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The Test of Time
我有两个女儿和四个外孙。他们每个人都是独一无二的。具体来说，我有个女儿叫萨拉，是电视制作人，另一个女儿叫埃米莉，是物理学教授。但她们都有某些共同点，她们和各自的孩子，和我还有我妻子安妮，也有一些共同点。家人间的相似之处可能很明显，也可能微乎其微——身高、眼睛的颜色、嘴角或鼻子的弧度，甚至某些独特的习惯或面部表情。尽管存在各种各样的变化，但不可否认的是：某些特点是世世代代连续传承的。
父母与其后代有相似性，这是一切生物有机体的决定性特征。亚里士多德和其他古代哲人早就认识到了这一点，但生物遗传的基础究竟是什么，仍是个未解之谜。千百年来，人们给出了各种解释，其中有些在今天听来匪夷所思。比如亚里士多德的猜想：母亲影响了腹中胎儿的发育，就像特定的土壤质量影响了种子生长为植株。另一些人则认为是因为“血液混合”，也就是说，后代继承的是父母双方的特征混合后的平均值。
基因的发现为我们铺平了道路，让我们得以更现实地理解遗传是如何进行的。基因不仅提供了一种解释，帮助我们理解既有相似性又有独特性的复杂家族遗传方式，也是最关键的信息来源，生命用它来构建、维持和繁殖细胞，乃至最终用细胞组成生物体。
格雷戈尔·孟德尔（Gregor Mendel）是史上第一个对遗传奥秘有所认知的人，他曾在如今的捷克共和国境内的布尔诺的修道院担任院长。不过，他的这一成就并非因为研究了人类家庭中时常令人费解的遗传模式，而是因为他在用豌豆植株做了无数细致的实验后，孵化出了新的观点，并最终引导我们发现了如今被称作基因的物质。
孟德尔不是第一个用科学实验提出遗传问题的人，甚至也不是第一个通过植物寻找答案的人。早期的植物育种家已经描述了植物的某些特性是以何等出人意料的方式代代相传的。两种不同的亲本植物杂交后的新一代植株有时看起来就像两种亲本的混合体。比如，一株紫花植物和一株白花植物杂交，可能产生一株粉花植物。但在某一代中，某些特征似乎总是能凌驾于别的特征之上。比如，一株紫花植物和一株白花植物的后代只会开出紫色的花。早期先驱者们收集了很多耐人寻味的线索，但没有一个人能对植物基因的遗传方式做出令人满意的解释，更不用说解释基因在我们人类——毋宁说一切生物中——是如何运作的了。然而，孟德尔对豌豆的研究揭示的恰恰就是这一点。
1981年，冷战中期，我独自前往布尔诺的奥古斯丁修道院朝圣，想去看看孟德尔工作过的地方。当时，那里还没有像如今这样成为一个旅游景点。花园大得令人咋舌，草木杂乱疯长。我很容易想象出那个场景：孟德尔曾在那儿种过一排又一排的豌豆。他之前曾在维也纳大学攻读自然科学，但没能考取教师资格。然而，物理学习过程中的一些心得让他深受裨益。他清楚地了解到自己需要大量数据：样本越多，就越可能揭示出重要的模式。他的一些实验，样本多达10000株豌豆。在他之前，没有哪个植物育种家做过要求如此严格、数量如此之多的定量实验。
为了降低实验的复杂程度，孟德尔把重点放在了那些能呈现出明显差异的生物特征上。他用了好多年，仔细记录他设定的杂交的结果，发现了一些被别人忽略了的规律。最重要的是，他观察到那些豌豆植株表现出的或缺乏的性状——比如特定的花色或种子形状——之间是成特殊的算数比的。孟德尔所做的重要工作之一就是用数学方法来描述这些比例。他由此得出结论：豌豆花蕊里的雄性花粉和雌性胚珠含有他称之为“因子”的东西，这些遗传因子与亲本植物的不同性状有直接关联。不同的因子通过授粉结合后，会影响下一代植株的性状。只不过，孟德尔还不知道这些因子是什么，又是如何发挥作用的。
无独有偶，差不多就在孟德尔做豌豆实验的同一时期，另一位著名的生物学家查尔斯·达尔文也在研究金鱼草花的杂交实验，这种巧合耐人寻味。达尔文也注意到了类似的比例，但他没有试图去解释其背后的深意。不管怎样，孟德尔的成果几乎被他同时代的人完全忽视了，整整一代人后，人们才认识到他的发现有多么重要。
