本周是 DNA 分子结构发现的六十周年纪念，理应庆祝弗朗西斯·克里克、詹姆斯·沃森及其合作者通过揭示遗传信息如何在双螺旋结构中编码，开启了“基因组时代”。然而，传统的叙述——即他们 1953 年在《自然》杂志上发表的论文不可避免地促成了人类基因组计划和个性化医学的曙光——与流行的基因功能叙述一样具有误导性，后者认为 DNA 序列被翻译成蛋白质，并最终转化为生物体的可观察特征或表型。
六十年过去了，“基因”的定义仍然备受争议。我们不知道我们 DNA 的大部分是做什么的，也不知道它是如何或在多大程度上控制性状的。换句话说，我们尚未完全理解分子层面上的进化是如何运作的。
在我看来，这听起来像是一种非常令人兴奋的状态，或许可以与 1998 年宇宙学中具有颠覆性的发现相媲美，即宇宙的膨胀正在加速而不是减速，正如天文学家自 20 世纪 20 年代后期以来所相信的那样。然而，虽然专家们在争论最新发现的意义，但关于 DNA、基因组学和进化的公众讨论的措辞在很大程度上仍然没有改变，公众继续被灌输 DNA 仍然像以往一样是自恋的蓝图的保证。
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现在出现的更复杂的图景提出了局外人几乎无法辨别的难题。但我可以看出，通常关于“DNA 制造 RNA 制造蛋白质”的简洁故事已被美化到失真的程度。与其偶尔听到基因组学鼓吹者和进化普及者低调承认故事变得有点复杂，不如更大胆地承认——实际上是庆祝——已知的未知数。
DNA 争议
如果一个学生参考教科书中关于遗传学和进化的讨论，可能会理所当然地认为克里克等人在 20 世纪 60 年代提出的“中心法则”——信息以线性、可追溯的方式从 DNA 序列流向信使 RNA，再到蛋白质，最终表现为表型——仍然是基因组革命的坚实基础。事实上，它开始看起来更像是基因组革命的牺牲品。
尽管达尔文的自然选择驱动了大部分，或许是大多数进化变化，这一点仍然毋庸置疑，但通常不清楚选择在哪个表型水平上起作用，尤其是在分子水平上如何发挥作用。
以 DNA 元素百科全书 (ENCODE) 项目为例，这是一个由美国国家人类基因组研究所于马里兰州贝塞斯达发起的公共研究联盟。从 2003 年开始，ENCODE 研究人员着手绘制人类染色体的哪些部分被转录，转录是如何调控的，以及 DNA 在细胞核中包装的方式如何影响这一过程。去年，该小组揭示，基因组功能远不止于我们 DNA 中大约 1% 的包含约 20,000 个蛋白质编码基因的部分——挑战了基因组大部分是垃圾的旧观念。至少 80% 的基因组被转录成 RNA。
一些遗传学家和进化生物学家认为，所有这些额外的转录可能只是噪音，与功能和进化无关。但是，ENCODE 团队利用在试点项目中发现的非编码 RNA 转录物已被确定具有调控作用这一事实，认为至少部分转录可能提供具有调控功能的分子库——换句话说，一个潜在“有用”变异的库。ENCODE 研究人员甚至提出，令一些人感到震惊的是，转录物应被视为遗传的基本单位，“基因”不是指一段 DNA，而是指与特定表型性状相关的所有转录物的高阶概念。
俄勒冈大学尤金分校的进化生物学家帕特里克·菲利普斯表示，ENCODE 等项目正在向科学家们表明，他们并不真正理解基因型如何映射到表型，也不确切知道进化力量如何塑造任何给定的基因组。
复杂的代码
ENCODE 的发现与其他几项发现一起动摇了旧的假设。例如，DNA 的表观遗传分子修饰，如添加甲基，可以影响基因的活性，而无需改变其核苷酸序列。许多这些调控化学标记是可遗传的，包括一些控制糖尿病和心血管疾病易感性的标记。基因也可以通过染色体的空间组织来调控，而染色体的空间组织又受到表观遗传标记的影响。尽管这些影响早已为人所知，但它们的普遍性可能远超之前的想象。
