殖专家们都非常担心。他们把伦敦动物园一只强健阳刚的熊猫佳佳空运来了，佳佳曾使马德里动物园一只雌熊猫怀孕产仔，多少证明了它有应对生育挑战的经验。佳佳与玲玲的相遇是一场灾难。它把这只美国母熊猫揍得失去知觉，直至休克。为了让攻击停下来，动物园的工作人员对空鸣枪，用消防水枪喷它们。没有交配，只有劫掠，佳佳很不光彩地被遣送回英国。“那个混蛋打伤了她，”国家动物园主任特德里德（Ted Reed）气哼哼地说。《华盛顿邮报》专栏作家玛丽麦格罗里（Mary McGrory）称佳佳为熊猫版的吕植从桂叶的背上拔了一根毛做遗传样本斯坦利科瓦尔斯基 （Stanley Kowalski）——田纳西威廉姆斯（Tennessee Williams）令人难忘的舞台剧《欲望号街车》（A Streetcar Named Desire）里粗野的角色。
动物园管理人员被这场打斗吓坏了，决定尝试人工授精，中国动物园对大熊猫进行的人工授精已经获得成功。这样，1983年当玲玲发情时，伦敦动物园的兽医约翰奈特（John Knight）博士便做好了用电激取精术收集佳佳精液的准备。精子采好的次日，奈特将新鲜精液放在胸前的口袋中，登上一架英国航空公司的飞机前往华盛顿。佳佳的精子抵达杜勒斯机场之前，美国国家动物园的生殖专家戴芙拉克莱曼（Devra Kleiman）决定给兴兴最后一次自然交配的机会。在她的注视下，兴兴像是完成了一个很像是恰当的骑跨，而且克莱曼听到一声大熊猫狂喜的尖叫，这是行为学者视为交配高潮的信号。当天晚些时候，玲玲还是被麻醉，用刚刚送来的伦敦佳佳的精子进行了人工授精。
在此后不久举行的介绍这些事件的新闻发布会上，有记者问动物园的公关发言人鲍勃霍奇（Bob Hoage），如果玲玲确实怀孕了，他们怎么知道父亲是谁？霍奇回答说： “我们与国家癌症研究所的遗传学家斯蒂芬奥布莱恩（Stephen O’Brien）博士有长期密切的合作。我相信他能搞清楚。”玲玲果然怀孕了，而我则发现自己头一次被丢进了大熊猫保护圈。
1983年7月21日，玲玲生下了在美国出生的第一个大熊猫幼仔，一个重134克，看起来像无毛小鼠的小小的大熊猫婴儿。让人伤心的是，幼仔在出生后不到3个小时，就死于在产道内染上的假单胞菌感染。
幼仔的尸检是个很难受的事。我默默地采集了一块10美分硬币大小的皮肤组织样品，用来建立确定基因型的活体培养。我们已经有了兴兴和玲玲的皮肤成纤维细胞系。一个星期后，伦敦佳佳的一块浸在组织培养液中的皮肤切片乘飞机抵达。我们检测了熊猫细胞中的29个等位酶基因，选择这些基因是因为它们在其他哺乳动物中具有遗传变异性。不幸的是，这些遗传标记没有一个显示出4只大熊猫之间有任何变异。我们需要遗传差异来建立幼仔父亲的身份，所以我们决定用皮肤细胞系中更大群组的蛋白，由经过双向凝胶电泳分离的蛋白染色来分析。在我们检查的300个蛋白质中，有6个显示出遗传变异性，这些变异证明了兴兴是婴儿的父亲，而不是佳佳。行为学家戴芙拉克莱曼所目睹的自然交配是成功的。
了解了兴兴具有生殖力，此后动物园每年都尝试自然交配。之后玲玲曾三次怀孕，但像第一胎一样，婴儿都没有存活，通常是死于大量的细菌感染。1992年，玲玲在 22岁时去世，兴兴于1999年去世。
参与世界上第一个大熊猫父系鉴定评估对我也是一次学习。当我徘徊在国家动物园的大熊猫展区等待组织样本时，我熟读了展示的图文。精心装饰的墙面不仅描述了大熊猫保护的丰富历史，还介绍了一个世纪来吵嚷不休的科学辩论。单是大熊猫究竟应归入熊科Ursidae还是浣熊科Procyonidae，分类学家和熊猫生物学家都不能达成一致。作为一种妥协，有些人把它单独归为一科。