1900年前后，有些独立工作的生物学家们重现了孟德尔的实验结果，并对其加以发展，提出有关遗传方式的更明确的预测。孟德尔遗传学说（以这位堪称先驱的修道士的名字命名）由此诞生，遗传学也自此创立，引起了全世界的关注。
孟德尔遗传学说指出，遗传特征是由实际存在的粒子决定的，这些粒子总是成对存在，也就是孟德尔所说的“因子”，我们现在称之为“基因”。孟德尔遗传学说并未过多言及这些粒子是什么，但它用一种非常明确的方式阐述了这些粒子是如何遗传给下一代的。最重要的是，事态渐渐明朗了：这些结论不仅适用于豌豆，也适用于所有有性繁殖的物种——从酵母到人类，以及介于这两者之间的所有生物。你的每一个基因都是成对存在的，分别遗传自你的亲生父母。在受孕的那一刻，通过精子和卵子融合，基因被传递给了你。
19世纪的最后30多年里，也就是孟德尔的发现未被世人关注的那段时间里，科学并没有停滞不前。尤其值得一说的是，研究者们终于更为清晰地观测到了处于分裂过程中的细胞。最终，当这些观察结果与孟德尔遗传学说提出的遗传粒子联系在一起时，担当生命主角的基因就成了万众瞩目的焦点。
早期观测发现的线索之一是细胞内很像细线的微观结构。这种结构在19世纪70年代由德国细胞生物学家瓦尔特·弗莱明（Walther Flemming）首次发现，他曾是一位军医。在当时最先进的显微镜的帮助下，弗莱明描述了这些极其微小的细线是以何等有趣的方式活动的。细胞准备分裂时，弗莱明看到这些细线纵向地分为两半，然后变短变粗。接着，随着整个细胞一分为二，这些细线也分离开，分别包含在新形成的两个子细胞中。
弗莱明亲眼观测到的——但当时没能完全理解的——就是孟德尔遗传学说提出的遗传粒子，也就是基因的实体表象。弗莱明所说的“细线”就是我们现在说的“染色体”。染色体是所有细胞中包含基因的实体结构。
大约在同一时期，还出现了一条关于基因和染色体的关键线索，来自令人意想不到的观测对象：寄生蛔虫的受精卵。比利时生物学家爱德华·凡·贝内登（Edouard van Beneden）在仔细观察蛔虫发育的最早期阶段时，通过显微镜看到每个已受精的新胚胎的第一个细胞都含有4条染色体：从卵子和精子中分别得到的两条染色体。
这完全符合孟德尔遗传学说的预测——两组成对基因，在受精的那一刻融合在一起。凡·贝内登的结果后来得到了多次证实。卵子和精子中各有一半染色体，当两者融合成受精卵时，全部数量的染色体随之汇合。现在我们已经知道，有性繁殖的蛔虫是这样的，包括人类在内的所有真核生物也都是这样的。
不同生物的染色体数量差异很大：豌豆植株的每个细胞里有14条，我们有46条，而阿特眼灰蝶的细胞里有400多条。凡·贝内登非常走运，因为他观测的蛔虫只有4条染色体。但凡染色体再多几条，他就没那么容易数清楚了。正是通过密切观察蛔虫这种相对简单的对象，凡·贝内登才窥见了一个有关基因遗传的普遍真理。从一个简单的生物系统开始，从一个容易解释清楚的实验开始，我们可以开阔视野，由此提出有关生命运作规律的更具普遍性的见解。正因如此，我才把大部分工作时间都用于研究构造简单、容易研究的酵母细胞，而非更复杂的人类细胞。
综合弗莱明和凡·贝内登的发现，事情就变得越发清晰起来：染色体既能在细胞分裂时完成基因的代际传递，也能在整个生物体的代际间传递基因。你身体里的每一个细胞都包含你全部基因的副本，除了少数特例——比如红细胞，它们在成熟的过程中会失去整个细胞核，因而失去所有基因。在单个受精卵细胞长成一个完整的有机体的过程里，这些基因起到了重要的指导作用。在每个生命体的整个生命周期中，每个细胞构建和维持自身所需的必要信息都来自基因。每次细胞分裂时，整套基因都必须被完整复制，再均衡地分配给两个新形成的细胞。这意味着：细胞分裂是生物学中繁殖的基本示例。
