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26    THE STUFF OF LIFE

书籍名:《万物简史英文版》    作者:比尔·布莱森
    《万物简史英文版》章节: 26    THE STUFF OF LIFE,宠文网网友提供全文无弹窗免费在线阅读。!


Push  backwards  through  time  and  these  ancestral  debts  begin  to  add  up.  Go  back  just  eightgenerations  to  about  the  time  that  Charles  Darwin  and  Abraham  Lincoln  were  born,  andalready  there  are  over  250  people  on  whose  timely  couplings  your  existence  depends.

Continue  further,  to  the  time  of  Shakespeare  and  the  Mayflower  Pilgrims,  and  you  have  nofewer  than  16,384  ancestors  earnestly  exchanging  genetic  material  in  a  way  that  would,eventually  and  miraculously,  result  in  you.

At  twenty  generations  ago,  the  number  of  people  procreating  on  your  behalf  has  risen  to1,048,576.  Five  generations  before  that,  and  there  are  no  fewer  than  33,554,432  men  andwomen  on  whose  devoted  couplings  your  existence  depends.  By  thirty  generations  ago,  yourtotal  number  of  forebears—remember,  these  aren’t  cousins  and  aunts  and  other  incidentalrelatives,  but  only  parents  and  parents  of  parents  in  a  line  leading  ineluctably  to  you—is  overone  billion  (1,073,741,824,  to  be  precise).  If  you  go  back  sixty-four  generations,  to  the  time  ofthe  Romans,  the  number  of  people  on  whose  cooperative  efforts  your  eventual  existencedepends  has  risen  to  approximately  1,000,000,000,000,000,000,  which  is  several  thousandtimes  the  total  number  of  people  who  have  ever  lived.

Clearly  something  has  gone  wrong  with  our  math  here.  The  answer,  it  may  interest  you  tolearn,  is  that  your  line  is  not  pure.  You  couldn’t  be  here  without  a  little  incest—actually  quitea  lot  of  incest—albeit  at  a  genetically  discreet  remove.  With  so  many  millions  of  ancestors  inyour  background,  there  will  have  been  many  occasions  when  a  relative  from  your  mother’sside  of  the  family  procreated  with  some  distant  cousin  from  your  father’s  side  of  the  ledger.  Infact,  if  you  are  in  a  partnership  now  with  someone  from  your  own  race  and  country,  thechances  are  excellent  that  you  are  at  some  level  related.  Indeed,  if  you  look  around  you  on  abus  or  in  a  park  or  café  or  any  crowded  place,  most  of  the  people  you  see  are  very  probablyrelatives.  When  someone  boasts  to  you  that  he  is  descended  from  William  the  Conqueror  orthe  Mayflower  Pilgrims,  you  should  answer  at  once:  “Me,  too!”  In  the  most  literal  andfundamental  sense  we  are  all  family.

We  are  also  uncannily  alike.  Compare  your  genes  with  any  other  human  being’s  and  onaverage  they  will  be  about  99.9  percent  the  same.  That  is  what  makes  us  a  species.  The  tinydifferences  in  that  remaining  0.1  percent—“roughly  one  nucleotide  base  in  every  thousand,”

to  quote  the  British  geneticist  and  recent  Nobel  laureate  John  Sulston—are  what  endow  uswith  our  individuality.  Much  has  been  made  in  recent  years  of  the  unraveling  of  the  human genome.  In  fact,  there  is  no  such  thing  as  “the”  human  genome.  Every  human  genome  isdifferent.  Otherwise  we  would  all  be  identical.  It  is  the  endless  recombinations  of  ourgenomes—each  nearly  identical,  but  not  quite—that  make  us  what  we  are,  both  as  individualsand  as  a  species.

But  what  exactly  is  this  thing  we  call  the  genome?  And  what,  come  to  that,  are  genes?

Well,  start  with  a  cell  again.  Inside  the  cell  is  a  nucleus,  and  inside  each  nucleus  are  thechromosomes—forty-six  little  bundles  of  complexity,  of  which  twenty-three  come  from  yourmother  and  twenty-three  from  your  father.  With  a  very  few  exceptions,  every  cell  in  yourbody—99.999  percent  of  them,  say—carries  the  same  complement  of  chromosomes.  (Theexceptions  are  red  blood  cells,  some  immune  system  cells,  and  egg  and  sperm  cells,  which  forvarious  organizational  reasons  don’t  carry  the  full  genetic  package.)  Chromosomes  constitutethe  complete  set  of  instructions  necessary  to  make  and  maintain  you  and  are  made  of  longstrands  of  the  little  wonder  chemical  called  deoxyribonucleic  acid  or  DNA—“the  mostextraordinary  molecule  on  Earth,”  as  it  has  been  called.

DNA  exists  for  just  one  reason—to  create  more  DNA—and  you  have  a  lot  of  it  inside  you:

about  six  feet  of  it  squeezed  into  almost  every  cell.  Each  length  of  DNA  comprises  some  3.2billion  letters  of  coding,  enough  to  provide  103,480,000,000possible  combinations,  “guaranteed  tobe  unique  against  all  conceivable  odds,”  in  the  words  of  Christian  de  Duve.  That’s  a  lot  ofpossibility—a  one  followed  by  more  than  three  billion  zeroes.  “It  would  take  more  than  fivethousand  average-size  books  just  to  print  that  figure,”  notes  de  Duve.  Look  at  yourself  in  themirror  and  reflect  upon  the  fact  that  you  are  beholding  ten  thousand  trillion  cells,  and  thatalmost  every  one  of  them  holds  two  yards  of  densely  compacted  DNA,  and  you  begin  toappreciate  just  how  much  of  this  stuff  you  carry  around  with  you.  If  all  your  DNA  werewoven  into  a  single  fine  strand,  there  would  be  enough  of  it  to  stretch  from  the  Earth  to  theMoon  and  back  not  once  or  twice  but  again  and  again.  Altogether,  according  to  onecalculation,  you  may  have  as  much  as  twenty  million  kilometers  of  DNA  bundled  up  insideyou.

