基因科技的二重性及其社会意义，本文主要内容关键词为：基因论文,性及论文,意义论文,社会论文,科技论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：N031 文献标识码：A
基因科技是指当代基因科学理论以及在此基础之上的基因工程技术的总称。1997年克隆的多利羊在英国罗斯林研究所诞生，2000年人类基因组草图被美、中等六国同时宣布完成，基因科技正以空前未有的强大力量震撼着全人类，致使新的基因决定论再次兴盛。本文试图阐明，基因科技整体上具有线性与非线性的二重性，是线性科学与非线性科学的一种中介。以这种二重性为出发点，进一步论述基因科技揭示的生命机制中基因呈现的遗传与变异的二重性、对于性状确定与不确定的二重性、生命网络系统的简单与复杂的二重性，并对基因科技二重性的社会意义进行了一定探讨。
1 基因科技整体上线性与非线性的二重性本质
综观自然科学诞生以来的发展历程，四百多年来，自然科技的特点是以机械性、分析方法和还原论为主线的。依照这种科学原理，物质的内因与其性状是一一对应的线性关系。今天，科学研究视野已扩展到复杂系统，揭示出大量的一因多果或一果多因的非线性关系。人们把类似以往揭示线性关系的科学称为线性科学，而把当今出现的揭示非线性关系的科学叫做非线性科学。
线性科学的核心范畴之一是原子观念。较早确立的科学观念中，无机界有道尔顿的原子论，有机界有施莱登和施旺的细胞学说。基因科技中的基因(gene)概念就来源于这种粒子性的原子观念[1]。科学的基因概念是奥地利生物学家和遗传学奠基人孟德尔于1865年建立的。他通过豌豆杂交试验，总结了粒子遗传传递的规律，提出了著名的遗传因子的分离规律和自由组合规律。他提出的“遗传因子”，后来被丹麦遗传学家约翰逊在1909年提出的“基因”一词所代替。孟德尔的遗传规律表明，生物的每一个性状，可以用遗传因子的基本单元来分析，而且，从亲代到子代也是由颗粒性遗传因子传递的，以致N.玛格纳把孟德尔的遗传因子与拉瓦锡的化学元素相类比。因此，基因概念一开始就有机械粒子性，并且是逻辑分析的产物。完善的传统基因理论由摩尔根等人建立，他们在果蝇研究中确认各个基因是以一定的线性次序排列在染色体上。现代分子遗传学的研究表明，基因是具有特定核苷酸顺序的核酸（多为DNA即脱氧核糖核酸）分子中的一个片段，是储存特定遗传信息的功能单位。
分子生物学对基因和物质代谢关系的研究表明，基因与性状发育的关系是，首先是基因决定有关的酶（一类蛋白质），酶决定代谢作用，由此决定相关的性状。比德尔因此提出了“一个基因一个酶”的理论，表明一种典型的线性关系。沃森和克里克1953年建立了基因的链——DNA的双螺旋结构，并于1958年确立DNA→RNA→蛋白质的分子生物学的遗传信息传递的“中心法则”。至此在整个生物界将结构、功能、信息有机地统一起来，奠定了机械还原论方法建造生物机体的基础。分子基因理论的建立，标志线性的机械还原论科学达到了一个顶峰。通过分析方法对生命体化学组成（主要是蛋白质及核苷酸等）、结构及功能的认识可以还原制造出包括人自身在内的各种生物体，人及各种生命就不再神秘了。“生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分的不断的自我更新。”恩格斯曾预言生命必定通过某种化学途径而创造出来：“如果化学有一天能够用人工方法制造蛋白质，那么这样的蛋白质就一定会显示出生命现象，即使这种生命现象可能还很微弱。”[2]这一预言如今正被基因工程充分体现，这是线性科技迄今为止取得的最大成功。
然而，生命有机体是线性自然科学所涉及的最复杂的系统之一。基因科技到目前为止在线性意义上取得的成就是显著的，而在揭示生命体非线性关系上却相当薄弱。