生物学家面临的下一轮巨大挑战是了解基因到底是什么，以及它们是如何工作的。1944年，纽约的一小群科学家在微生物学家奥斯瓦尔德·埃弗里（Oswald Avery）
的领导下进行了一项实验，确定了基因的物质成分。当时，埃弗里和他的同事们正在研究引起肺炎的细菌。他们已经知道，如果把这些细菌的无害菌株与其已失去活性的毒株的细胞残余物混合时，它们会转变为危险的毒株。更要命的是，这种变化是会遗传的：只要这些细菌变为毒株，就会把这种特性传递给所有后代。埃弗里由此推断，作为一个化学实体，一个或多个基因被从失去活性的有害细菌中传递到了无害的活细菌中，并且永远改变了后者的性质。他明白了，如果他能发现失去活性的细菌中负责这种基因转变的部分，就能向世界展示基因是由什么物质组成的。
结果表明，事实上，具有关键性的转化特性的是一种叫作脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid）的物质——你可能对它的缩写，也就是大名鼎鼎的DNA更为熟悉。细胞内携带基因的染色体含有DNA，这个观点到这个时期已被广泛接受，但大多数生物学家认为，DNA太简单、太枯燥了，这么一个小分子承担不了遗传这样复杂的现象。他们错了。
你的每条染色体的核心都是一个完整的DNA分子。这些染色体可以非常长，每一条都能包含数百个，甚或数千个基因，一个接一个排列成链状。比如，人类的2号染色体包含一条有1300多个基因的长链，如果你把这一DNA片段拉出来，总长度将达到8厘米。如此算来，总体数量就极其惊人了，你的每个微小细胞里的46条染色体都有总长超过2米的DNA。经过神奇地打包，它们能全部被纳入一个直径不超过千分之几毫米的细胞里。更惊人的是，假如你能把自己体内数万亿个细胞里盘成螺旋状的DNA一一拉开，排成一条细线，其总长度将达到200亿公里。这个距离，足够从地球到太阳往返65次！
埃弗里是个相当谦虚的人，他没有大张旗鼓地宣传自己的新发现，另一方面，有些生物学家对他的结论持有异议。但他是对的：基因是由DNA构成的。当这个真理最终被世人领悟，就标志着遗传学乃至整个生物学的新纪元的到来。基因终于可以被理解为化学实体：遵守物理和化学定律的稳定的原子集合体。
然而，直到1953年，DNA的结构被阐明后，这个美好的新纪元才被真正开启。生物学中的大多数重要发现都有赖于科学家们数年乃至数十年的努力工作，他们要不断摸索现实的本质，才能慢慢地揭示出某个重要的真理。不过有时也不用太久，犹如神兵天降，惊人的发现会横空出世。DNA的结构就是这样问世的。在短短几个月内，三位科学家——罗莎琳德·富兰克林（Rosalind Franklin）
、雷蒙德·戈斯林（Raymond Gosling）
和莫里斯·威尔金斯（Maurice Wilkins）
——在伦敦完成了突破性的实验，之后，剑桥大学的弗朗西斯·克里克（Francis Crick）和詹姆斯·沃森（James Watson）解读了实验数据，并正确推导出了DNA的结构。而且，他们很快便领悟到了对生命体来说，这种结构意味着什么。
后来，我有幸和晚年的克里克和沃森成了朋友。他们两人特别互补。弗朗西斯·克里克思维敏捷，逻辑清晰。他会把问题无限切分，直到问题在他的凝视下消融，这话毫不夸张。詹姆斯·沃森有天赋异禀的直觉，能在别人还没有头绪的时候就有所断定，尽管他并不总是清楚自己是如何得出结论的。两人都很自信，直言不讳，与年轻的科学家们保持高度互动，虽然有时会批评他们。克里克和沃森联手，就是一个超级强悍的组合。
他们推导出的DNA双螺旋结构非常美妙，但真正的美妙之处并不在于螺旋结构本身的优雅，而在于这个结构能完美地解释遗传物质必须做到的、用以确保生命生存和延续的两大关键任务。第一，DNA必须能够对细胞和整个生物体生长、存续和繁殖所需的信息进行编码。第二，DNA必须能够精确、可靠地自我复制，确保每个新细胞和每个新生命体都能继承一整套遗传指令。
