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当我们现在知道了基因就是用密码写的“配方”之后，就很难想象在过去只有那么少的人曾经想到过这一可能性。20世纪的上半叶有一个没有被回答的问题在生物学里一再出现：什么是基因？当时，基因简直是神秘莫测。让我们回到——不是DNA对称结构被发现的1953年，而是此前10年——1943年。10年之后在破解DNA的秘密上做了最突出工作的人，那时候都在干别的。弗兰西斯·克里克（FrancisCrick）当时在朴次茅斯（Portsmouth）那边设计水雷；只有15岁的“神童”詹姆斯·沃森（JamesWaston）刚刚在芝加哥大学注册读本科，而且已立志用自己的一生去研究鸟类学；莫里斯·威尔金斯（MauriceWilkins）在美国协助研制原子弹，罗萨琳·富兰克林（RosalindFranklin）则在替英国政府工作，研究煤的结构。＇这四人是在1953年发现DNA结构上贡献最大的科学家。罗萨琳因罹患癌症于1958年去世，年仅37岁，另外三人于1962年获得诺贝尔生理学及医学奖。——译者注＇
还是1943年，在奥斯维辛集中营，约瑟夫·门格尔（JosefMengele）＇第二次世界大战期间最臭名昭著的纳粹医生，在波兰的奥斯维辛集中营在犯人身上进行人体实验，对犯人进行了惨无人道的折磨，有“死亡天使”的称号。——译者注＇正对孪生子们进行致命的折磨，他的“科学研究”其实是对科学研究的一种极其恶劣的嘲讽。门格尔是在试图理解遗传学，但他的优化人种论已经被证明不是正确的途径。门格尔的实验结果对他之后的科学家是没有用处的。
1943年，在都柏林，一个从门格尔那种人手下逃出来的难民、大物理学家爱尔温·薛定谔，正在圣三一学院讲授一个名为“什么是生命”的系列讲座。他是在试图定义一个问题。他知道染色体载有生命的秘密，但是他不知道染色体是怎样储存生命秘密的。“就是这些染色体……以某种密码写就的程序，储存了每一个体发育的整个模式，以及发育成熟之后每一个体应有的功能。”他说，基因那么小，小得不可能是任何其他东西，而只能是一个大分子。他的这一见解影响了一代科学家——包括克里克、沃森、威尔金斯和富兰克林——去攻克一个顿时不再是无从下手的难题。但是，已经如此接近答案的薛定谔却偏离了轨道。他认为这个大分子之所以能够成为遗传物质的载体，是由于他心爱的量子理论。而他对自己这个想法执迷的研究最后被证明是走进了一条死胡同。生命的秘密跟量子没有任何关系。关于生命的答案并不出自物理学。
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第一号染色体生命（2）
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1943年，在纽约，一位66岁的加拿大科学家奥斯瓦尔德·埃弗里（OswaldAvery），正在对一个实验进行最后的调整。这个实验将决定性地证实DNA是遗传的化学表现。这之前他已经发现，仅靠吸收一种化学溶液，一种肺炎菌就能从无害转变为有害。到了1943年，埃弗里已经总结出：发生了转变的东西就是DNA。但是他在发表自己结果的时候，表达得过于谨慎，以至于一段时间之内都没几个人注意到他的成果。在1943年5月写给他兄弟罗伊的信里，埃弗里也只比以前稍稍大胆了一点：
如果我们是正确的（当然，这一点还有待证明），那就意味着核酸（DNA）并不仅仅是结构上重要，而是功能上活跃的物质，能够决定细胞的生化活性与特性。那么，就有可能利用已知的化学物质去准确地改变细胞并使这种改变遗传下去。这是遗传学家长期的梦想。
埃弗里几乎已经走到这一步了，不过他仍然只是从化学的角度在思考。简·巴普提斯塔·冯·赫尔蒙特（JanBaptistavanHelmont）＇17世纪比利时化学家、生理学家、医生。——译者注＇在1648年说过：“一切生命都是化学。”但这只是一种猜想。1828年，弗雷德里克·维勒（FriedrichWohler）说：至少有些生命是化学。那时他刚用氯化氨和银的氰化物合成了尿素，从而打破了一直以来化学的世界与生物的世界之间不可逾越的界限。在他之前，尿素是只有生物体才能制造出来的东西。“生命就是化学”这句话是对的，不过也很煞风景，就像谁说足球就是物理一样。大概计算一下，生命可以说是三种原子的化学。生物体中98％的原子都是氢、氧和碳。但是，生命整体的特性，比如说遗传性，才有意思，而不是组成生命体的每一个零件。埃弗里想象不出来，是DNA的什么化学性质使它能够载有遗传性的秘密。这个问题的答案也不是从化学来的。