其实，基因科技已经在一定意义上展示出其非线性特征。首先，基因科技的对象是非线性的生命有机体系统。生命体的特点是具有自我更新、自我复制、自我调节生命力特点，有自己一套独特的反馈机制和自组织性。第二，基因科技在成功地实现有机体的线性合成时，也暴露出非线性问题。例如人们已能按基因工程合成某些具有生命力的蛋白质，但“是否能同时为这种蛋白质发现适合的食物，这还是一个问题”[3]。第三，基因组成的DNA大分子结构与特性，既具有一级结构的线性特点，又充分展示了二级、三级等多种不同的空间结构及功能，决定生命体各种各样的性状时，体现出非线性特点。随着基因科技的发展，将体现更多的非线性本质。例如，现已发现RNA的逆转录和跳跃基因等现象。
总体来说，基因科技本质上具有线性与非线性二重性。目前，它处于线性科技一个极点，也是非线性科技的一种开端，是线性科技通向非线性科技的一种中介桥梁。
2 基因科技所揭示生命机制中基因自身呈现的二重性
基因科技的二重性，不仅体现在基因科技整体上线性与非线性二重性的本质特征，它还充分表现在基因科技揭示的基因自身呈现的二重性，而且，这两种二重性有一定的内在联系。
(1)基因呈现遗传与变异二重性
一般认为，作为储存特定遗传信息功能单位的基因，具有三个基本特征：①在控制遗传性状发育上是作用单位；②在产生变异上是突变单位；③在杂交遗传上是重组或交换单位。基因在生物的繁殖、发育及代谢过程中呈现出显著的遗传与变异的二重性。遗传与变异二重性是基因科技线性与非线性二重性本质的集中体现。
基因科技揭示的遗传与变异的二重性，从基因的结构及其紧密相关的生物性状两方面均得以展开。
基因是脱氧核糖核酸(DNA)分子上一个个片段。DNA分子由大量核苷酸组成，核苷酸又由脱氧核糖、磷酸和四种碱基（嘌呤或嘧啶）组成。依照沃森、克里克的DNA分子结构的模型，DNA分子是由两条多核苷酸链盘成的螺旋型结构。两链之间每对碱基结合成碱基对，碱基配对规律通常是A-T、G-C（A、T、G、C分别代表四种碱基）。碱基配对具有专一性，因而，只要确定一条链的碱基顺序，另一条链的碱基顺序也就确定下来。基因的结构等信息都是由DNA链上碱基顺序所决定的。生物体代际更替就是DNA的更替过程。根据Delbruck和Stent的半保留复制机制、DNA复制时双链解开，分别按碱基配对律各自结合成一条新的互补链，使新的DNA与原DNA结构相同，基因的结构信息就以遗传密码形式被遗传下来。
实际上，DNA复制过程中碱基配对原则并不是严格地被体现。碱基对常出现一些错位、空缺等情况，这就是与基因结构遗传过程相伴的突变。同时，基因的突变还常发生在DNA损伤修复、癌变和衰老等过程中。因此基因在结构上又具有变异性。
根据基因信息传递中的中心法则，基因控制着酶等蛋白质的合成，生物遗传性状的表现是通过核酸和蛋白质之间的复杂关系而实现的。由于基因具有结构上遗传与变异的二重性，由基因控制的生物性状也必然具有遗传与变异的二重性。遗传学的研究充分表明，生物性状的遗传性是基本稳定的，但变异现象经常发生，而且时空伸展越宽，这种变异性就越显明。
(2)基因对于性状确定与不确定的二重性
基因对于生物性状决定关系的确定性，已由上述DNA半保留复制及遗传信息传递的中心法则等得以阐明。但是，基因对于性状的这种决定关系又不是绝对的，在一定意义上具有不确定性。
基因对于性状的不确定性缘于生物系统的复杂性及非线性。基因在DNA分子一级结构层次上其线性较强，而在DNA的二级或三级等高级层次上则非线性较强。DNA处于不同的高层次空间结构，生物外在的性状表现就有不同的差异。生物的性状从总体上讲，是由基因及其不同层次的结构状态与它们的相应环境相互作用而体现的。极端地强调基因对性状决定作用的基因决定论或基因本质主义是非常片面的。
人是最复杂的、具有社会性的高等生物体，其品性主要取决于其发生的社会综合作用的结果。因为若干万年来，人类基因组基本变化不大，而人类品质和能力却发生了一次次巨大飞跃。著名遗传学家霍尔丹在《人类遗传学知识合理的社会应用》一文中批判了“品质的好坏都是遗传”的观点。如果某种“性状取决于三个非隐性基因和两个非同寻常的隐性基因，那么从生物学观点来看，一个‘伟大人物’的儿子能继承其父辈‘伟大’品质的概率……可能是万分之一”[4]。他还讲道：“一个杰出的男人或女人，要比随机取样一般水平的人，更可能生育具有与他自己相类似才能的孩子，这是事实。不过其概率也是很小的。”[5]即使“在一个人细胞核里，有的生产蛋白质的基因不能发挥其某种正常功能了，也未必会给这个人带来什么妨碍和不利”[6]。