Your  body,  in  short,  loves  to  make  DNA  and  without  it  you  couldn’t  live.  Yet  DNA  is  notitself  alive.  No  molecule  is,  but  DNA  is,  as  it  were,  especially  unalive.  It  is  “among  the  mostnonreactive,  chemically  inert  molecules  in  the  living  world,”  in  the  words  of  the  geneticistRichard  Lewontin.  That  is  why  it  can  be  recovered  from  patches  of  long-dried  blood  or  semenin  murder  investigations  and  coaxed  from  the  bones  of  ancient  Neandertals.  It  also  explainswhy  it  took  scientists  so  long  to  work  out  how  a  substance  so  mystifyingly  low  key—so,  in  aword,  lifeless—could  be  at  the  very  heart  of  life  itself.

As  a  known  entity,  DNA  has  been  around  longer  than  you  might  think.  It  was  discoveredas  far  back  as  1869  by  Johann  Friedrich  Miescher,  a  Swiss  scientist  working  at  the  Universityof  Tübingen  in  Germany.  While  delving  microscopically  through  the  pus  in  surgicalbandages,  Miescher  found  a  substance  he  didn’t  recognize  and  called  it  nuclein  (because  itresided  in  the  nuclei  of  cells).  At  the  time,  Miescher  did  little  more  than  note  its  existence,  butnuclein  clearly  remained  on  his  mind,  for  twenty-three  years  later  in  a  letter  to  his  uncle  heraised  the  possibility  that  such  molecules  could  be  the  agents  behind  heredity.  This  was  anextraordinary  insight,  but  one  so  far  in  advance  of  the  day’s  scientific  requirements  that  itattracted  no  attention  at  all.

For  most  of  the  next  half  century  the  common  assumption  was  that  the  material—nowcalled  deoxyribonucleic  acid,  or  DNA—had  at  most  a  subsidiary  role  in  matters  of  heredity.  Itwas  too  simple.  It  had  just  four  basic  components,  called  nucleotides,  which  was  like  having an  alphabet  of  just  four  letters.  How  could  you  possibly  write  the  story  of  life  with  such  arudimentary  alphabet?  (The  answer  is  that  you  do  it  in  much  the  way  that  you  create  complexmessages  with  the  simple  dots  and  dashes  of  Morse  code—by  combining  them.)  DNA  didn’tdo  anything  at  all,  as  far  as  anyone  could  tell.  It  just  sat  there  in  the  nucleus,  possibly  bindingthe  chromosome  in  some  way  or  adding  a  splash  of  acidity  on  command  or  fulfilling  someother  trivial  task  that  no  one  had  yet  thought  of.  The  necessary  complexity,  it  was  thought,had  to  exist  in  proteins  in  the  nucleus.

There  were,  however,  two  problems  with  dismissing  DNA.  First,  there  was  so  much  of  it:

two  yards  in  nearly  every  nucleus,  so  clearly  the  cells  esteemed  it  in  some  important  way.  Ontop  of  this,  it  kept  turning  up,  like  the  suspect  in  a  murder  mystery,  in  experiments.  In  twostudies  in  particular,  one  involving  the  Pneumonococcus  bacterium  and  another  involvingbacteriophages  (viruses  that  infect  bacteria),  DNA  betrayed  an  importance  that  could  only  beexplained  if  its  role  were  more  central  than  prevailing  thought  allowed.  The  evidencesuggested  that  DNA  was  somehow  involved  in  the  making  of  proteins,  a  process  vital  to  life,yet  it  was  also  clear  that  proteins  were  being  made  outside  the  nucleus,  well  away  from  theDNA  that  was  supposedly  directing  their  assembly.

No  one  could  understand  how  DNA  could  possibly  be  getting  messages  to  the  proteins.  Theanswer,  we  now  know,  was  RNA,  or  ribonucleic  acid,  which  acts  as  an  interpreter  betweenthe  two.  It  is  a  notable  oddity  of  biology  that  DNA  and  proteins  don’t  speak  the  samelanguage.  For  almost  four  billion  years  they  have  been  the  living  world’s  great  double  act,  andyet  they  answer  to  mutually  incompatible  codes,  as  if  one  spoke  Spanish  and  the  other  Hindi.

To  communicate  they  need  a  mediator  in  the  form  of  RNA.  Working  with  a  kind  of  chemicalclerk  called  a  ribosome,  RNA  translates  information  from  a  cell’s  DNA  into  terms  proteinscan  understand  and  act  upon.

However,  by  the  early  1900s,  where  we  resume  our  story,  we  were  still  a  very  long  wayfrom  understanding  that,  or  indeed  almost  anything  else  to  do  with  the  confused  business  ofheredity.

Clearly  there  was  a  need  for  some  inspired  and  clever  experimentation,  and  happily  the  ageproduced  a  young  person  with  the  diligence  and  aptitude  to  undertake  it.  His  name  wasThomas  Hunt  Morgan,  and  in  1904,  just  four  years  after  the  timely  rediscovery  of  Mendel’sexperiments  with  pea  plants  and  still  almost  a  decade  before  gene  would  even  become  a  word,he  began  to  do  remarkably  dedicated  things  with  chromosomes.

Chromosomes  had  been  discovered  by  chance  in  1888  and  were  so  called  because  theyreadily  absorbed  dye  and  thus  were  easy  to  see  under  the  microscope.  By  the  turn  of  thetwentieth  century  it  was  strongly  suspected  that  they  were  involved  in  the  passing  on  of  traits,but  no  one  knew  how,  or  even  really  whether,  they  did  this.

Morgan  chose  as  his  subject  of  study  a  tiny,  delicate  fly  formally  called  Drosophilamelanogaster,  but  more  commonly  known  as  the  fruit  fly  (or  vinegar  fly,  banana  fly,  orgarbage  fly).  Drosophila  is  familiar  to  most  of  us  as  that  frail,  colorless  insect  that  seems  tohave  a  compulsive  urge  to  drown  in  our  drinks.  As  laboratory  specimens  fruit  flies  had  certainvery  attractive  advantages:  they  cost  almost  nothing  to  house  and  feed,  could  be  bred  by  themillions  in  milk  bottles,  went  from  egg  to  productive  parenthood  in  ten  days  or  less,  and  hadjust  four  chromosomes,  which  kept  things  conveniently  simple.

