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面对人类基因组，我们既是客体，也是主体，这种两重性将深刻影响人类自身。伴随着人类和其他一些生物种属(如模式生物等)基因组测序和作图的初步完成，以功能基因组为中心的探索已经大规模展开。结构和功能基因组学概念的提出，促使人们在全基因组的框架下，以全新的视角研究、认识和理解基因与基因组的生物学涵义及人类学的尊严。其中，人类基因组测序被称为这个时代最具突破性的科学事件。
人类基因组——我们自己的基因组
“人类基因组”有别于其他生物种属基因组的独特之处是，它是我们自己的遗传组成，是我们自己的基因组。长期以来，人们渴望认识它、破解它、掌握它，进而运用它。在现代，科学的追求不仅是出于对事物的敬畏或好奇，也是为了获得对事物进行控制的力量。这种将知识与力量交织在一起的心态已然能够桎梏人类自身。“人类基因组”作为我们自身的遗传物质与遗传信息资源库，人们理所当然地会倍加珍惜。如果我们以全人类的愿望和利益为出发点来研究和维护我们自己的遗传资源，而不是相反，我们就能在理性的思索中赢得智慧和力量，去实现对我们自己的基因组的保护和利用。
在20世纪，继“曼哈顿原子弹计划”和“阿波罗登月计划”之后，一项人类认识自身并称之为“人类知识库”的伟大行动——“人类基因组计划”(Human Genome Project， HGP)，自1990年正式启动以来，通过全球科学家的共同努力，取得了意想不到的进展。
令人欣喜的是，在2000年6月完成了人类基因组序列的框架图之后，2003年4月由美、英、日、德、法、中6个国家政府首脑正式宣布，人类基因组序列图测定完成(其任何一个碱基的准确率达到99.99％，也就是说每10000个碱基最多不能有超过一个的错误)。至此，从1990年起步的人类基因组计划的核心部分——基因组测序画上了一个圆满的句号。人类基因组序列图测定的完成，是“有史以来，我们第一次能够阅读人类自身的一套完整的指令；是人类渴望了解自身及周围世界取得的自我认识的又一高峰，而且也是一项令人震惊的技术成就”[C·丹尼斯、R·加拉格尔2003]。
高质量的人类基因组“完成”序列，以及2001年2月发表在《自然》杂志的科学论文[IHGSC 2001]，是全世界数以千计的科学工作者努力十多年的结果。笔者在反复阅读这些文献和报告之后，不得不对这一具有里程碑意义的伟大成果和从事这项研究的科学家们油然起敬，敬佩他们的诚实、创造力、奉献精神和负责任的科学态度。
目前，人类基因组研究已开始从结构基因组学向功能基因组学转变。新基因和新基因组DNA序列的测定和结构与功能基因的研究，基因突变检测、医疗诊断和基因治疗，基因组信息学和数据库分析与预测软件的研制与开发，基因克隆以及各种与基因组有关的新方法和新技术，都汇集到针对“基因与基因组”研究的科学行动之中。
当我们期盼HGP研究给人类带来福音时，也尤为关注“基因和基因组”研究所产生的负面效应，其中伴随这项研究所涉及的人文关怀，以及伦理、法律和社会问题，一直是科学界、法学界和伦理学界争论的热点。
基因和基因组研究中亟待解决的几个问题
“我们对人类基因组知道的愈多，我们需要探索的领域也就愈多”[C·丹尼斯、R·加拉格尔2003]。我们对人类基因组确实知道了不少。2000年，国际人类基因组计划“第一期工程”召开了庆功会；2003年4月，人类基因组序列图测定完成的消息再次成为轰动的新闻；几乎就在同时，生物学界又庆祝了DNA双螺旋结构发现50周年。但是，更进一步，对于细胞中DNA分子到底是怎样的，我们仍不知道；虽然人类基因组序列图非常有用，但绝非完美。它可以告诉我们许多东西，但它不可能告诉我们一切。序列也不是一切。而且，我们也仅仅只是读懂了3·10[9]个核苷酸构成的DNA漫长序列中的很小一部分。亦即是说，人们距离深刻认识或读懂它尚有很长的甚至十分艰难的路要走。笔者认为，在当前，理性地思考和审视以下几个有关基因组学问题，是必要的。