基因型-表型关系中另一个模糊不清的来源是许多基因在复杂网络中运作的方式。例如，许多结构不同的基因网络可能导致相同的性状或表型。此外，与对蛋白质编码序列进行风险更高的改变相比，对调控网络进行微调可能更容易产生可行且可能更优越的新表型。从某种意义上说，这仍然是自然选择从一堆随机突变中挑选出最好的，但不是在 DNA 序列的层面上。
这种复杂的基因型-表型关系的一个后果是，它可能会限制自然选择。如果相同的表型可以由许多结构相似的基因网络产生，那么可能需要很长时间才能出现“更适应”的表型。或者，由于网络在维持特定表型方面的稳健性，突变可能会积累，免受选择性的“淘汰”。这种隐藏的变异可能会被一些新的环境压力揭示出来，从而使新的适应得以出现。这些类型的限制和机会知之甚少；进化论无助于生物学家预测他们在任何特定背景下应该期望看到哪种类型的基因网络。
研究人员也仍然对自然选择是否是分子层面遗传变化的主要驱动力存在争议。印第安纳大学伯明顿分校的进化遗传学家迈克尔·林奇通过建模表明，随机遗传漂变可能在基因组特征的进化中发挥重要作用，例如非编码部分（称为内含子）在蛋白质编码序列中的散布。他还表明，自然选择与其说是增强适应性，不如说是产生分子“防御”的冗余积累，例如检测蛋白质折叠问题的系统。往好里说，这是一种负担。往坏里说，这可能是灾难性的。
简而言之，目前关于进化如何以及在何处运作，以及这如何塑造基因组的图景，有点混乱。这不应该被视为批评，而应该被视为对分子生物学和进化生物学健康、动态状态的信心投票。
共同的问题
公众几乎听不到这场充满活力的辩论的声音。以进化生物学家理查德·道金斯去年在《展望》杂志上对基因的描述为例，他将其描述为具有“作为达尔文选择单位的独特地位”的复制因子。这让人联想到几十年前的画面，即一小段自主的 DNA 致力于自我复制，完全没有暗示选择在生物等级的所有层面上都在运作，包括在超个体层面上，或者“基因”的概念本身已经变得成问题。
为什么显然不愿意承认这种复杂性？一个障碍可能是多愁善感。生物学非常复杂，以至于对于某些人来说，放弃对优雅核心机制的承诺可能是非常痛苦的。在宇宙学中，一个单一的、具有颠覆性的事实（宇宙的加速膨胀）彻底改写了叙事。但在分子进化中，关于自然选择和随机漂变在驱动遗传变化中的重要性等旧的论点，现在正与关于非编码 RNA、表观遗传学和基因组网络理论的问题发生碰撞。目前尚不清楚要讲述什么新故事。
其次，在围绕人类基因组计划的言论之后，所有这些不确定性都让人感到不安，该计划似乎承诺，除其他外，还有“制造一个人的说明”。修改我们对宇宙的看法是一回事，承认我们并没有像我们想象的那样接近了解我们自己是另一回事。
也可能有人担心，承认进化机制的任何不确定性都会被那些试图破坏进化论的人利用。当然，关于表观遗传学和 ENCODE 结果的通俗报道在进化意义上比在发育意义上要含蓄得多。但是，我们已经足够成熟，可以被告知那些让所谓的“基因组时代”留下更多问题而不是答案的疑问、辩论和讨论。美化故事会歪曲科学，并为其批评者树立稻草人。对进化的简单化描述会助长同样简单化的驳斥。
当 DNA 结构首次被推断出来时，它似乎为美丽的谜题提供了最后一块，这个谜题的解决方案始于查尔斯·达尔文和格雷戈尔·孟德尔。事实证明，这幅图景的简洁性太诱人了。在周年纪念之际，我们应该帮 DNA 一个忙，从它的肩膀上卸下一些对生命复杂性的可怕责任。