Working  out  of  a  small  lab  (which  became  known  inevitably  as  the  Fly  Room)  inSchermerhorn  Hall  at  Columbia  University  in  New  York,  Morgan  and  his  team  embarked  ona  program  of  meticulous  breeding  and  crossbreeding  involving  millions  of  flies  (onebiographer  says  billions,  though  that  is  probably  an  exaggeration),  each  of  which  had  to  becaptured  with  tweezers  and  examined  under  a  jeweler’s  glass  for  any  tiny  variations  ininheritance.  For  six  years  they  tried  to  produce  mutations  by  any  means  they  could  think  of—zapping  the  flies  with  radiation  and  X-rays,  rearing  them  in  bright  light  and  darkness,  bakingthem  gently  in  ovens,  spinning  them  crazily  in  centrifuges—but  nothing  worked.  Morgan  wason  the  brink  of  giving  up  when  there  occurred  a  sudden  and  repeatable  mutation—a  fly  thathad  white  eyes  rather  than  the  usual  red  ones.  With  this  breakthrough,  Morgan  and  hisassistants  were  able  to  generate  useful  deformities,  allowing  them  to  track  a  trait  throughsuccessive  generations.  By  such  means  they  could  work  out  the  correlations  betweenparticular  characteristics  and  individual  chromosomes,  eventually  proving  to  more  or  lesseveryone’s  satisfaction  that  chromosomes  were  at  the  heart  of  inheritance.

The  problem,  however,  remained  the  next  level  of  biological  intricacy:  the  enigmatic  genesand  the  DNA  that  composed  them.  These  were  much  trickier  to  isolate  and  understand.  Aslate  as  1933,  when  Morgan  was  awarded  a  Nobel  Prize  for  his  work,  many  researchers  stillweren’t  convinced  that  genes  even  existed.  As  Morgan  noted  at  the  time,  there  was  noconsensus  “as  to  what  the  genes  are—whether  they  are  real  or  purely  fictitious.”  It  may  seemsurprising  that  scientists  could  struggle  to  accept  the  physical  reality  of  something  sofundamental  to  cellular  activity,  but  as  Wallace,  King,  and  Sanders  point  out  in  Biology:  TheScience  of  Life  (that  rarest  thing:  a  readable  college  text),  we  are  in  much  the  same  positiontoday  with  mental  processes  such  as  thought  and  memory.  We  know  that  we  have  them,  ofcourse,  but  we  don’t  know  what,  if  any,  physical  form  they  take.  So  it  was  for  the  longest  timewith  genes.  The  idea  that  you  could  pluck  one  from  your  body  and  take  it  away  for  study  wasas  absurd  to  many  of  Morgan’s  peers  as  the  idea  that  scientists  today  might  capture  a  straythought  and  examine  it  under  a  microscope.

What  was  certainly  true  was  that  something  associated  with  chromosomes  was  directingcell  replication.  Finally,  in  1944,  after  fifteen  years  of  effort,  a  team  at  the  RockefellerInstitute  in  Manhattan,  led  by  a  brilliant  but  diffident  Canadian  named  Oswald  Avery,succeeded  with  an  exceedingly  tricky  experiment  in  which  an  innocuous  strain  of  bacteria  wasmade  permanently  infectious  by  crossing  it  with  alien  DNA,  proving  that  DNA  was  far  morethan  a  passive  molecule  and  almost  certainly  was  the  active  agent  in  heredity.  The  Austrian-born  biochemist  Erwin  Chargaff  later  suggested  quite  seriously  that  Avery’s  discovery  wasworth  two  Nobel  Prizes.

Unfortunately,  Avery  was  opposed  by  one  of  his  own  colleagues  at  the  institute,  a  strong-willed  and  disagreeable  protein  enthusiast  named  Alfred  Mirsky,  who  did  everything  in  hispower  to  discredit  Avery’s  work—including,  it  has  been  said,  lobbying  the  authorities  at  theKarolinska  Institute  in  Stockholm  not  to  give  Avery  a  Nobel  Prize.  Avery  by  this  time  wassixty-six  years  old  and  tired.  Unable  to  deal  with  the  stress  and  controversy,  he  resigned  hisposition  and  never  went  near  a  lab  again.  But  other  experiments  elsewhere  overwhelminglysupported  his  conclusions,  and  soon  the  race  was  on  to  find  the  structure  of  DNA.

Had  you  been  a  betting  person  in  the  early  1950s,  your  money  would  almost  certainly  havebeen  on  Linus  Pauling  of  Caltech,  America’s  leading  chemist,  to  crack  the  structure  of  DNA.

Pauling  was  unrivaled  in  determining  the  architecture  of  molecules  and  had  been  a  pioneer  inthe  field  of  X-ray  crystallography,  a  technique  that  would  prove  crucial  to  peering  into  theheart  of  DNA.  In  an  exceedingly  distinguished  career,  he  would  win  two  Nobel  Prizes  (for chemistry  in  1954  and  peace  in  1962),  but  with  DNA  he  became  convinced  that  the  structurewas  a  triple  helix,  not  a  double  one,  and  never  quite  got  on  the  right  track.  Instead,  victory  fellto  an  unlikely  quartet  of  scientists  in  England  who  didn’t  work  as  a  team,  often  weren’t  onspeaking  terms,  and  were  for  the  most  part  novices  in  the  field.

Of  the  four,  the  nearest  to  a  conventional  boffin  was  Maurice  Wilkins,  who  had  spent  muchof  the  Second  World  War  helping  to  design  the  atomic  bomb.  Two  of  the  others,  RosalindFranklin  and  Francis  Crick,  had  passed  their  war  years  working  on  mines  for  the  Britishgovernment—Crick  of  the  type  that  blow  up,  Franklin  of  the  type  that  produce  coal.

The  most  unconventional  of  the  foursome  was  James  Watson,  an  American  prodigy  whohad  distinguished  himself  as  a  boy  as  a  member  of  a  highly  popular  radio  program  called  TheQuiz  Kids  (and  thus  could  claim  to  be  at  least  part  of  the  inspiration  for  some  of  the  membersof  the  Glass  family  in  Franny  and  Zooey  and  other  works  by  J.  D.  Salinger)  and  who  hadentered  the  University  of  Chicago  aged  just  fifteen.  He  had  earned  his  Ph.D.  by  the  age  oftwenty-two  and  was  now  attached  to  the  famous  Cavendish  Laboratory  in  Cambridge.  In1951,  he  was  a  gawky  twenty-three-year-old  with  a  strikingly  lively  head  of  hair  that  appearsin  photographs  to  be  straining  to  attach  itself  to  some  powerful  magnet  just  out  of  frame.