熊猫分类的丰富多彩的传奇故事可以回溯至一个西方人第一次对大熊猫的描述，他就是19世纪巴斯克传教士阿尔芒戴维神父（Pere Armand David）。作为一个业余博物学家，戴维热衷于记录众多中国特有的哺乳动物物种。1869年，他给他的科学导师、巴黎自然历史博物馆馆长阿方斯米尔内爱德华兹（Alphonse MilneEdwards）寄去了他对一种神秘的高寒生物的描述，他称之为Ursus melanoleucus（黑白熊）。次年，戴维为博物馆带回毛皮和骨骼材料。米尔内爱德华兹研究了这个动物的骨骼和牙齿，并得出结论，它们更像大熊猫那些身材矮小的中国表亲，即红熊猫或小熊猫，而不是其他熊类。由于小熊猫已被毫无争议地归入浣熊科，米尔内爱德华兹便宣布，大熊猫也应该跟小熊猫一起归为浣熊科，是一种巨型浣熊。这次交流开始了一场长达一个世纪的争论，它以活泼而刺激的方式主导了动物学讨论。
虽然大熊猫肯定看起来像熊，但它却有一些非常不同寻常的特点，与其与世隔绝的高寒生活方式和以竹笋、竹茎和竹叶为主的高度特化的食性相关。大熊猫的头骨和下颌骨很大，其强大的颚部肌肉和宽大的牙齿都适于破碎和研磨它的植物性食物。大熊猫有一个中度发达的第六指——熊猫的拇指——适合抓握竹笋。小熊猫也以食竹为生，它们甚至以同样的方式抓握竹笋，但它们没有额外的拇指。
大熊猫另外还有几个特征是熊类所没有的。它们雄性的生殖器很小，朝向后部，类似浣熊。大多数温带和北极地区的熊类物种要冬眠，而熊猫却不冬眠。这可能是因为大熊猫无法从相当低效的能量来源——竹子——中存储足够的能量。熊会怒吼或咆哮，大熊猫则像绵羊或山羊那样咩咩叫大熊猫的叫声包括犬吠和咆哮，这两种声音通常在冲突时或发情时发出。 。实际上这咩叫声相当于小熊猫和其他浣熊科动物的吱吱声和咔嗒声，但却听不到熊发出类似的声音。
在过去130年中，在科学文献中有超过50部学术专著，每一部都声称解决了熊猫的起源及其正确的分类问题。专家们的意见分为三个阵营，彼此强烈对立，却都固执己见地认为自己绝对正确。一个阵营宣布大熊猫是一种特化的熊，属熊科。第二阵营认为它是一种不同寻常的浣熊，属浣熊科。中间派的一个阵营将大熊猫和小熊猫一起单独归为一科（熊猫科Ailuridae或大猫熊科Ailuropodidae），强调它们有别于熊或浣熊的生物学独特性。当我在玲玲和兴兴的展馆里等待它们的皮肤标本时，我意识到，关于熊猫进化之根唯一达成的一致，就是还没有达成普遍的共识。
于是我开始阅读关于大熊猫的分类的不同意见。我不得不说，给我留下了深刻印象的不只是科学辩论的深度，还有论战各派对争议的意义的振振有词。倾向于浣熊派的埃德温科尔伯特（Edwin Colbert）在1938年指出：
“所以这个问题多年未决， 支持熊科的，坚持浣熊科的，还有中间路线派，都以最清晰的逻辑提出了他们的若干论据，而在此期间，大熊猫们则安详地生活在四川的大山里，我行我素，从来没有想到它们正在引起的动物学争议。”
史蒂芬杰伊古尔德（Stephen Jay Gould）史蒂芬杰伊古尔德（1941—2002）,美国古生物学家、演化生物学家，科学史学家与科普作家。 1972年，他和纽约美国自然史博物馆的尼尔斯埃尔德里奇（Niles Eldredge）共同提出“间断平衡”Punctuated Equilibrium进化理论，由此享誉全球。 在1986年肯定熊科派时写道：
“我们陶醉于我们一直未能解决某些关键争论，因为所有的乐趣就在争论中。”
支持单立一科的乔治夏勒博士在1993年写道：
“大熊猫就是大熊猫……在某些方面这个长期悬而未决的问题根本微不足道，它只是映射出科学上对不确定性的不快，以及让一切整齐就位的嗜好……然而，这个争议提出了一个根本的科学问题 —— 在分类中哪些特征是重要而有意义的？”
约翰赛登斯狄克（John Seidensticker）在2001年若有所思地写道：