DNA的螺旋结构可以解释这两大关键任务，你可以把螺旋结构看作一架扭曲的梯子。现在，让我们来看看DNA是如何携带信息的。每个梯级都由成对的化学分子链接起来，这些化学分子被称为核苷酸碱基。碱基有四种不同的类型，我们可以将其简写为A、T、G和C，分别指代腺嘌呤（adenine）、胸腺嘧啶（thymine）、鸟嘌呤（guanine）和胞嘧啶（cytosine），这四种碱基沿着DNA阶梯的两条轨道或者链排列，起到储备信息代码的作用。这就好比一串有序排列的字母传达出了特定的语义，组成了你正在阅读的这句话。每个基因都是一条含有细胞信息的DNA编码。而所谓的信息则可能产生某种色素的指令，以此确定眼睛的颜色，让豌豆花的细胞变成紫色，又或是让肺炎细菌变得更具毒性。细胞“阅读”了基因编码，从DNA中获取信息，并将这些信息付诸应用。
接下来，DNA需要进行精确的复制，以便把基因中的所有信息忠实地传递给下一代细胞或生物体。组成梯级的两个核苷酸碱基的形状和化学性质确保了碱基只能以单一的、精准的方式配对。A只能与T配对，G只能与C配对。也就是说，如果知道DNA一条链上的碱基排列顺序，你就能立刻判断出另一条链上的碱基排列顺序。因此，如果你把双螺旋的两条链拆开，每一条都可以作为模板，完美地复制出原来那条成对的链。克里克和沃森发现DNA的构建方式后，立刻就意识到：细胞肯定就是这样复制DNA，并构建出携带基因的染色体的。
基因通过指导细胞制造特定的蛋白质，来对细胞的运作，乃至最终对整个生物体的运作产生重大影响。这个信息堪称生命的基点，因为在细胞中，蛋白质完成了大部分工作——细胞里的大部分酶、细胞结构和操作系统都是由蛋白质构成的。为了做到这一点，细胞要在两种文字间进行翻译：由A、T、G和C组成的“DNA文字”，以及由20种基本组成部分——氨基酸——有序链接而成的、更复杂的“蛋白质文字”。时值20世纪60年代初，基因和蛋白质之间的这种基本关系已广为人知，但还没有人知道细胞是如何将DNA文字转化为蛋白质文字的。
这种被称作“遗传密码”的关联给生物学家摆了一道真正的加密难题。20世纪60年代末至70年代初，许多研究者前仆后继，终于破解了这个密码。其中，我最熟悉的是弗朗西斯·克里克和西德尼·布伦纳（Sydney Brenner）
。西德尼是我见过的最机智、最不走寻常路的科学家。他曾经面试过我（我没有得到那份工作），在面试过程中，他把业界同僚比作挂在他办公室墙上的毕加索名画《格尔尼卡》中的疯魔形象。他的幽默基于这种出人意料的类比，我猜想，这也是他作为科学家所拥有的强大创造力的源泉。
他们和其他破译者的研究表明，由四个字母组成的DNA文字沿着DNA梯级边的两条链排列，每三个字母组成一个“单词”，这些短单词大部分都对应蛋白质的一个特定氨基酸。比如，DNA“单词”GCT告诉细胞在新蛋白质中添加一种叫作丙氨酸的氨基酸，另一个“单词”TGT则要求添加名为半胱氨酸的氨基酸。你可以把基因视为制造某种特定蛋白质所需的DNA单词序列。比如，人类基因中的β-球蛋白的基本信息包含在由441个DNA“字母”（核苷酸碱基）拼出的147个由3个字母组成的DNA“单词”里，细胞读懂后，将其转化为由147个氨基酸组成的蛋白质分子。β-球蛋白有助于形成红细胞中运载氧气的色素，即血红蛋白，使你的身体保持活力，并让血液看起来是红色的。
理解了遗传密码，就能解决生物学核心领域中最重要的难题，解释储存在基因中的静态指令是如何转化为活跃的蛋白质分子，从而构建和运作活细胞的。破解基因密码为当代生物学家们描述、解读和修改基因序列铺平了道路。当时，这一突破性进展显得极其重要，以至于有些生物学家暂停了研究，认为细胞生物学和遗传学的最基本问题已得到解决。甚至，弗朗西斯·克里克也决定将他的研究重点从细胞和基因转移到人类意识的奥秘上。