Crick,  twelve  years  older  and  still  without  a  doctorate,  was  less  memorably  hirsute  andslightly  more  tweedy.  In  Watson’s  account  he  is  presented  as  blustery,  nosy,  cheerfullyargumentative,  impatient  with  anyone  slow  to  share  a  notion,  and  constantly  in  danger  ofbeing  asked  to  go  elsewhere.  Neither  was  formally  trained  in  biochemistry.

Their  assumption  was  that  if  you  could  determine  the  shape  of  a  DNA  molecule  you  wouldbe  able  to  see—correctly,  as  it  turned  out—how  it  did  what  it  did.  They  hoped  to  achieve  this,it  would  appear,  by  doing  as  little  work  as  possible  beyond  thinking,  and  no  more  of  that  thanwas  absolutely  necessary.  As  Watson  cheerfully  (if  a  touch  disingenuously)  remarked  in  hisautobiographical  book  The  Double  Helix,  “It  was  my  hope  that  the  gene  might  be  solvedwithout  my  learning  any  chemistry.”  They  weren’t  actually  assigned  to  work  on  DNA,  and  atone  point  were  ordered  to  stop  it.  Watson  was  ostensibly  mastering  the  art  of  crystallography;Crick  was  supposed  to  be  completing  a  thesis  on  the  X-ray  diffraction  of  large  molecules.

Although  Crick  and  Watson  enjoy  nearly  all  the  credit  in  popular  accounts  for  solving  themystery  of  DNA,  their  breakthrough  was  crucially  dependent  on  experimental  work  done  bytheir  competitors,  the  results  of  which  were  obtained  “fortuitously,”  in  the  tactful  words  of  thehistorian  Lisa  Jardine.  Far  ahead  of  them,  at  least  at  the  beginning,  were  two  academics  atKing’s  College  in  London,  Wilkins  and  Franklin.

The  New  Zealand–born  Wilkins  was  a  retiring  figure,  almost  to  the  point  of  invisibility.  A1998  PBS  documentary  on  the  discovery  of  the  structure  of  DNA—a  feat  for  which  he  sharedthe  1962  Nobel  Prize  with  Crick  and  Watson—managed  to  overlook  him  entirely.

The  most  enigmatic  character  of  all  was  Franklin.  In  a  severely  unflattering  portrait,Watson  in  The  Double  Helix  depicted  Franklin  as  a  woman  who  was  unreasonable,  secretive,chronically  uncooperative,  and—this  seemed  especially  to  irritate  him—almost  willfullyunsexy.  He  allowed  that  she  “was  not  unattractive  and  might  have  been  quite  stunning  had  shetaken  even  a  mild  interest  in  clothes,”  but  in  this  she  disappointed  all  expectations.  She  didn’t even  use  lipstick,  he  noted  in  wonder,  while  her  dress  sense  “showed  all  the  imagination  ofEnglish  blue-stocking  adolescents.”

1However,  she  did  have  the  best  images  in  existence  of  the  possible  structure  of  DNA,achieved  by  means  of  X-ray  crystallography,  the  technique  perfected  by  Linus  Pauling.

Crystallography  had  been  used  successfully  to  map  atoms  in  crystals  (hence“crystallography”),  but  DNA  molecules  were  a  much  more  finicky  proposition.  Only  Franklinwas  managing  to  get  good  results  from  the  process,  but  to  Wilkins’s  perennial  exasperationshe  refused  to  share  her  findings.

If  Franklin  was  not  warmly  forthcoming  with  her  findings,  she  cannot  be  altogetherblamed.  Female  academics  at  King’s  in  the  1950s  were  treated  with  a  formalized  disdain  thatdazzles  modern  sensibilities  (actually  any  sensibilities).  However  senior  or  accomplished,they  were  not  allowed  into  the  college’s  senior  common  room  but  instead  had  to  take  theirmeals  in  a  more  utilitarian  chamber  that  even  Watson  conceded  was  “dingily  pokey.”  On  topof  this  she  was  being  constantly  pressed—at  times  actively  harassed—to  share  her  results  witha  trio  of  men  whose  desperation  to  get  a  peek  at  them  was  seldom  matched  by  more  engagingqualities,  like  respect.  “I’m  afraid  we  always  used  to  adopt—let’s  say  a  patronizing  attitudetoward  her,”  Crick  later  recalled.  Two  of  these  men  were  from  a  competing  institution  and  thethird  was  more  or  less  openly  siding  with  them.  It  should  hardly  come  as  a  surprise  that  shekept  her  results  locked  away.

That  Wilkins  and  Franklin  did  not  get  along  was  a  fact  that  Watson  and  Crick  seem  to  haveexploited  to  their  benefit.  Although  Crick  and  Watson  were  trespassing  rather  unashamedlyon  Wilkins’s  territory,  it  was  with  them  that  he  increasingly  sided—not  altogether  surprisinglysince  Franklin  herself  was  beginning  to  act  in  a  decidedly  queer  way.  Although  her  resultsshowed  that  DNA  definitely  was  helical  in  shape,  she  insisted  to  all  that  it  was  not.  ToWilkins’s  presumed  dismay  and  embarrassment,  in  the  summer  of  1952  she  posted  a  mocknotice  around  the  King’s  physics  department  that  said:  “It  is  with  great  regret  that  we  have  toannounce  the  death,  on  Friday  18th  July  1952  of  D.N.A.  helix.  .  .  .  It  is  hoped  that  Dr.  M.H.F.

Wilkins  will  speak  in  memory  of  the  late  helix.”