1943年，在英国布莱奇利（Bletchley），一位天才数学家艾伦·图灵（AlanTuring）正在眼看着他最有洞察力的一个想法在绝密环境下变成真实的机器。图灵论证过：数字能够自己进行运算。为了破解德国军队洛伦兹编码器的秘密，英国制造了一台建立在图灵理论上的计算机：克劳索斯。这是一台多功能机器，有可以修改的内存程序。当时没有人意识到图灵也许比任何人都更接近生命的秘密，图灵自己更是没想到。遗传，实际上就是一种可以修改的内存程序；新陈代谢就是多功能的机器。把两者连接起来的是一种密码，是以物理的、化学的，甚至是非物质的形式存在的一种抽象信息。它的秘密就在于它能够复制自己。任何能够利用这世界上的资源把这密码复制出来的事物，就是有生命的东西。这种密码最可能的存在方式是数码方式：一个数字，一个短程序，或是一个词。
1943年在新泽西州，一个有点与世隔绝的沉静的学者，克劳德·香农（ClaudeShannon），正在琢磨一个他几年前在普林斯顿（Princeton）＇指美国著名的普林斯顿大学。——译者注＇的时候想到的想法。香农的这个想法是说，信息和熵是一个硬币的两面，两者又都与能量有紧密的联系。一个系统的熵越小，它所含的信息就越多。蒸汽机之所以能够收集煤燃烧发出的能量并把它转化为旋转运动，是因为蒸汽机本身有很高的信息含量。人体也是如此。亚里士多德的信息理论与牛顿的物理学在香农的大脑中相遇了。像图灵一样，香农也根本没有想到生物学。但是香农这一深刻的想法，却比堆积如山的物理学与化学理论更接近于“什么是生命”这一问题的答案。生命也是数码信息，是用DNA写成的。
太初有“词”，这个词却不是DNA。DNA的出现，是在生命已经出现之后，在生物体已经把两种活动——化学反应与信息储存，新陈代谢与复制——分工进行之后。但是DNA一直存着这个“词”的一份纪录，在漫长的岁月里将其忠实地传递下来，直到今天。
想象一下显微镜下一个人类卵子的细胞核。如果有可能的话，你可以把23对染色体按大小重新排列一下，大的在左边，小的在右边。现在在显微镜下放大一下最左边的一根——纯粹是随意地，这根染色体被称为一号染色体。每一根染色体都有一条长臂和一条短臂，由一个被称为中心体的窄节所连接。如果你仔细地读，你会发现，在一号染色体的长臂上接近中心体的地方，有一串长约120个字母（A、C、G和T四种字母）的序列，重复出现了很多次。在每两个这种序列之间，是一些没有什么规律的“文字”，但这120个字母组成的“段落”却像一段耳熟能详的乐曲一样重复出现，总共出现了100次以上。阅读这种“段落”也许就是我们与最初的“词”最接近的时候。
这个短“段落”是一个小基因，它也许是人体内最活跃的一个基因。它的120个字母不断地被制成一小段RNA，称为5SRNA。它与其他一些RNA、一些蛋白质被仔细地缠在一起，住在一个名叫核糖体的结构里。核糖体是把DNA配方翻译成蛋白质的地方。而蛋白质又是使得DNA能够复制的东西。借用萨缪尔·巴特勒（SamuelButler）＇萨缪尔·巴特勒：19世纪英国小说家、讽刺作家、评论家。——译者注＇的风格，我们可以说：蛋白质就是一个基因用来制造另一个基因的手段，基因就是蛋白质用来制造另一个蛋白质的手段。厨师需要做菜的菜谱，而菜谱也需要厨师。生命就是蛋白质和基因这两种化学物质的相互作用。
蛋白质代表的是化学反应，是生命活动、是呼吸、是新陈代谢、是行为——生物学家们称为“表现型”的那些东西。DNA代表的是信息，是复制、是繁殖、是性活动——生物学家们称为“基因型”的那些东西。两者都不能单独存在。这是一个经典的“先有鸡还是先有蛋”的问题：是先有基因还是先有蛋白质？先有DNA是不可能的，因为DNA只是一件含有些数学信息的无生气的东西，不能催化任何化学反应，非得有其他东西帮忙不可。先有蛋白质也不可能，因为蛋白质虽然能进行化学反应，却不能精确地复制自己。这样看来，不可能是DNA创造了蛋白质，也不可能是蛋白质创造了DNA。如果不是最初的那个“词”在生命的纤维中留下了一点淡淡的痕迹，这个谜团也许会一直让人觉得奇怪和糊涂。正如我们现在已经知道的，蛋是在鸡出现之前很久就有了的（爬行类动物是所有鸟类的祖先，它们是下蛋的），现在也有越来越多的证据表明在蛋白质存在之前有RNA。