时至今日，50多年过去了，这个课题显然还没有终结，根本谈不上尘埃落定。不过，生物学家们还是取得了巨大的进展。在不到一个世纪的时间里，人们对基因的认识——从一个抽象元素开始——发生了天翻地覆的变化。到1973年，我完成博士学位后，基因已不再是一个概念，或只是染色体的一部分。基因是一长串DNA核苷酸碱基序列，作用是对蛋白质进行编码，让它在细胞中有精确的功能。
生物学家们很快就掌握了一些技能：如何找出特定基因在染色体上的位置，如何提取它们并在染色体之间移位；甚至将其插入不同物种的染色体中。举例来说，20世纪70年代末，大肠杆菌的染色体被重组拼接，使其含有可以调节血糖的胰岛素蛋白的人类基因编码。这些转基因细菌可以自行产生足量的胰岛素蛋白质，和人类胰腺产生的胰岛素蛋白质完全一样。自那时起，这种转基因技术已帮助了世界各地数百万糖尿病患者控制血糖。
20世纪70年代，英国生物化学家弗雷德里克·桑格（Fred Sanger）研发了一种读取基因信息的方法，这是一次重大的技术创新。他独树一帜地结合了化学反应和物理方法，能够鉴定出基因的所有核苷酸碱基的特性和序列（DNA测序）。不同基因中，DNA字母的数量跨度极大，有的包含几百个碱基，有的则多达数千个碱基，能够读取它们并预测它们将产生什么样的蛋白质无疑是一次巨大的进步。弗雷德里克是个特别谦逊的人，又格外有成就，最终两度荣获诺贝尔奖！
到20世纪末，我们已经能对整个基因组——也就是细胞或生物体中存在的全套基因或遗传物质，包括人类基因组——进行测序。到2003年为止，人类基因组的所有30亿个DNA字母已基本完成了首次完整测序。这是生物学和医学向前迈出的重要一步，此后进步的脚步也未曾减慢。虽然第一次基因组测序花费了十年时间和20多亿英镑，但今天的DNA测序机器可以在一两天内完成同样的工作，只需要几百英镑。
人类基因组计划的早期成果中，最重要的一项是列出了大约22000个蛋白质编码基因，这些基因是全体人类共有的，构成了人类遗传的基础。这些基因规定了我们共同的特征，另一方面也决定了我们作为独特的个体所拥有的遗传特征。光靠这些基因的信息还不足以解释人类是什么，但如果没有它们，我们的理解绝不可能是完整的。这就好比你有了一份人物列表——这个清单是必要的起点，但接下来更大的任务是写一出戏，并找到能诠释这些角色的演员。
而在“细胞”和“基因”这两个概念之间，细胞分裂的过程起到了至关重要的桥梁作用。细胞每次分裂，细胞内所有染色体上的所有基因都必须先被复制，然后在两个子细胞内平均分配，因此，基因复制和细胞分裂必须同步进行，密切配合。要不然，细胞会因为缺乏所需的全套基因指令而死亡，或功能失常。这种配合是通过细胞周期——调控每个新细胞诞生的精妙过程——来实现的。
DNA的复制发生在细胞周期的早期，DNA合成的时期被称作S期，新复制的染色体分离发生在后期，即有丝分裂的过程。这就确保了细胞分裂后产生的两个新细胞各自拥有完整的基因组。细胞周期里的这些事件证明了一个重要的生命特征：这些事件都是基于化学反应发生的，尽管是高度复杂的反应，但就事论事地说，这些反应本身不能被认为是有生命的。只有当创造一个新细胞所需的数百个化学反应一起发生，形成一个执行特定目的的整体系统时，生命才算开始。这就是细胞周期对细胞所做的贡献：它激活了生物体内DNA复制的化学反应，并由此实现细胞繁殖的目的。
我20岁出头时就认识到细胞周期对理解生命有多么重要，那时我在诺里奇的东英吉利大学读研究生，正在寻找一个研究课题来继续学术生涯。然而，当时我并没有想到，自己在20世纪70年代启动的研究项目竟会延及一生中的大部分时间，成为我毕生研究的热情所在。
和细胞生命中的大多数事件一样，细胞周期是由基因及其产生的蛋白质运作的。多年来，我的实验室的长远目标就是找到运作细胞周期的特定基因，继而找出它们的运作原理。为此，我们选用了裂殖酵母（一种在东非用于制造啤酒的酵母），因为它虽然相对简单，但其细胞周期与许多其他生物体——包括像我们这样更大的多细胞生物体——的非常相似。我们开始寻找和细胞周期有关的、含有基因突变的酵母菌株。