1 基因定义的“模糊性”[Attwood 2000]
自100多年来，基因的定义在不断发展，也在不断地受到挑战。其中，存在着许多不同的解释，因人而异的现象依旧存在。甚至有的观点认为，“基因”这一术语并无必要。
迄今为止，有关“基因”的定义仍旧是不全面和不完整的，是模糊的。一些定义强调了作为功能单位的基因，而忽视了从基因结构(寻找隐藏在不同结构部分的内在统计规律)特征定义基因。由于“结构”概念的不同，同时又造成了结构注释的复杂化，同样，由于“功能”概念的不同，也造成了功能注释的复杂化，其中不乏推测和想象，甚至出现炒作基因概念的情形。事实上，给基因下个确切的定义是困难的。譬如，是否为蛋白质编码并通过mRNA而合成蛋白质的一段DNA序列，就是一个基因？或者是否一个可遗传的单位(基因)就对应一个可观察的表型呢？或者它就是编码RNA的DNA，那么它必须得到翻译吗？如果基因是遗传信息的结构与功能单位，那么没有得到表达还算是基因吗？总之，对基因的定义而言，人们很难确定地讲：什么是正确的，什么是错误的。
要准确定义基因是困难的，要鉴定一个基因同样也是十分困难的。首先，既没有一个普适的标准(因为任何规则都有例外)，当然也就没有唯一的标准。加之术语的定义和使用的随意性(这在当今生物科学中尤为突出)，更增加了定义基因和鉴定基因的困难。
作者认为，要鉴定一个基因首先是实验的。基因组序列的测定是基础，而生物化学、细胞学、生理学和遗传学实验验证则是核心，如何建立和运用由体外→体内的表达检测系统则是关键。生物信息学的兴起和迅猛发展，给基因的鉴定提供了前所未有的条件和手段。
面对“基因”定义问题，若要回避看来是不可能的，而正确的定义又遥遥无期。在此两难的境地，根据我们初步的研究实践，先将基因的定义问题“搁置”起来，直接去破解基因组，也许是一条不错的途径。
2 基因计数的“不确定性”[Attwood 2000]
在一定意义上，可以说基因定义的“模糊性”导致了对基因组中基因计数的不确定性。
回顾10年前的情景，那时多数研究工作者预言：我们人类的细胞中存在的基因数约为10万个。但是，到2000年两个集团(国际人类基因组测序协作组和Celera公司)应用不同的DNA序列筛选方法，只发现了2.7万至4万个人类基因。其间也有文献称人类基因大约有8万个；另有一些人称，人类基因组的基因数目介于3.5万个至15万个，等等[She XW et al 2004]。
人类基因组序列图的测定发现，由测序结果估计的基因数要比人们所想象的基因数少很多。然而，最重要的不是有多少基因，而是那些真正起作用的基因。我们知道，人类复杂性的奥秘并不在于基因的数量，但另一方面，我们又必须清楚地意识到随着X万个基因的表达而出现的复杂性。再者，有关基因计数的单位，人类基因组测序图公布的基因数是以个为单位，但也有以种和(或)条为单位的。无疑，“种”的含义包含了“个”。但由于基因定义的模糊性，迄今，关于一“个”基因或一“种”基因的界限并不十分清楚，这些在一定程度上也混淆了种与个的概念。
我们也可以说基因结构的多样性和复杂性导致了基因计数的不确定性。一些奇异的遗传性质也使基因计数复杂化。基因预测方法脆弱性的最适合的证据，也许是人类基因组中基因数目的不确定性。
由于基因定义的模糊性阻碍了基因计数的精确化——这已成为现实。但是，正如以上的讨论，我们其实可以暂时搁置对基因的“准确”定义，进而回避基因计数的不确定性问题。重要的还是如何去“精确地”阐释每个物种的全基因组，以及基因组间的对比分析。这样做，既有必要，又具有现实的可行性。