“科学家们了解大熊猫起源的努力……已经像这个动物本身一样，成为笼罩在误解中的传奇……随着……更新更精密的技术出现……追溯不同推理思路和证据是如何展开的就十分有趣……这就是科学的运行；从来不是一成不变，总是在质疑，要再努力一次来澄清。”
从来没有一个分类学争议辩论得如此激烈，说辞如此优雅，有如此丰富的形态学、行为学和解剖学描述。比如1964年D德怀特戴维斯（D. Dwight Davis）发表的鸿篇巨著，专讲对死于1938年的芝加哥布鲁克菲尔德（Brookfield）动物园的大熊猫苏琳的解剖。他这部300页的专著分析了50个器官系统，文字和插图充满了精致细节，被斯蒂芬杰伊古尔德称为 “本世纪最伟大的比较解剖学著作”。戴维斯的分类结论掷地有声。“大熊猫是一种熊，其卷入从熊属（Ursus）到大熊猫属（Ailuropoda）的初级适应转变的遗传机制极少——也许不超过半打。”
戴维斯的观点很快就被许多人所接受，但可惜不是所有人都接受。他的批评者认为，他的分析无论多彻底，却没有遵循标准的分类程序，只是围绕他的观察细述了一堆主观判断。在他的专著的第一页上，戴维斯在脚注中承认，他从一开始就确信，大熊猫是一种熊，所以他在全书中都坚守着这个看法。他没有试图呈现一个大熊猫与小熊猫、浣熊和熊的全面比较分析，因为用他的话说，“这变得很困难，所以我放弃了。”戴维斯的工作是大师级的，很有说服力的，但更多的是描述性而不是分析性的。他的致命的弱点是他的假定，以为他的同事就为他的细节之广度也会接受他的解释。大多数人是这样，但还有许多人不是这样。
我无法抗拒这个历经百年之久却仍未解决并仍在寻找一种新看法的辩论。分子遗传学肯定要参与其中，而我有了细胞系中所有必要的生物材料： 大熊猫、小熊猫和熊的DNA、蛋白质和基因的永久性来源。
在过去的几十年中，解决种系发育历史和分类关系的新的分子演化研究方法已经成熟。其原理是比较遗传相似性和差异性，特别是比较几个有亲缘关系的物种的同源基因序列和蛋白基因产物（氨基酸序列）的异同。基因序列差异的模式被用来揭示导致现生物种群组的远古演化进程中的分裂。要构建一个物种的演化历史，构建它的进化树，我们再次回到分子钟假说，即两个物种分离的时间越长，其突变差异量越大。用物种之间遗传差异的矩阵反向回推，用复杂的数学方法重建能最佳利用这些数据的进化树。事实上，现在有好几种理论方法（指名法，基于距离的方法，贝叶斯法，最大简约法和最大似然法）都使用计算机，根据分子数据来构建种系发育树。当所有的分析方法，特别是用了几个不同的DNA片段，得到相同的结果时，人们就有理由相信，这些结果特指的演化关系反映了真实的演化史。
分子钟假说已经遭遇到一些争议。批评者指出，突变的积累并不总是精准地按照与时间比例的关系来发生，造成用分子钟构建的演化树的分枝长度会有过快或过慢的问题。这些批评令人不安，但并不说明这种确定演化关系的方法无效。相反，它们强调了使用不同的基因或DNA片段来重复试探性解决方案的需要。经过40多年的应用、改进和校验，分子钟方法已经经受住了时间的考验。这个方法用得非常好。
既然在我的实验室中生长着永久不灭的大熊猫活组织培养细胞，我们便采用了六种不同的分子遗传学方法来分析大熊猫的起源问题。每种方法各有鲜明的长处和短处。但我们有信心，这六种互补的方法一旦放在一起，会给我们一个有力的答案。
六种遗传学工具中的三种——等位酶遗传距离，双向电泳遗传距离（用来确定玲玲父亲身份的方法）和免疫学距离——评估不同的物种之间一组蛋白质中所积累的氨基酸序列的变化。两个不同物种中相同的蛋白质（例如血红蛋白或白蛋白）氨基酸序列的差异，是编码这些蛋白质的同源基因中突变分离的后果。所以，实际上，我们正在通过量化序列差异的程度来间接追踪基因间的演化差异。
