生物是如何在基因复制中纠错的？

　　我是卓言，我们一起终身学习，第99天。

　　我们知道，无论是哪种生物，想要生存和发展，本质上，都离不开基因的复制和传递，但在这个过程中，却麻烦不断，基因复制，经常出错。为了解决这个难题，生物必须有一整套办法，不断消灭新出现的基因错误。可以说，生物演化的过程，就是在不断解决基因复制出错的过程。

　　生物演化的路走的可真不顺利，很长时间都是在简单的地方转来转去，泡在单细胞生物的汤里。这个现象是有原因的：生物变复杂的时候，被一个难题卡住了，这个难题就是基因的复制不靠谱。

　　基因你一定不陌生，我再来简单解释一下：基因，其实是一套用分子编写的指令，组成这个指令的是一种叫碱基的结构，不同的碱基就像不同的字母，这些字母必须按一定顺序排列，才能保证指令的正确。

　　但是，这套指令有个问题，就是总要复制。生物的细胞要增殖，从一个变成两个，细胞里携带的基因也得一式两份，各取一份。因此，细胞里的基因必须不断复制自己。现在你身体里的一些细胞就在分裂，基因也在复制。可以说，自打有细胞生物，基因的复制就没停下来过。

　　既然复制这件事每天都在发生，它应该不是什么大事儿，生物体都能应付吧？你可能想不到了，其实，基因复制特别容易出问题。你可以把基因复制，想象成一个不太靠谱的抄写工，这个抄写工的任务，就是在不停地抄书。

　　而且，他在抄写的过程中，总会出不少的错误。有的时候是落下几个字，比如，把“高尔基传”给写成了“高尔基”。有的时候是抄多了，“高尔基传”就成了“高尔基传传传”。这个抄写工，不会望文生义，自由发挥，但是经常多抄一点，少抄一点。科学家检查了不同生物的基因组，发现里边都有好多抄错留下的痕迹。

　　有的生物比较幸运，抄写的错误，没有严重影响基因的功能。这种情况下，生物体就带着一套满是错字的基因，还能正常的繁殖。

　　但是，还有些生物，运气就没那么好了。有时候，一个小错误就是致命的。有的错误会让生物得遗传病，有的错误更厉害，遇到了，生物连顺利出生都做不到。

　　这个问题，对于我们这些复杂生物来说，更加严重。因为复杂生物的基因太多，多了，就更容易出错。科学家统计过，一个细菌平均下来大约有2500个基因。复杂的生物就不一样了，要维持复杂的生命，需要的指令也多。比如咱们人类，基因是两万多个。

　　你可别小看这十倍的差距。刚才我们说了，基因复制好比抄书，免不了出错。如果抄写的只是几篇中学生作文，篇幅有限，再错也错不到哪儿去，有些小错可能还不影响理解。可如果他抄的是整套《大英百科全书》，那不得了，这儿错一点，那儿错一点，有些严重的错误让你书都看不明白。更何况，基因复制实在太频繁了，一遍一遍地抄写，小错也会堆积成大错。这种错误积累起来，就可能造成致命的后果。

　　在生命历史早期，地球上只有简单的生物，有些生物变复杂，基因也增多了，但是稍微复杂一点，就会被基因复制这个不靠谱的抄写工拖住后腿。抄写工的问题不解决，地球上就不会有复杂的生物了。怎么办呢？生物必须有纠错的办法。

　　请你想一想，如果你是这个马虎抄写工的领导，你会怎么处理？既然不信任抄写工，最好的办法，就是给他配一个编辑团队。生命演化真的打造了一套编辑团队，只不过组成这个团队的不是人，而是各种细胞内的分子。

　　团队中的第一类分子负责的是基因的健康。就像是一个尽职尽责的图书管理员，自己虽然不怎么关心书里的内容，但是非常关心书是不是正确的摆放在书架上。这些分子能够帮助修复DNA，一旦发现DNA分子出现了破损，立刻就动手修理。甚至DNA出现了断裂，也可以重新接上。

　　第二类分子负责的是编辑和校对工作。DNA复制的时候，会用自己当作模板，解开自己的双螺旋，用其中一条单链复制一条互补的单链，再次组成双链。因为复制要依靠模板，这办法尽可能保证复制的DNA不出差错。

　　第三类分子负责巡逻和守卫工作。负责找出基因中的那些严重错误。具体来说，许多生物体内都有一套机制，会发现那些基因严重错误的细胞，识别它们，逼迫它们停止复制，尽快自杀。听起来挺吓人吧？科学家发现，这套机制对于人类至关重要。比如，一旦有基因出错了，一些细胞就会放下手头的工作，不受控制地不断复制自己，这种细胞就是癌细胞。而我们人体自带抑制癌症的基因，一旦发现哪个细胞叛变成癌细胞了，就会启动，让这个细胞赶紧自杀。这套机制，是生物体自发抑制癌细胞的原因之一。

　　生物身上自带有这么多道保险，都是为了处理基因复制中的错误，多种方法一起保驾护航，生物才能放心地带着许多基因生存。但是这些保险力度够不够呢？

　　生物的基因要是不多，这些保险就够了，细菌之类的生物，有的有这些保险，有的这几道保险都不全，照样顺顺当当地生存了亿万年。但是如果基因足够多，连这几道保险，都保不住万无一失。要消除基因错误的危险，生物体还准备了两个大招。