由于术语上的不准确，我们对许多所取得成就的认识也变得扑朔迷离。在强调“基因、蛋白质、RNA结构和功能的时候，精确地定义和寻求统一我们的术语，并对我们的成绩持理性的乐观和诚实的态度是有益的。
3 基因和基因组的“多态性和复杂性”
人类基因组序列图的测定完成，对基因和基因组的“多态性和复杂性”研究产生的和将要产生的影响，除前面所述外，还体现在：它形象地表示出基因在染色体上的线性排列，从而成为研究基因组多样性和复杂性的重要手段。但是，我们面对的“基因和基因组”结构在活细胞里是动态的、三维的，其功能则是在细胞及其以上层次通过非线性相互作用，通过系统的调节与控制表现出来的。它相对于“理想的”、静态的一维线性结构来，既复杂又难办。静态这个词，正在从描述活细胞的生物学过程的“词汇”里消失。DNA是一种以动态三维形式出现的迷人的生命，而远非只是简单的密码串[Pearson 2003]。对于作为遗传物质和遗传信息资源库的基因组，我们阐释和控制它的基础和充要条件，是揭示它特殊的动态三维结构及其空间编码的遗传信息流[刘次全 2005]。然而，正是在这点上生物界认识不足的矛盾仍旧比较突出，致使不少生物学家感到迷惑，甚至无从入手。
另一方面，相关的研究已取得一些重要进步。例如有研究表明，没有两个人的基因组是完全相同的，也没有一个人拥有一套尽善尽美的基因。我们每个人均由相互作用的基因组成，这些基因的代偿作用赋予我们个体以特定的形式与功能。而且，人与人的差别还在于有千分之一左右的核苷酸不同，正是这些所谓的多态性使每个人区别于另一个人。比如说，在染色体的某个部位，一个人的DNA碱基序列可能读作AAGCTT，而另一人的碱基序列可能读作AAGTTT，这种多态性也广泛散布于整个基因组。事实上，人类基因组计划测定的是人类基因组的“共性”方面。可以认为，它基本覆盖了人类基因组的共同结构特征，而不同的人的基因组与这一“共同的基因组”间存在差别。人与人之间存在约1‰的核苷酸差别，在基因组全系列上就是大约有300万个核苷酸的不同。如果这300万个核苷酸相对集中地分布于基因组的某些区域(而不是随机地分散于整个基因组)，那么，不同的人之间其基因组的多态性将更加复杂。
Celera公司曾对5个人的基因组序列进行测定，他们分别是西班牙裔、亚裔、高加索裔和非洲裔美国人(3个女人和2个男人)。结果表明，在5个人的基因组中没有办法能对一个人与另一个人进行种族划分。温特(J.Craig Venter)指出“我们这样取样是出于对美国人种族多样性的尊重，是为了有助于说明种族的概念并没有任何遗传学或者说科学上的根据”[饶新华 2000]。
基因结构在具有多样性和复杂性的同时，也具有某种普适性。后者正是我们破解遗传、发育和进化，揭示基因组物质结构和信息结构复杂性之基础。也正是我们鉴定或预测基因这一特殊结构单元和信息编码单元之前提。
4 细胞层次上的“基因和基因组”
国际人类基因组研究已提出了“新基因组学”的概念，强调的是生物学的整体观。基因不再被认为是一个孤立的单位，而是整体细胞内的若干个网络(即生化通路或机制)的成员。因此有可能像元素周期表那样，将基因予以归纳和整理，揭示其功能以及调控的内在规律和相互联系。若将基因比作“元素”，则主要的等位基因类型可视为“同位素”，不同个体因而可能由于基因网络的变异而产生生物学性状(包括对疾病的易感性)的差异。
在生命系统中，基因是组成基因网络的基本单元。基因网络系统通过形成特异的结构蛋白质和信息蛋白质，以此调节与控制细胞分裂、分化和功能活动，实现对新陈代谢的调控。后代繁衍与遗传变异，胚胎发育和个体成长，疾病发生与免疫调节，甚至学习记忆与认知活动，所有这些都离不开细胞环境中基因网络的调节作用。由此可见，单个基因难于甚至不可能单独发挥作用。
