DNA 如何转化为看得见的性状——从遗传信息的结构,到身体形态的形成。
DNA 是一架扭转的梯子,由碱基对构成——腺嘌呤永远与胸腺嘧啶配对,鸟嘌呤永远与胞嘧啶配对。仅仅四种字母的线性排列,就储存着一个生命体的全部构造蓝图:三十亿个碱基对,盘绕在每一个细胞核中。
格雷戈尔·孟德尔通过豌豆实验发现了遗传的基本规律:性状由等位基因决定,每个个体携带两个等位基因。若其中一个是显性,该性状便会显现出来;隐性基因则隐而不显,但仍会被传递下去,并可能在下一代中重新出现。
DNA 首先被转录成信使 RNA(转录)。它离开细胞核,在核糖体上被翻译成蛋白质链(翻译)。这条路径——DNA → mRNA → 蛋白质——就是分子生物学的中心法则,适用于所有已知的生命体。
蛋白质是基因的执行分子。作为结构蛋白(角蛋白),它们构成毛发和指甲;作为色素(黑色素),它们决定皮肤和毛发的颜色;作为酶,它们调控新陈代谢。一个基因的作用效果,取决于它编码哪种蛋白质,以及这种蛋白质在何处发挥作用。
人体每个细胞都携带相同的 DNA——但皮肤细胞制造的蛋白质却与神经细胞不同。转录因子会结合到基因上游的特定 DNA 序列,将其开启或关闭。正是这种精细调控,使一个细胞得以分化出上百种不同的细胞类型。
在 DNA 序列之上,还叠加着第二层信息:CpG 位点上的甲基基团和组蛋白的修饰能够关闭基因,却不改变其字母编码。这些标记会受到环境和经历的影响而改变——其中一部分甚至可以遗传下去。
一个受精卵是如何发育成拥有头部、躯干和四肢的完整身体的?Hox 基因沿着身体轴线,决定每个体节将发育成什么结构。它们是如此基础,以至于同样的基因在果蝇、小鼠和人类身上都存在——并且始终执行着相同的任务。