The  outcome  of  all  this  was  that  in  January  1953,  Wilkins  showed  Watson  Franklin’simages,  “apparently  without  her  knowledge  or  consent.”  It  would  be  an  understatement  to  callit  a  significant  help.  Years  later  Watson  conceded  that  it  “was  the  key  event  .  .  .  it  mobilizedus.”  Armed  with  the  knowledge  of  the  DNA  molecule’s  basic  shape  and  some  importantelements  of  its  dimensions,  Watson  and  Crick  redoubled  their  efforts.  Everything  now  seemedto  go  their  way.  At  one  point  Pauling  was  en  route  to  a  conference  in  England  at  which  hewould  in  all  likelihood  have  met  with  Wilkins  and  learned  enough  to  correct  themisconceptions  that  had  put  him  on  the  wrong  line  of  inquiry,  but  this  was  the  McCarthy  eraand  Pauling  found  himself  detained  at  Idlewild  Airport  in  New  York,  his  passport  confiscated,on  the  grounds  that  he  was  too  liberal  of  temperament  to  be  allowed  to  travel  abroad.  Crickand  Watson  also  had  the  no  less  convenient  good  fortune  that  Pauling’s  son  was  working  atthe  Cavendish  and  innocently  kept  them  abreast  of  any  news  of  developments  and  setbacks  athome.

Still  facing  the  possibility  of  being  trumped  at  any  moment,  Watson  and  Crick  appliedthemselves  feverishly  to  the  problem.  It  was  known  that  DNA  had  four  chemical1In  1968,  Harvard  University  Press  canceled  publication  of  The  Double  Helix  after  Crick  and  Wilkinscomplained  about  its  characterizations,  which  the  science  historian  Lisa  Jardine  has  described  as  "gratuitouslyhurtful."  The  descriptions  quoted  above  are  after  Watson  softened  his  comments.

components—called  adenine,  guanine,  cytosine,  and  thiamine—and  that  these  paired  up  inparticular  ways.  By  playing  with  pieces  of  cardboard  cut  into  the  shapes  of  molecules,  Watsonand  Crick  were  able  to  work  out  how  the  pieces  fit  together.  From  this  they  made  a  Meccano-like  model—perhaps  the  most  famous  in  modern  science—consisting  of  metal  plates  boltedtogether  in  a  spiral,  and  invited  Wilkins,  Franklin,  and  the  rest  of  the  world  to  have  a  look.

Any  informed  person  could  see  at  once  that  they  had  solved  the  problem.  It  was  withoutquestion  a  brilliant  piece  of  detective  work,  with  or  without  the  boost  of  Franklin’s  picture.

The  April  25,  1953,  edition  of  Nature  carried  a  900-word  article  by  Watson  and  Crick  titled“A  Structure  for  Deoxyribose  Nucleic  Acid.”  Accompanying  it  were  separate  articles  byWilkins  and  Franklin.  It  was  an  eventful  time  in  the  world—Edmund  Hillary  was  just  about  toclamber  to  the  top  of  Everest  while  Elizabeth  II  was  imminently  to  be  crowned  queen  ofEngland—so  the  discovery  of  the  secret  of  life  was  mostly  overlooked.  It  received  a  smallmention  in  the  News  Chronicle  and  was  ignored  elsewhere.

Rosalind  Franklin  did  not  share  in  the  Nobel  Prize.  She  died  of  ovarian  cancer  at  the  age  ofjust  thirty-seven  in  1958,  four  years  before  the  award  was  granted.  Nobel  Prizes  are  notawarded  posthumously.  The  cancer  almost  certainly  arose  as  a  result  of  chronic  overexposureto  X-rays  through  her  work  and  needn’t  have  happened.  In  her  much-praised  2002  biographyof  Franklin,  Brenda  Maddox  noted  that  Franklin  rarely  wore  a  lead  apron  and  often  steppedcarelessly  in  front  of  a  beam.  Oswald  Avery  never  won  a  Nobel  Prize  either  and  was  alsolargely  overlooked  by  posterity,  though  he  did  at  least  have  the  satisfaction  of  living  just  longenough  to  see  his  findings  vindicated.  He  died  in  1955.

Watson  and  Crick’s  discovery  wasn’t  actually  confirmed  until  the  1980s.  As  Crick  said  inone  of  his  books:  “It  took  over  twenty-five  years  for  our  model  of  DNA  to  go  from  being  onlyrather  plausible,  to  being  very  plausible  .  .  .  and  from  there  to  being  virtually  certainlycorrect.”

Even  so,  with  the  structure  of  DNA  understood  progress  in  genetics  was  swift,  and  by  1968the  journal  Science  could  run  an  article  titled  “That  Was  the  Molecular  Biology  That  Was,”

suggesting—it  hardly  seems  possible,  but  it  is  so—that  the  work  of  genetics  was  nearly  at  anend.

In  fact,  of  course,  it  was  only  just  beginning.  Even  now  there  is  a  great  deal  about  DNA  thatwe  scarcely  understand,  not  least  why  so  much  of  it  doesn’t  actually  seem  to  do  anything.

Ninety-seven  percent  of  your  DNA  consists  of  nothing  but  long  stretches  of  meaninglessgarble—“junk,”  or  “non-coding  DNA,”  as  biochemists  prefer  to  put  it.  Only  here  and  therealong  each  strand  do  you  find  sections  that  control  and  organize  vital  functions.  These  are  thecurious  and  long-elusive  genes.

Genes  are  nothing  more  (nor  less)  than  instructions  to  make  proteins.  This  they  do  with  acertain  dull  fidelity.  In  this  sense,  they  are  rather  like  the  keys  of  a  piano,  each  playing  asingle  note  and  nothing  else,  which  is  obviously  a  trifle  monotonous.  But  combine  the  genes,as  you  would  combine  piano  keys,  and  you  can  create  chords  and  melodies  of  infinite  variety.

Put  all  these  genes  together,  and  you  have  (to  continue  the  metaphor)  the  great  symphony  ofexistence  known  as  the  human  genome.

An  alternative  and  more  common  way  to  regard  the  genome  is  as  a  kind  of  instructionmanual  for  the  body.  Viewed  this  way,  the  chromosomes  can  be  imagined  as  the  book’schapters  and  the  genes  as  individual  instructions  for  making  proteins.  The  words  in  which  the instructions  are  written  are  called  codons,  and  the  letters  are  known  as  bases.  The  bases—theletters  of  the  genetic  alphabet—consist  of  the  four  nucleotides  mentioned  a  page  or  two  back:

adenine,  thiamine,  guanine,  and  cytosine.  Despite  the  importance  of  what  they  do,  thesesubstances  are  not  made  of  anything  exotic.  Guanine,  for  instance,  is  the  same  stuff  thatabounds  in,  and  gives  its  name  to,  guano.