“突变”这个词语在遗传学家那里是有特定含义的。突变的基因不一定是畸形的或破损的，而是仅仅意味着基因的不同变体。孟德尔杂交出了不同的植物品种，比如开紫色花或白色花的植株，它们之所以不同，就是因为一个对决定花色而言很重要的基因发生了突变。按照这个逻辑，眼睛颜色不同的人也可以被认为是人类的基因突变品种。所以，在各种变异体中，究竟哪一种才该被视为“正常”，这种说法通常毫无意义。
基因的DNA序列被改变、重组或删除时就会发生突变。突变常常是细胞受损的结果——比如紫外线辐射或化学损伤——或是在DNA复制和细胞分裂的过程中偶发错误所致。细胞自带复杂精妙的机制，可以发现并修复这些错误，这就意味着：突变往往是非常罕见的现象。据估计，平均下来，每次细胞分裂只会发生三次小突变，这意味着每复制十亿个DNA字母才会出现一次突变，出错率非常低。但是，一旦发生突变，就会产生不同形式的基因，继而改变蛋白质，进而改变继承它们的子代细胞的生物性状。
通过改变基因的工作方式，有些突变会成为创新之源，这偶尔非常有用；但在大多数情况下，突变会让基因无法执行其适当的功能。有时，仅仅一个DNA字母的改变，就会造成很大影响。比如，一个孩子继承了两个β-球蛋白基因变体，其上只有一个DNA碱基出现了变异，但他的血红蛋白色素就会因此不能充分发挥作用而患上名为镰状细胞病的血液病。
为了搞清楚裂殖酵母细胞是如何控制细胞周期的，我到处寻找无法正常分裂的酵母菌株。我知道，只要找到这些突变体，我们就能锁定运作细胞周期的基因。所以，我和实验室的同事们开始寻找细胞无法分裂但仍能生长的裂变酵母突变体。在显微镜下很容易发现这些细胞，因为它们没有分裂却在不断生长，因此大得异乎寻常。多年来，确切地说是40多年来，我们的实验室发现了500多个这样的大细胞酵母菌株，这些菌株确实都有突变，导致细胞周期中特定事件所需的基因失去了活力。这意味着至少有500个基因参与了细胞周期，约占10%——在裂殖酵母中总共发现了5000个基因。
我们就这样向前迈进了一步，因为这些基因显然是酵母细胞完成细胞周期所需要的。不过，它们并不一定都是控制细胞周期的。你可以想一想汽车的工作原理，汽车出故障的时候，很多部件都会让车停下来，比如车轮、车轴、底盘或发动机。它们固然都很重要，但都不是驾驶者用来控制行驶速度的部件。我们真正想找到的是加速器、变速箱和刹车。说回细胞周期，我们要找的是控制细胞完成细胞周期的速度的基因。
研究过程中，我在极其偶然的情况下无意间发现了第一个控制细胞周期的基因。我清楚地记得那一刻：1974年，当时我正用显微镜费力地寻找更多异常增大的突变酵母细胞菌落——这活特别累人，因为在我所观察的每10000个菌落中，大概只有1个是真正值得研究下去的。我常常要花整整一上午或一下午才能找到一个这样的突变体，有些日子里则根本找不到。那天，我突然注意到一个菌落，里面的细胞异常小。起初，我以为有细菌污染了皮氏培养皿
，这种失败相当常见。再仔细观察后，我意识到它们可能意味着更有趣的东西。它们有没有可能就是酵母菌突变体，因为还没来得及生长就急速完成了细胞周期，所以分裂出的细胞体积较小？
事实证明，这个思路是正确的，突变的细胞里确实有一个基因变了，而这个基因恰好控制了细胞进行有丝分裂和细胞分裂的过程，进而影响了整个细胞周期的完成速度。这正是我希望找到的基因。这些细胞就像一辆加速器出了故障的汽车，汽车——在实验里就是细胞周期——的速度因此被加快了。我称这些小个头的菌株为“wee”突变体，因为它们是在爱丁堡被首次分离出来的，wee在苏格兰语中就是小的意思。我必须承认，半个世纪前抖的小机灵现在看来实在太小儿科了！