基因对于性状的不确定性还体现在干预基因的多种效应。由于基因可能有尚未被认识的多种效应，增强某一性状而进行的基因操作，就有可能同时增强或减弱另一性状。同时，由于许多性状，如身高、肌肉力量或智能是许多基因与环境因素相互作用所致，因此试图仅凭改变基因来增强某一性状，是无效和徙劳的。
基因工程技术的不完善工艺操作也会带来性状控制的不确定性。目前的技术不能保证将基因引入生殖细胞对后来不造成伤害并且有效。为了使基因有效地进入细胞内，基因常与腺病毒或逆转录病毒整合在一起，而病毒对生物体性状表达的副作用还难以预料和控制，这也会带来基因操作效果的不确定性。
(3)生命网络系统具有简单与复杂的二重性
所谓生命网络，是指生物系统中各种生物大分子组合、形态、功能上各层次系统之间相互关联的结构形式，它是生命体系统及其各层子系统与相关环境之间进行物质、能量、信息转换的渠道，使生命运动呈现组织性、确定性、协调性的功能。生命网络主要有三个层次[7]：一是分子基因网络，依靠细胞核中的DNA分子的特定结构与编码，以及程序性地表达生命指令，决定生命体系统的发育、生长和各种功能，是生命体各层次活动的核心网络。二是细胞代谢网络，它完成生命物质的合成、分解、转化、利用、排泄等复杂的化学反应过程。三是细胞信息传递网络，它是通过化学信息分子调节细胞代谢、生长、繁殖及刺激反应等而承担细胞间通讯和信息交流作用的网络。这三种网络之中或之间，又有众多次级或并行网络，它们相互联系、相互影响、共同执行生命活动的信息功能。
在生命网络系统中，分子基因网络是最根本的、最深层次的网络，其网络系统作用关系既有简单性又有复杂性。这里，我们以分子基因网络为核心，从两个方面阐述一下生命网络系统简单与复杂的二重性。
首先，分子基因网络在作用机制上具有程序控制的简单性，又有自组织的复杂性。发育生物学家的研究表明，胚胎发育过程是亲代遗传物质在受精卵染色体中基因选择与程序表达，几乎所有的新生细胞都接受了完整的基因组信息，最初的胚胎细胞具有基因组细胞的等价性，即每一细胞与其他的细胞均有相同的基因组，并且有发育任何类型细胞的潜能。这种基因信息程序性等值表达，是一种线性的简单关系，其机制是同源异质的个体发育基因主导整个基因组开关，使一部分细胞进入特定发育途径，通过调节有关基因而调节控制其他基因组的开启与关闭，使个体发育一定程度上按基因的预定命运进行规律性表达。但是，这种自调节机制也蕴含着一定意义的复杂性。更重要的是，整个分化发育的完成不仅仅是基因表达或基因网络作用的结果，而是三种层次生命网络为主的众多层次生命网络协同作用，并根据与环境变化相适应的需要，通过自我反馈机制来控制基因表达的。这种众多层次的自组织性突出了生命网络的复杂性。
其次，耦合反馈式回路生命网络结构，是简单性与复杂性的统一。网络结构是由节点和连接物组成的关联性结构。在分子基因网络中，DNA的一级结构是由脱氧核糖核苷酸通过3'、5'磷酸二酯键连接而成的高聚物，其节点是脱氧核糖核苷单磷酸，而连接物则为3'、5'磷酸二酯键；在DNA二级结构中，双螺旋上每个核苷酸的碱基作为节点，氢键作为碱基的连接物。细胞代谢网络及细胞信息传递网也分别有相应的节点和连接物。生命网络中的节点从化学构成看都是简单性的，但节点之间的连接是特异的，整体上是复杂性的。基因调控的程序（目的）性决定着按结构与功能的统一性连接着节点。信息在传输中受到的内外环境多变量因素的干扰通过耦合反馈式回路调整，即通过对生命物质化学组成的质与量、化学反应的速率及作用范围、信号分子配体与受体相互适应性选择等，实现生命网络中协同与优化的复杂性过程。