在当代，RNA是把DNA和蛋白质这两个世界联系起来的一种化学物质。它的主要作用是把信息从DNA语言翻译成蛋白质语言。但是，从它的行事特点看来，它几乎毫无疑问地是二者的祖先。如果DNA是罗马城，RNA则是希腊；如果DNA是维吉尔（Vivgil），RNA就是荷马。＇历史上，古希腊文明出现在罗马之前。荷马是古希腊诗人，以史诗闻名，被认为是对欧洲文学影响最大的人。维吉尔是罗马诗人，亦擅长史诗，对于欧洲文学的影响仅次于荷马。——译者注＇
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第一号染色体生命（3）
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RNA就是那个“词”。RNA留下了五条线索，使我们看到了它是先于DNA和蛋白质的。直到今天，要想改变DNA序列中的任何组成部分，都是通过改变RNA序列中相应的组成部分而完成的，没有更直接的办法。而且，DNA语言中的字母T是从RNA语言中的字母U造出来的。现代的很多酶，虽然是蛋白质，但它们要想正常发挥功能却离不开一些小的RNA分子。更有甚者，RNA与DNA和蛋白质还有不同的一点，就是RNA能够复制自己，不需要任何外界帮助：给它正确的原料，它就能将其织成一条信息链。不管你观察细胞的哪一部分，最古老最基本的功能都需要RNA的参与。基因中的信息是以RNA的形式被一种需要RNA才能正常工作的酶提取出来的。这个信息，是由一台含有RNA的机器——核糖体翻译出来的。而在翻译过程中需要的氨基酸，又是一种小小的RNA分子给搬运过来的。在所有这些之上，还要加上一条，与DNA不同的是，RNA可以做催化剂，可以把分子——包括RNA——打断或是连上。它可以把RNA分子切断、连上，造出RNA的组成成分，把一条RNA链加长。一个RNA分子甚至可以在自己身上做“手术”，把自己的某一段切除，再把两个自由端接在一起。
20世纪80年代早期，托马斯·赛克（ThomasCech）和西德尼·奥特曼（SidneyAltman）＇托马斯·赛克和西德尼·奥特曼：当代美国生物学家（后者出生于加拿大），因他们在RNA功能方面的工作于1989年共获诺贝尔化学奖。——译者注＇发现了RNA的这些惊人特性，从而彻底改变了我们对于生命起源的理解。现在看来，最早的基因，“原基因”，很有可能是复制与催化合为一体的，是一个消耗自己周围的化学物质以复制自己的“词”。它的结构很有可能就是RNA。把任意一些RNA分子放在试管里，然后一遍遍地选出它们中间催化作用最强的成员，就可以重现RNA从什么也不是到具有催化作用的“进化”过程——几乎可以说是又进行了一次生命起源。这种实验最惊人的结果之一，就是最后得到的RNA往往含有一段序列，读起来酷似核糖体RNA基因——比如说，一号染色体上的5S基因——的序列。
在第一只恐龙出现之前，在第一条鱼出现之前，在第一条虫子、第一棵植物、第一种真菌、第一种细菌出现之前，世界是RNA的世界。这大概是40亿年前，地球刚刚形成不久，宇宙也仅仅有100亿年历史的时候。我们不知道这些“核糖生物体”是什么样子的。我们只能猜想它们是怎样“谋生”的——从化学意义上说。我们不知道在它们之前有什么，但从存留在今天的生物中的线索看来，我们可以比较肯定地说RNA世界确实存在过。
这些“核糖生物体”面临着一个大问题。RNA是不太稳定的物质，几小时之内就可以解体。如果这些“核糖生物体”去了比较热的地方，或是试图长得比较大，它们自己的基因就会迅速坏死，遗传学家们称为“由错误而引起的灾难”。后来，它们中的一个从试验与错误中发明了一种新的、更“坚强”的RNA的变种：DNA。它还发明了一套从DNA复制RNA的系统，包括一种我们称为“原核糖体”的机器。这套系统既要快速又要准确，于是它把遗传信息连在一起的时候每次连三个字母。每个三字母的小组都带有一个标签，使得它能够更容易地被“原核糖体”找到。这个标签是氨基酸做的。很久以后，这些标签被连在一起，制成了蛋白质，而那些三个字母的“词”，则成了制造蛋白质的密码——遗传密码。（所以直到今天，遗传密码每个词都有三个字母，作为制造蛋白质的配方的一部分，每个词拼出20个氨基酸中的一个。）这样，一个更复杂的生物就诞生了。它的遗传配方储存在DNA里，它体内的各种“机器”是蛋白质做成的，而RNA则在两者之间架起一座桥梁。