另两种方法，DNA杂交和线粒体DNA序列分析，是利用同源基因的DNA序列差异。这两种分析过程直接评估基因分歧性，作为演化时间的替代指标。
最后一个方法检查不同的物种之间染色体组织结构的差异。在漫长的演化进程中，祖先物种的染色体排列偶尔会因自发的断裂和再接合而重新排列，这个过程被称为易位。亲缘关系近的物种染色体易位断裂较少，而亲缘关系远的物种间长期的分离会导致较多的易位交换。通过检查染色体的外观，识别出两个物种中具有相同的同源基因的区域，我们可以计数发生了多少染色体易位，辨认出它们发生在染色体上的哪一段。利用几个物种之间这些染色体易位的模式和频率，我们推导出了熊和大熊猫物种之间发生的染色体重排。然后，我们运用名为最大简约法（maximum parsimony）的演化原理来分析染色体交换的步骤，这能最好地解释导致形成现代物种染色体组织结构的染色体片段的移动。
所有这六种不同的方法对于熊大熊猫浣熊的演化谜题，都给出了相同的答案。它们共同勾画出大熊猫演化历史的图景。戴维神父是对的。大熊猫确实是一种熊，它的基因连贯地出自演化树上形成熊科动物的一支；而小熊猫的基因出自浣熊所在的分支。新的数据以一定的清晰度表明了每个物种如何以及何时发生了演化。下面就讲讲分子们告诉我们的故事，关于熊和大熊猫如何形成的故事。
约3000万年前，在叫做渐新世的地质时期，今天的八种熊类（棕熊，美洲黑熊，亚洲黑熊，马来熊，北极熊，懒熊，南美的眼镜熊和大熊猫）和浣熊科动物（19种，包括浣熊，长鼻浣熊，蜜熊，尖吻浣熊和小熊猫）的祖先分道扬镳，各自演化。又过了不到1000万年，小熊猫的一个祖先与其他浣熊物种分离开来，在亚洲演化，而其余浣熊科物种则在美洲演化。
熊科动物的祖先从浣熊科物种分离出来很多年后——我们估计是在1800万～2500万年前——大熊猫的祖先与其他熊科动物分离。大熊猫逐渐演变出其针对高寒栖息地的特殊适应性。在现在与大熊猫分开的熊的谱系中，下一次分叉导致了南美洲的眼镜熊（Tremarctos ornatus）为一方，而其他6种熊科物种为另一方。这个演化分离事件发生在1200万～1500万年前。这6种现代熊属熊类分别是： 棕熊（Ursus arctos），马来熊（Ursus malayanus），懒熊（Ursus ursinus），亚洲黑熊（Ursus thibetanus），美洲黑熊（Ursus americanus）和北极熊（Ursus maritimus），它们随后在大约600万年前彼此分离。这六种熊的分离几乎是在同一时代，使得即使用功能强大的分子生物学技术也很难精确地确定它们彼此之间的亲缘关系。
虽然遗传学分析可以产生结论性的亲缘关系，但我们估算的这些分离的年代也因研究熊科动物化石的古生物学家成为可能。化石标本不仅能确认分子树，还因为它们能提供地质年代的测定而提供了一个时间尺度。例如，野熊属Agriarctos化石一般被认为是大熊猫一系动物的一个早期祖先，那个物种出现在大约1500万年前的中新世。非熊猫的熊科动物的共同祖先，或“缺失的环节”，是回溯到2000万～1800万年前的祖熊属Ursavus。600万年前晚中新世的上新熊属Plionarctos被怀疑是眼镜熊的祖先，而奥弗涅熊Ursus minimus（约500万年前）被认为是熊属动物的原始祖先。
分子遗传学产生的清晰分辨，以及六种相当不同的方法几乎完全的一致，给我留下了深刻印象。此外，这套东西与化石标本及其发生的时间非常吻合。
如果我认为我们已经用一些被旁观者所谓“巧妙和超现代的技术”解决了一个长达120年的演化之谜，是不是有失冒昧？也许
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