生命网络系统是简单与复杂二重性的统一。它的复杂性源于基因的属性、众多的网络层次联系及各层次环境选择等多种因素。生命网络复杂性的广泛深入研究，可能是未来复杂性科学发展的一个重要突破口。
3 基因科技二重性的社会意义
依据基因科技内在的二重性，我们可以进一步加深对基因科技社会意义的认识。它主要体现在三个方面，一是社会实践层面上，基因科技的应用具有可控性与不可控性的两面性；二是基因科技对于优生运动具有内在规范性；三是基因科技政策必然具备应有的张力。
当代基因科技原理是建立在现代实证科学的理性和方法之上的，其揭示的规律具有客观实证性，它在很大程度上能指导人们对生物体进行基因操作，并达到人们预期的实践效果，体现出应用上的可控性。这种可控性是线性科技已充分展示的社会实践功能，也是基因的遗传性和它对于形状的确定性等属性的必然展现。这种可控性实际也是科技工具理性的内在属性。人们可充分利用基因科技作工具在社会生活实践中为人类服务。例如，可利用基因工程改善动植物的性能，进行人类疾病的基因治疗，克隆濒危动植物以维护生态平衡等等。另一方面，在运用基因科技时，又要高度注重基因操作的不可控性，即基因操作中会出现人们难以预料和把握的结果。这种实践中的不可控性，是基因科技内在的非线性、复杂性、变异性、不确定性等属性所决定的。生物有机体的性状和功能是由基因和蛋白质等生命物质、生命网络结构、生态环境等要素共同作用的结果，而非仅仅由基因所决定。尤其要注意的是这种不可控性会给基因科技的应用带来极大的负面作用，因它常会出现人们没有预料和不期望的效应。例如，通过基因改良增强生物活力性状时，却带来其过度的功击性和侵略性；实施基因工程改善生态时，腺病毒等基因修饰物的释放，又会对生态系统带来难以估量的危害。
基因科技与优生运动有着极密切的关系。把握基因科技二重性对认识优生运动有着非常重要意义，它是规范优生思想及其运动的科技基础。
现代优生思想是伴随着达尔文进化论发展而来的。“优生学”（源于希腊文eugen'es，意指“出身高贵的”）这一概念是由达尔文的表弟弗·高尔登在19世纪60年代创造的。其核心思想是对婚姻实行控制和对“质量不高的”个体实行绝育[8]。从20世纪初始，优生学突破思想理论框框，形成了一场科学、社会和政治的运动。20世纪三四十年代，美国对成千上万的“不良分子”依法强行绝育，德国纳粹分子为培育雅利安“优秀人种”而屠杀数百万人，使优生运动达到一个极端。
客观地讲，优生学是一种从科学精神中产生、具有一定科学合理性的思想理论。现代基因学说和分子基因学的最新进展也表明，个体人的基因谱确有健全与不健全的区别，基因不健全者确能导致疾病、体质下降，甚至劣质遗传。因此，在一定意义上应当进行优生优育的实践。然而，优生理念及行动有其内在规范的尺度。实际上，个体优生理念原样推广到种群范围是不当的，更不能机械地扩展到意识形态乃至政治等领域。即使对个体而言，目前人类的科学认识也只能涉及衡量局部基因的好坏，却不能评价整个基因谱的优劣。从基因科技的非线性、不确定性，及复杂性等属性可知，即使克隆出某种特定基因的人，也只能在一定意义上保证其与被克隆者的基因谱的相同性，却无法保证其生物性质完全相同，更何况作为受社会环境作用的“人”的品质呢？由此不难看出，极端的基因决定论及其之上的极端优生观念是非常偏失的。
基因科技的二重性要求我们的基因科技政策应具备必要的张力。基因科技的发展与相应科技政策之间应保持一种良性的科技政治“生态”平衡。国家科技政策一方面要大力促进基因科技研究，充分张扬当代基因科技的积极成果，以给人类社会带来最大福祉；另一方面，科技政策应充分体现基因科技二重性的内在尺度，明确基因科技研究和应用的范围和程度，谨防政治权力之手滥施基因科技之刃。在这个张力之间，我们既不可过分限制基因科技的发展，又要特别谨慎地研究、开发和应用基因科技，确保不再重蹈极端的基因决定论和极端优生运动的覆辙，促使基因科技归向人类可持续发展的轨道。
收稿日期：2001-09-12
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