　　第一个大招，就是有性生殖。地球上的生物有雌雄两性，构成了丰富多彩的生物世界，这和基因的错误有很大关系。为什么有性生殖能处理基因错误呢？这是因为，既然每个生物身上的基因都有这样那样的错误，而且错误还会积累，有个好办法，就是让两只生物，一雌一雄交换基因。这样一来，后代拿到的基因错误就少了。

　　科学家打了这样一个比方，如果你有两辆汽车，一辆坏了油门，一辆坏了刹车，一时半会没法修理，你会怎么做呢？你很可能会把其中一辆的好零件拆下来，换到坏掉的车上。这样，虽然有一辆车就彻底报废了，但是起码可以得到一辆完好的汽车。有性生殖就好像是这个图省事儿的修理工，总能拼好一些能开的汽车。

　　但是等等，你仔细想想，这是不是说有些汽车就只剩下坏零件了。有这个可能，一个后代运气不好，拿到的都是坏零件，这种情况在自然界也会发生。这个倒霉的后代，就成了大自然手头的替罪羊。就是人家把好的油门和刹车组合在了一起，而替罪羊却把坏的油门和刹车揽到了自己身上。这一类替罪羊生物无法健康长大、留下后代，不过没关系，有性生殖已经完成了任务，留下了其他健康的后代。

　　正是因为有性生殖可以用这种方法避开错误基因，小到真核生物酵母菌，大到人类和各种哺乳动物，这些复杂生物都具备有性生殖的能力。而且，越是复杂的生物，有性生殖就越重要。一些单细胞的复杂生物还能靠无性生殖和有性生殖交替，可各种脊椎动物，几乎不会进行无性生殖。这就是因为生物太复杂了，基因太多，要靠拼装好车的办法解决基因的错误。

　　还有一些复杂生物基因出了问题，偶然变回了无性生殖，下一代克隆了上一代，比如几种鲨鱼和蜥蜴就有这个本领。不过，咱们也千万别羡慕它们不用谈恋爱就能繁殖的本领。生物学家认为，这些生物只是演化历史上出现的小错误，经过一代代的繁殖，它们的基因就会积累大量错误，终于有一天，这些错误达到了要命的地步，这种生物也就会灭绝。在最复杂的生物这里，有性生殖才是主流，那是因为纯靠无性生殖，生物挺不过去基因错误累积这一关。

　　想不到吧，生物发展出两种性别，居然可以消除掉基因的错误。靠着这个大招，生物能承载更多基因了，也就更复杂了。可是，还有一类基因，叫做自私的基因，它们在生物身体里搞破坏，生物还要有个大招对付它们。

　　“自私的基因”这个词，是生物学家理查德·道金斯提出来的，他认为，越是能够让自己复制的基因，越有优势，可以传递下去。有时候，这种基因为了复制，甚至会和生物体自己的生存利益产生冲突。

　　举个例子，一些蜘蛛在交配的时候，雌性会吃掉雄性。这个时候矛盾就产生了，从雄性蜘蛛的角度说，保住小命才是利益所在。但是从它基因的角度来看，还是交配产生后代更重要。这场博弈里，肯定是基因占了上风，驱使雄蜘蛛牺牲生命去交配。当然，也许有一些惜命的蜘蛛，但是它们的这种惜命基因却很难传递给后代。

　　在蜘蛛的例子里，蜘蛛个体虽然牺牲了生命，但是保证了基因的传递。可是还有一些基因可就没那么乖巧了，它们特别自私，为了传递自己，甚至会影响生物的繁殖。科学家发现了一种杀手基因，就是最自私的一类基因。

　　有性生殖的生物有来自父母双方的基因，本来，这两份基因各自平等，在后代的细胞里组合在一起。但是，杀手基因却想作弊，它们会攻击其他基因，把它们从DNA上拿下来，换上自己的拷贝。

　　如果把基因看成一副扑克牌，正常的基因应该有从妈妈这里得到的红桃K，也有从爸爸那里得到的黑桃K。但是，如果黑桃K是个杀手基因，它就会把红桃K弄坏，自己替换上去。这种自私行为和蜘蛛基因的例子不一样，杀手基因黑桃K很可能直接损害细胞。我想提醒一下，这不是说杀手基因有了自己的意识，心理扭曲，它只不过是一个分子，复制能力太强，不光自己复制，还开始把别的基因赶走了，你可以把它看成一种特殊的基因错误。

　　为了防止这种错误发生，细胞的大招是洗牌。这种自私的基因出手的时候，往往是攻击和自己对等的基因。比如黑桃K总想替换掉红桃K。可是，细胞会把爸爸和妈妈的基因混淆一次，来一个重新洗牌。这个时候，自私的基因就会找不着北了，它们自己的染色体和想攻击的染色体上都是既有红桃，又有黑桃。杀手基因为了防止误伤自己，就会抑制下来。生物通过这种最让人意想不到的方式，处理了自私的基因造成的错误。

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　　参考资源：得到听书·《孟德尔妖》

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