无数的事实说明，人类机体的每一生理过程均基于多个基因。同样，动物和人类的行为也必然与多个基因相联系，以至我们在研究和判定某个基因的作用时，往往难以作出明确的判断，因为在特定的生理过程中存在着基因与基因、基因与环境的非线性相互作用。在非线性的、复杂的生物系统中，所谓基因或基因组功能，必定是在这样的系统(或所有生命形式的基本单位——细胞)的条件下，通过调节与控制以及分子间(包括基因间)的非线性相互作用体现的。因此，当我们去了解基因的功能时，在逻辑上绝不能把任何单个基因看作孤立的、彼此隔离而毫无关系的“个体”。必须把基因(包括基因的定义和基因的计数)放在“基因群”或“基因组”的背景下，在细胞层次上通过基因与基因的相互作用来揭示其功能的深刻内涵，进而再去探讨基因的定义，建立基因计数的可行方法。
我们知道，细胞是所有生命形式的基本单位，细胞层次是生命系统网络组织层次结构中位于分子层次之上的最基本的生命层次。不言而喻，在认识论和方法学上将“基因和基因组”的研究定位在细胞层次是必然的，因为在细胞以下的层次——亚细胞及分子层次，虽然我们能够做到观察、分析和“操纵”所谓的“生物超分子聚合物”(如染色体、核糖体、线粒体等等)、生物多聚体、生物高分子，甚至单个分子、小分子和离子，但在严格的意义上，这些“生物分子”一旦离开了活的细胞，就不再具有真正意义上的生物学功能[刘次全 1993 & 1997]。因此，无论人们怎样精细、高明，也无论运用何等先进的设备和技术于分子及分子间的“事件”，我们得到的信息和知识，充其量也只是在离体情形下的“一孔之见”。即使我们了解了分子，认识了细胞器和细胞，我们还必须提示自己去关注分子生物学和细胞生物学之间的“中间生物学”[Ball 2003；刘次全 1990 & 1993]，关注那些发生在层次与层次、亚层次与层次之间的事件。
理性地面对“基因和基因组”
虽然“基因”、“基因组”已经成为20世纪以来遗传学中的关键词，但是正如前面所述，在生物学中如何科学地定义和准确鉴定一个完整基因的问题尚未完全解决。伴随着HGP不断取得突破性进展，新闻媒体的渲染，以及日益激烈的基因争夺，使得获取基因具有极大的诱惑力。在这样的情形下，少数实验室甚至个人不时宣称已经拿到多少多少个基因。在此，笔者无意去评论这些报道和宣传的可信度。但是，一些人在利益的驱使下凭借着他们对基因及基因克隆、基因分离与鉴定、基因检查、基因改造以及基因治疗等的想象和一知半解，又不亲自动手去做研究，导出了许多既不符合科学原则又不符合情理的结论。这在实际上既践踏了科学的神圣性，又助长了人们对基因的迷信[刘次全 2000]。另一方面，鉴于新基因的巨大商业利润，基因和基因组研究的诸多环节都已商业化，而商业化又加速了新基因和遗传资源的争夺。于是，如何保护和合理使用有限的基因资源，就成为科学界、伦理和法学界的重要课题。
面对“基因和基因组”研究中亟待解决的问题，本文已在前面作了简述。然而，事实上我们仅仅粗略地讨论了其中的4个问题，而且仍旧未能作出结论。鉴于多数生物学研究都起始于描述性的科学，生物系统丰富的多样性、复杂性、不确定性和缺乏唯一性等等，使得生物学可能陷入被各种现象的叙述所淹没而迷失统一的原理的危险，有的甚至连普遍规律都认为并不存在，有的言必称实验。事实上，即便是分子生物学，其实验事实相互矛盾和捉摸不定的现象并非罕见。由此而作出的结论也可能是似是而非、不乏想象成分的，这就需要接受理性的审视。而那些看似复杂多样的生物学过程的背后，可能正是简单的生物学原理在起作用。总之，如何将严谨的物理学理论、化学的结构和反应原理、数学的推理和描述、计算数学的验算以及强有力的实验技术用于“基因和基因组”的研究，已势在必行。
对于各种各样的研究成果和研究报导，不假思索地接受或似是而非的理解，已经到了该作出理性反省的时候了。