The  shape  of  a  DNA  molecule,  as  everyone  knows,  is  rather  like  a  spiral  staircase  ortwisted  rope  ladder:  the  famous  double  helix.  The  uprights  of  this  structure  are  made  of  a  typeof  sugar  called  deoxyribose,  and  the  whole  of  the  helix  is  a  nucleic  acid—hence  the  name“deoxyribonucleic  acid.”  The  rungs  (or  steps)  are  formed  by  two  bases  joining  across  thespace  between,  and  they  can  combine  in  only  two  ways:  guanine  is  always  paired  withcytosine  and  thiamine  always  with  adenine.  The  order  in  which  these  letters  appear  as  youmove  up  or  down  the  ladder  constitutes  the  DNA  code;  logging  it  has  been  the  job  of  theHuman  Genome  Project.

Now  the  particular  brilliance  of  DNA  lies  in  its  manner  of  replication.  When  it  is  time  toproduce  a  new  DNA  molecule,  the  two  strands  part  down  the  middle,  like  the  zipper  on  ajacket,  and  each  half  goes  off  to  form  a  new  partnership.  Because  each  nucleotide  along  astrand  pairs  up  with  a  specific  other  nucleotide,  each  strand  serves  as  a  template  for  thecreation  of  a  new  matching  strand.  If  you  possessed  just  one  strand  of  your  own  DNA,  youcould  easily  enough  reconstruct  the  matching  side  by  working  out  the  necessary  partnerships:

if  the  topmost  rung  on  one  strand  was  made  of  guanine,  then  you  would  know  that  thetopmost  rung  on  the  matching  strand  must  be  cytosine.  Work  your  way  down  the  ladderthrough  all  the  nucleotide  pairings,  and  eventually  you  would  have  the  code  for  a  newmolecule.  That  is  just  what  happens  in  nature,  except  that  nature  does  it  really  quickly—inonly  a  matter  of  seconds,  which  is  quite  a  feat.

Most  of  the  time  our  DNA  replicates  with  dutiful  accuracy,  but  just  occasionally—aboutone  time  in  a  million—a  letter  gets  into  the  wrong  place.  This  is  known  as  a  single  nucleotidepolymorphism,  or  SNP,  familiarly  known  to  biochemists  as  a  “Snip.”  Generally  these  Snipsare  buried  in  stretches  of  noncoding  DNA  and  have  no  detectable  consequence  for  the  body.

But  occasionally  they  make  a  difference.  They  might  leave  you  predisposed  to  some  disease,but  equally  they  might  confer  some  slight  advantage—more  protective  pigmentation,  forinstance,  or  increased  production  of  red  blood  cells  for  someone  living  at  altitude.  Over  time,these  slight  modifications  accumulate  in  both  individuals  and  in  populations,  contributing  tothe  distinctiveness  of  both.

The  balance  between  accuracy  and  errors  in  replication  is  a  fine  one.  Too  many  errors  andthe  organism  can’t  function,  but  too  few  and  it  sacrifices  adaptability.  A  similar  balance  mustexist  between  stability  in  an  organism  and  innovation.  An  increase  in  red  blood  cells  can  helpa  person  or  group  living  at  high  elevations  to  move  and  breathe  more  easily  because  more  redcells  can  carry  more  oxygen.  But  additional  red  cells  also  thicken  the  blood.  Add  too  many,and  “it’s  like  pumping  oil,”  in  the  words  of  Temple  University  anthropologist  Charles  Weitz.

That’s  hard  on  the  heart.  Thus  those  designed  to  live  at  high  altitude  get  increased  breathingefficiency,  but  pay  for  it  with  higher-risk  hearts.  By  such  means  does  Darwinian  naturalselection  look  after  us.  It  also  helps  to  explain  why  we  are  all  so  similar.  Evolution  simplywon’t  let  you  become  too  different—not  without  becoming  a  new  species  anyway.

The  0.1  percent  difference  between  your  genes  and  mine  is  accounted  for  by  our  Snips.

Now  if  you  compared  your  DNA  with  a  third  person’s,  there  would  also  be  99.9  percentcorrespondence,  but  the  Snips  would,  for  the  most  part,  be  in  different  places.  Add  more people  to  the  comparison  and  you  will  get  yet  more  Snips  in  yet  more  places.  For  every  one  ofyour  3.2  billion  bases,  somewhere  on  the  planet  there  will  be  a  person,  or  group  of  persons,with  different  coding  in  that  position.  So  not  only  is  it  wrong  to  refer  to  “the”  human  genome,but  in  a  sense  we  don’t  even  have  “a”  human  genome.  We  have  six  billion  of  them.  We  are  all99.9  percent  the  same,  but  equally,  in  the  words  of  the  biochemist  David  Cox,  “you  could  sayall  humans  share  nothing,  and  that  would  be  correct,  too.”

But  we  have  still  to  explain  why  so  little  of  that  DNA  has  any  discernible  purpose.  It  startsto  get  a  little  unnerving,  but  it  does  really  seem  that  the  purpose  of  life  is  to  perpetuate  DNA.

The  97  percent  of  our  DNA  commonly  called  junk  is  largely  made  up  of  clumps  of  lettersthat,  in  Ridley’s  words,  “exist  for  the  pure  and  simple  reason  that  they  are  good  at  gettingthemselves  duplicated.”

2Most  of  your  DNA,  in  other  words,  is  not  devoted  to  you  but  toitself:  you  are  a  machine  for  reproducing  it,  not  it  for  you.  Life,  you  will  recall,  just  wants  tobe,  and  DNA  is  what  makes  it  so.

Even  when  DNA  includes  instructions  for  making  genes—when  it  codes  for  them,  asscientists  put  it—it  is  not  necessarily  with  the  smooth  functioning  of  the  organism  in  mind.

One  of  the  commonest  genes  we  have  is  for  a  protein  called  reverse  transcriptase,  which  hasno  known  beneficial  function  in  human  beings  at  all.  The  one  thing  itdoes  do  is  make  itpossible  for  retroviruses,  such  as  the  AIDS  virus,  to  slip  unnoticed  into  the  human  system.