这个生物名叫露卡（Luca）——所有物种在分化之前最后的一个共同祖先。＇原文是TheLastUniversalmonAncestor，缩写为LUCA。——译者注＇它长得什么样子？住在什么地方？传统的回答是：它长得像个细菌，生活在一个离温泉比较近的温暖的水塘里，或生活在浅海湾里。不过，在过去的几年里比较时髦的做法是给露卡一个环境比较险恶的住处，因为变得越来越清楚的是，地下与海底的岩石上存在着亿万种以化学物质为养分的细菌。现在一般认为，露卡存在于地下极深的地方，存在于火成岩的裂缝里，“吃”硫、铁、氢和碳为生。直到今天，生活在地球表面的生物仍然只是地球所有生物中薄薄的一层。地下深层那些喜热细菌——也许就是造就天然气的那些物质——体内含有的碳的总量，也许是地球表面所有生物含碳量的十倍。
不过，在试图确认最早的生命形式的时候，有一个概念上的困难。现在，绝大多数的生物都不可能从它们父母以外的任何地方得到基因了，但是过去却不一定如此。即便是今天，细菌也可以通过吞掉其他细菌来得到它们的基因。在过去某一阶段，也许有过很普遍的基因交换，甚至基因“盗窃”。很久以前，染色体可能是既多且短的，每条染色体可能只有一个基因，失也容易得也容易。如果真是如此，卡尔·沃斯（CarlWoese）＇卡尔·沃斯：当代美国微生物学家。因为对于生命早期无氧环境里细菌的研究而获得过微生物学界的最高荣誉：每十年颁发一次的列文虎克奖章。——译者注＇指出，那么这样的生物就还不是一个能够存活一阵的生物体，而只是暂时存在的一组基因。也因此，存在于我们所有人身体里的基因，也许来自很多不同的“物种”，要想把它们归类溯源是徒劳的。我们不是来自于某一个祖先，而是来自于由带有遗传物质的生物体组成的整个“社区”。正如沃斯所说，生命物质从何而来有史可循，生命却没有家族史。
你可以把这种“我们不是来自于某个个体，而是来自于一个社区”的结论看成是一种推销集体主义精神和全局观念的、意在让人感觉良好的模糊哲学。你也可以把它看成是“自私的基因”这一理论的终极证明：在过去那些日子里，基因之间的战争比今天更甚，它们把生物体作为临时的战车，只跟生物体建立短暂的联盟，而现在的战争更像是基因与生物体组成的团队与其他团队之间的战争。这两种说法信哪一种，你自己选吧。
就算以前有过很多露卡，我们仍然可以猜想它们以前生活在哪里，以什么为生。这里，“嗜热细菌是所有生命的祖先”这一说法出现了第二个问题。由于三位新西兰人＇这里指A。Poole、D。Jeffares和D。Penny三位科学家。——译者注＇在1998年公布的精彩的探索工作，我们突然瞥见了一种可能性，那就是，在几乎每一本教科书上都可以看到的生物进化树，可能都是大头朝下了。那些书都肯定地说，最先出现的生物是类似于细菌的简单细胞，它们的染色体是环状的，而且每个染色体只有一份；所有其他生物的出现，都是因为多个细菌结成“团伙”，变成了复杂细胞。现在发现，也许倒过来是更有道理的。最初的现代生物一点也不像细菌，它们也不生活在温泉里或是海底深处火山通道口。它们与原生质（protozoa）很像：它们的基因组是分成片段的，有多条线性染色体而不是一条环状染色体，而且它们是“多倍体”——每一个基因都有几个备份，用来帮助改正复制中出现的拼写错误。还有，这些原生质应该是喜欢比较冷的气候。正如帕特里克·福泰尔（PatrickForterre）＇当代法国微生物学家。——译者注＇一直坚持的，现在看起来，细菌可能是后来才出现的，是高度简化与功能特化了的露卡的后代，是在DNA—蛋白质世界被发明之后很久才出现的。它们的把戏是把在RNA世界里形成的很多“设备”都扔掉，以便在很热的地方存活。在细胞里存留了露卡那些原始的分子特征的生物是我们；细菌比我们“进化得更高级”。
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第一号染色体生命（4）
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一些“分子化石”的存在支持这个奇怪的说法，这些“分子化石”是一小点一小点的RNA：向导RNA，桥RNA，小细胞核RNA，小核小体RNA，自我剪接的内含子。＇这是一些不同功能的RN