生命之劇的導(dǎo)演

郭禮和

“垃圾DNA”這個(gè)名字出自上世紀(jì)70年代。在這之前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)真核細(xì)胞（有細(xì)胞核結(jié)構(gòu)的細(xì)胞）染色體上的基因之間是不連續(xù)的，也就是說(shuō)，基因之間存在著很大的間隔，就像上海到北京的鐵路有許多火車(chē)站，但這些火車(chē)站只占據(jù)鐵路總長(zhǎng)的1.5%（也就是基因只占DNA總長(zhǎng)的1.5%）。故而，1972年美國(guó)加州理工學(xué)院大野乾把不編碼蛋白的染色體片斷稱(chēng)為“垃圾基因”。70年代后期，由于DNA測(cè)序技術(shù)的誕生和使用，證明不僅基因之間有很長(zhǎng)的不編碼DNA，就是基因內(nèi)部也存在有許多不編碼的間隔，說(shuō)明一個(gè)完整的基因?qū)嶋H上是由許多不連續(xù)的DNA編碼片斷拼接起來(lái)的。因此，科學(xué)家把這些不編碼蛋白信息的DNA統(tǒng)稱(chēng)為“垃圾DNA”。但是，對(duì)原核生物（沒(méi)有細(xì)胞核的單細(xì)胞生物）DNA測(cè)序，發(fā)現(xiàn)它們的基因內(nèi)部卻是連續(xù)編碼，基因之間的間隔也很短，說(shuō)明它們的垃圾DNA很少。真核細(xì)胞與原核細(xì)胞的基因組和基因結(jié)構(gòu)為什么有這樣大的差異，這使人們產(chǎn)生很多聯(lián)想和推測(cè)。

真核細(xì)胞產(chǎn)生這么多的“垃圾DNA”究竟干什么？到了上世紀(jì)80年代后期，DNA測(cè)序技術(shù)已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，故而人們提出將人類(lèi)的基因組（人的細(xì)胞染色體全部DNA）序列進(jìn)行分析，這就是所謂“人類(lèi)基因組計(jì)劃”。此計(jì)劃從1990年啟動(dòng)到2003年完成，但是，這項(xiàng)人類(lèi)歷史上最大的科學(xué)工程實(shí)際上只是完成了一個(gè)草圖。因?yàn)椋芯咳藛T只是將人類(lèi)基因組的序列測(cè)出一部分，還有很多空隙未測(cè)出，主要是涉及到一些重復(fù)序列，它們的序列用現(xiàn)有技術(shù)很難測(cè)出。根據(jù)已測(cè)出的序列和結(jié)構(gòu)分析，基因只有2.6萬(wàn)個(gè)左右，占基因組總長(zhǎng)度約1.5%，而98.5%的DNA為非編碼區(qū)，也就是人們通常所說(shuō)的“垃圾DNA”。這98.5%的“垃圾DNA”究竟有什么用處？于是，科學(xué)家們?cè)谕瓿伞叭祟?lèi)基因組計(jì)劃”的草圖之后，啟動(dòng)了ENCODE研究計(jì)劃，進(jìn)一步對(duì)那些基因組空白處進(jìn)行測(cè)序，并探索這些大量的“垃圾DNA”的功能，編纂DNA元件百科全書(shū)。上述兩個(gè)研究計(jì)劃可以分別稱(chēng)為“結(jié)構(gòu)基因組計(jì)劃”和“功能基因組計(jì)劃”。

“結(jié)構(gòu)基因組計(jì)劃”的完成證明：人類(lèi)和小鼠的基因組大小、基因種類(lèi)和數(shù)量甚至基因的結(jié)構(gòu)都很相似，但在個(gè)體形態(tài)和智慧方面的差異卻有天壤之別。他們的基因組最大的差異就是“垃圾DNA”，由此可見(jiàn)“垃圾DNA”并不“垃圾”，它可能與物種進(jìn)化、胚胎發(fā)育、個(gè)體生長(zhǎng)、疾病發(fā)生、機(jī)體衰老和死亡等生命現(xiàn)象都有著密切關(guān)系，也就是與控制基因的變異、突變、表達(dá)、調(diào)控等密切相關(guān)。

可以把生命活動(dòng)簡(jiǎn)單地理解為一臺(tái)電腦在進(jìn)行一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)，例如用電腦設(shè)計(jì)飛機(jī)。要完成這項(xiàng)任務(wù)需要兩樣?xùn)|西，一個(gè)是“數(shù)據(jù)庫(kù)”，另一個(gè)是“軟件包”。有了這兩項(xiàng)工具就可以設(shè)計(jì)出各種類(lèi)型的飛機(jī)。生命活動(dòng)中的基因庫(kù)可以把它理解為“數(shù)據(jù)庫(kù)”，因?yàn)樾∈蟆⒑镒优c人類(lèi)的基因庫(kù)大同小異，而且可以相互替代。“垃圾DNA”可以把它理解為“軟件包”，利用不同物種的“軟件包”（也就是不同物種的“垃圾DNA”）可以設(shè)計(jì)出小鼠、猴子或人的有機(jī)體。

可以把生命活動(dòng)理解為拍一部電影，基因組就是電影的劇本，基因編碼的蛋白質(zhì)可以理解為演員，“垃圾DNA”就是導(dǎo)演。不同演員的出場(chǎng)和退場(chǎng)或再次出場(chǎng)都是導(dǎo)演根據(jù)劇本的情節(jié)來(lái)安排，這樣就可以展現(xiàn)出一部有血有肉有情感的動(dòng)人場(chǎng)面。導(dǎo)演不僅要指導(dǎo)演員的表演，而且要安排舞臺(tái)燈光變幻和道具的變化來(lái)烘托舞臺(tái)場(chǎng)景和故事情節(jié)。“垃圾DNA”在生命活動(dòng)中的演繹也是像電影導(dǎo)演那樣如此忙碌，故而需要大量的“垃圾DNA”，但它們不出場(chǎng)，也就是不編碼蛋白在細(xì)胞的生命活動(dòng)舞臺(tái)上出現(xiàn)，可是不同蛋白何時(shí)出場(chǎng)何時(shí)退場(chǎng)或再出場(chǎng)卻是由“垃圾DNA”來(lái)決定的。

從某種意義上來(lái)說(shuō)，物種相近的基因組主要差異不在基因（當(dāng)然基因也可有差異），而是“垃圾DNA”。例如，人和猴子，尤其人與人之間的遺傳差異主要是“垃圾DNA”。這就造成人與人對(duì)疾病的發(fā)生和藥物敏感性有差異，也就是為什么需要個(gè)體化醫(yī)療的原因。

閱讀上面的文字，按要求回答問(wèn)題。

1.作者認(rèn)為“垃圾DNA”有哪些方面的作用？

答：

2.這篇科普文的語(yǔ)言形象生動(dòng)，請(qǐng)指出其手法，并舉兩例簡(jiǎn)要說(shuō)明。

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3.請(qǐng)談?wù)勀銓?duì)本文標(biāo)題的理解。

答：