In  other  words,  our  bodies  devote  considerable  energies  to  producing  a  protein  that  doesnothing  that  is  beneficial  and  sometimes  clobbers  us.  Our  bodies  have  no  choice  but  to  do  sobecause  the  genes  order  it.  We  are  vessels  for  their  whims.  Altogether,  almost  half  of  humangenes—the  largest  proportion  yet  found  in  any  organism—don’t  do  anything  at  all,  as  far  aswe  can  tell,  except  reproduce  themselves.

All  organisms  are  in  some  sense  slaves  to  their  genes.  That’s  why  salmon  and  spiders  andother  types  of  creatures  more  or  less  beyond  counting  are  prepared  to  die  in  the  process  ofmating.  The  desire  to  breed,  to  disperse  one’s  genes,  is  the  most  powerful  impulse  in  nature.

As  Sherwin  B.  Nuland  has  put  it:  “Empires  fall,  ids  explode,  great  symphonies  are  written,and  behind  all  of  it  is  a  single  instinct  that  demands  satisfaction.”  From  an  evolutionary  pointof  view,  sex  is  really  just  a  reward  mechanism  to  encourage  us  to  pass  on  our  genetic  material.

Scientists  had  only  barely  absorbed  the  surprising  news  that  most  of  our  DNA  doesn’t  doanything  when  even  more  unexpected  findings  began  to  turn  up.  First  in  Germany  and  then  inSwitzerland  researchers  performed  some  rather  bizarre  experiments  that  produced  curiouslyunbizarre  outcomes.  In  one  they  took  the  gene  that  controlled  the  development  of  a  mouse’seye  and  inserted  it  into  the  larva  of  a  fruit  fly.  The  thought  was  that  it  might  producesomething  interestingly  grotesque.  In  fact,  the  mouse-eye  gene  not  only  made  a  viable  eye  inthe  fruit  fly,  it  made  a  fly’s  eye.  Here  were  two  creatures  that  hadn’t  shared  a  commonancestor  for  500  million  years,  yet  could  swap  genetic  material  as  if  they  were  sisters.

The  story  was  the  same  wherever  researchers  looked.  They  found  that  they  could  inserthuman  DNA  into  certain  cells  of  flies,  and  the  flies  would  accept  it  as  if  it  were  their  own.

2Junk  DNA  does  have  a  use.  It  is  the  portion  employed  in  DNA  fingerprinting.  Its  practicality  for  this  purposewas  discovered  accidentally  by  Alec  Jeffreys,  a  scientist  at  the  University  of  Leicester  in  England.  In  1986Jeffreys  was  studying  DNA  sequences  for  genetic  markers  associated  with  heritable  diseases  when  he  wasapproached  by  the  police  and  asked  if  he  could  help  connect  a  suspect  to  two  murders.  He  realized  his  techniqueought  to  work  perfectly  for  solving  criminal  cases-and  so  it  proved.  A  young  baker  with  the  improbable  name  ofColin  Pitchfork  was  sentenced  to  two  life  terms  in  prison  for  the  murders.

Over  60  percent  of  human  genes,  it  turns  out,  are  fundamentally  the  same  as  those  found  infruit  flies.  At  least  90  percent  correlate  at  some  level  to  those  found  in  mice.  (We  even  havethe  same  genes  for  making  a  tail,  if  only  they  would  switch  on.)  In  field  after  field,researchers  found  that  whatever  organism  they  were  working  on—whether  nematode  wormsor  human  beings—they  were  often  studying  essentially  the  same  genes.  Life,  it  appeared,  wasdrawn  up  from  a  single  set  of  blueprints.

Further  probings  revealed  the  existence  of  a  clutch  of  master  control  genes,  each  directingthe  development  of  a  section  of  the  body,  which  were  dubbed  homeotic  (from  a  Greek  wordmeaning  “similar”)  or  hox  genes.  Hox  genes  answered  the  long-bewildering  question  of  howbillions  of  embryonic  cells,  all  arising  from  a  single  fertilized  egg  and  carrying  identicalDNA,  know  where  to  go  and  what  to  do—that  this  one  should  become  a  liver  cell,  this  one  astretchy  neuron,  this  one  a  bubble  of  blood,  this  one  part  of  the  shimmer  on  a  beating  wing.  Itis  the  hox  genes  that  instruct  them,  and  they  do  it  for  all  organisms  in  much  the  same  way.

Interestingly,  the  amount  of  genetic  material  and  how  it  is  organized  doesn’t  necessarily,  oreven  generally,  reflect  the  level  of  sophistication  of  the  creature  that  contains  it.  We  haveforty-six  chromosomes,  but  some  ferns  have  more  than  six  hundred.  The  lungfish,  one  of  theleast  evolved  of  all  complex  animals,  has  forty  times  as  much  DNA  as  we  have.  Even  thecommon  newt  is  more  genetically  splendorous  than  we  are,  by  a  factor  of  five.

Clearly  it  is  not  the  number  of  genes  you  have,  but  what  you  do  with  them.  This  is  a  verygood  thing  because  the  number  of  genes  in  humans  has  taken  a  big  hit  lately.  Until  recently  itwas  thought  that  humans  had  at  least  100,000  genes,  possibly  a  good  many  more,  but  thatnumber  was  drastically  reduced  by  the  first  results  of  the  Human  Genome  Project,  whichsuggested  a  figure  more  like  35,000  or  40,000  genes—about  the  same  number  as  are  found  ingrass.  That  came  as  both  a  surprise  and  a  disappointment.

It  won’t  have  escaped  your  attention  that  genes  have  been  commonly  implicated  in  anynumber  of  human  frailties.  Exultant  scientists  have  at  various  times  declared  themselves  tohave  found  the  genes  responsible  for  obesity,  schizophrenia,  homosexuality,  criminality,violence,  alcoholism,  even  shoplifting  and  homelessness.  Perhaps  the  apogee  (or  nadir)  of  thisfaith  in  biodeterminism  was  a  study  published  in  the  journal  Science  in  1980  contending  thatwomen  are  genetically  inferior  at  mathematics.  In  fact,  we  now  know,  almost  nothing  aboutyou  is  so  accommodatingly  simple.

This  is  clearly  a  pity  in  one  important  sense,  for  if  you  had  individual  genes  that  determinedheight  or  propensity  to  diabetes  or  to  baldness  or  any  other  distinguishing  trait,  then  it  wouldbe  easy—comparatively  easy  anyway—to  isolate  and  tinker  with  them.  Unfortunately,  thirty-five  thousand  genes  functioning  independently  is  not  nearly  enough  to  produce  the  kind  ofphysical  complexity  that  makes  a  satisfactory  human  being.  Genes  clearly  therefore  mustcooperate.  A  few  disorders—hemophilia,  Parkinson’s  disease,  Huntington’s  disease,  andcystic  fibrosis,  for  example—are  caused  by  lone  dysfunctional  genes,  but  as  a  rule  disruptivegenes  are  weeded  out  by  natural  selection  long  before  they  can  become  permanentlytroublesome  to  a  species  or  population.  For  the  most  part  our  fate  and  comfort—and  even  oureye  color—are  determined  not  by  individual  genes  but  by  complexes  of  genes  working  inalliance.  That’s  why  it  is  so  hard  to  work  out  how  it  all  fits  together  and  why  we  won’t  beproducing  designer  babies  anytime  soon.

In  fact,  the  more  we  have  learned  in  recent  years  the  more  complicated  matters  have  tendedto  become.  Even  thinking,  it  turns  out,  affects  the  ways  genes  work.  How  fast  a  man’s  beard grows,  for  instance,  is  partly  a  function  of  how  much  he  thinks  about  sex  (because  thinkingabout  sex  produces  a  testosterone  surge).  In  the  early  1990s,  scientists  made  an  even  moreprofound  discovery  when  they  found  they  could  knock  out  supposedly  vital  genes  fromembryonic  mice,  and  the  mice  were  not  only  often  born  healthy,  but  sometimes  were  actuallyfitter  than  their  brothers  and  sisters  who  had  not  been  tampered  with.  When  certain  importantgenes  were  destroyed,  it  turned  out,  others  were  stepping  in  to  fill  the  breach.  This  wasexcellent  news  for  us  as  organisms,  but  not  so  good  for  our  understanding  of  how  cells  worksince  it  introduced  an  extra  layer  of  complexity  to  something  that  we  had  barely  begun  tounderstand  anyway.

It  is  largely  because  of  these  complicating  factors  that  cracking  the  human  genome  becameseen  almost  at  once  as  only  a  beginning.  The  genome,  as  Eric  Lander  of  MIT  has  put  it,  is  likea  parts  list  for  the  human  body:  it  tells  us  what  we  are  made  of,  but  says  nothing  about  howwe  work.  What’s  needed  now  is  the  operating  manual—instructions  for  how  to  make  it  go.

We  are  not  close  to  that  point  yet.r  />
So  now  the  quest  is  to  crack  the  human  proteome—a  concept  so  novel  that  the  termproteome  didn’t  even  exist  a  decade  ago.  The  proteome  is  the  library  of  information  thatcreates  proteins.  “Unfortunately,”  observed  Scientific  American  in  the  spring  of  2002,  “theproteome  is  much  more  complicated  than  the  genome.”

That’s  putting  it  mildly.  Proteins,  you  will  remember,  are  the  workhorses  of  all  livingsystems;  as  many  as  a  hundred  million  of  them  may  be  busy  in  any  cell  at  any  moment.  That’sa  lot  of  activity  to  try  to  figure  out.  Worse,  proteins’  behavior  and  functions  are  based  notsimply  on  their  chemistry,  as  with  genes,  but  also  on  their  shapes.  To  function,  a  protein  mustnot  only  have  the  necessary  chemical  components,  properly  assembled,  but  then  must  also  befolded  into  an  extremely  specific  shape.  “Folding”  is  the  term  that’s  used,  but  it’s  amisleading  one  as  it  suggests  a  geometrical  tidiness  that  doesn’t  in  fact  apply.  Proteins  loopand  coil  and  crinkle  into  shapes  that  are  at  once  extravagant  and  complex.  They  are  more  likefuriously  mangled  coat  hangers  than  folded  towels.

Moreover,  proteins  are  (if  I  may  be  permitted  to  use  a  handy  archaism)  the  swingers  of  thebiological  world.  Depending  on  mood  and  metabolic  circumstance,  they  will  allowthemselves  to  be  phosphorylated,  glycosylated,  acetylated,  ubiquitinated,  farneysylated,sulfated,  and  linked  to  glycophosphatidylinositol  anchors,  among  rather  a  lot  else.  Often  ittakes  relatively  little  to  get  them  going,  it  appears.  Drink  a  glass  of  wine,  as  ScientificAmerican  notes,  and  you  materially  alter  the  number  and  types  of  proteins  at  large  in  yoursystem.  This  is  a  pleasant  feature  for  drinkers,  but  not  nearly  so  helpful  for  geneticists  who  aretrying  to  understand  what  is  going  on.

It  can  all  begin  to  seem  impossibly  complicated,  and  in  some  ways  itis  impossiblycomplicated.  But  there  is  an  underlying  simplicity  in  all  this,  too,  owing  to  an  equallyelemental  underlying  unity  in  the  way  life  works.  All  the  tiny,  deft  chemical  processes  thatanimate  cells—the  cooperative  efforts  of  nucleotides,  the  transcription  of  DNA  into  RNA—evolved  just  once  and  have  stayed  pretty  well  fixed  ever  since  across  the  whole  of  nature.  Asthe  late  French  geneticist  Jacques  Monod  put  it,  only  half  in  jest:  “Anything  that  is  true  of  E.

coli  must  be  true  of  elephants,  except  more  so.”

Every  living  thing  is  an  elaboration  on  a  single  original  plan.  As  humans  we  are  mereincrements—each  of  us  a  musty  archive  of  adjustments,  adaptations,  modifications,  andprovidential  tinkerings  stretching  back  3.8  billion  years.  Remarkably,  we  are  even  quite closely  related  to  fruit  and  vegetables.  About  half  the  chemical  functions  that  take  place  in  abanana  are  fundamentally  the  same  as  the  chemical  functions  that  take  place  in  you.

It  cannot  be  said  too  often:  all  life  is  one.  That  is,  and  I  suspect  will  forever  prove  to  be,  themost  profound  true  statement  there  is.

PART    VITHE  ROAD  TO  USDescended  from  the  apes!  My  dear,let  us  hope  that  it  is  not  true,  but  if  it  is,let  us  pray  that  it  will  not  b