后经研究表明，第一个wee突变体里的变异基因与另一个更重要的基因共同起了作用，而后者恰恰是控制细胞周期的核心。随着研究继续进行，又有一些出人意料的偶发事件让我找到了第二个很难找到的控制基因。我一连几个月都在分离小个头细胞wee突变体的各个菌落，费尽千辛万苦收集到了近50种。这比找异常大号的细胞突变体更难，每找一个就要花费将近一周的时间。难上加难的是，我煞费苦心找出来的大多数菌株都含有同一基因的突变体，差异很有限，深入研究的意义不大，我当时将其称为“wee1”。
后来，在一个阴雨连绵的星期五下午，我又发现了一个wee突变体。这一次，我的培养皿肯定是被污染了：培养皿和那些引起我注意的异常小的酵母细胞都被一种侵入培养皿的真菌的长卷须覆盖住了。我很疲惫，心里很清楚：清除这种程度的真菌污染太费劲了，不仅费工夫，还特别枯燥乏味。无论如何，我估摸这种新菌株很有可能还是含有同一基因的另一种变异形式，也就是说还是wee1。我把整个培养皿扔进垃圾箱，回家喝茶去了。
那天晚上，我对自己的做法深感愧疚。万一这个突变体和其他50个wee突变体不一样呢？那天，爱丁堡的夜晚又黑又潮湿，但我还是骑上自行车，回到了山上的实验室。接下来的几周里，我设法将新的wee突变体从侵入的真菌中分离了出来。之后，令我喜出望外的是，事实证明，这不是wee1基因的另一种变体，而是一个全新的基因，并且它最终成为一把钥匙，解开了基因如何控制细胞周期的奥秘。
我称这个新发现的基因为细胞分裂周期2（cell division cycle 2），简称cdc2。回想起来，我时常后悔：要是当时能给这个细胞周期谜团的核心部件取一个更优雅，至少是更容易让人记住的名字，那该多好啊！毕竟，你将在本书的后半段看到更多关于cdc2的内容。
事后看来，这一切——无论是做还是想——都真的很简单。运气也非常重要：先是意外发现了第一个wee突变体，我甚至没有特意寻找它；再是命运的转折，让我从垃圾箱里捡回了“失败”的实验品，最终找到了控制细胞周期的核心。在科学研究领域，简单的实验和思维可以带来惊人的启迪，尤其是在辛勤工作、保持希望的基础上，当然还有偶然的幸运加持。
我在爱丁堡默多克·米奇森教授的实验室工作时所做的大部分都是这样的简单实验，当时我还是个年轻的初级研究员，刚结婚没多久。默多克为我提供了实验所需的空间和设备，也对我的实验提出了无数建议和意见。尽管他付出了这么多，却不让我在任何一篇论文上把他列为合作作者，因为他觉得自己贡献得还不够多。当然，事实并非如此。我在从事科学工作过程中所体会到的最重要的一点，正是这种慷慨，而这种气度本该得到世人更多的关注。默多克是个很有趣的人。除了我刚才说的慷慨，他还有些害羞，并且全身心地沉浸在自己的研究中。他不在乎别人是否对他做的事情感兴趣，他只踩着自己的鼓点前进。如果默多克还在世，可能不会同意我在这里特别提到他，但我想特别感谢他，因为是他让我明白了：为什么最好的研究既有强烈的个人色彩，又是完全共享的。
生命的存在离不开基因：每一代新细胞、新生物体都必须继承生长、活动和繁殖所需的基因指令。这意味着，生命要想长期存在，基因必须能够非常精确、小心地复制自己。只有这样，DNA序列才能在多次细胞分裂中保持不变，基因才能经受住“时间的考验”。细胞以令人惊诧的精准性实现了这一点。我们身边处处可见细胞的成果。有22000个基因控制着你的细胞，其中绝大多数基因的DNA序列与当今地球上所有其他人的几乎完全相同。在很大程度上，你的基因DNA序列和远在几万年前的史前深处，靠打猎和采集果实为生，围着篝火讲故事的人类祖先的DNA序列也难以区分。满打满算，使你的先天特征与我的先天特征，以及我们俩与史前祖先的先天特征不同的突变，加起来只占你的DNA密码总量的一小部分——还不到1%。这是21世纪遗传学的重大发现之一：在不同性别、种族、宗教和社会阶层中，我们的基因组——每个人都有多达30亿个DNA字母——都非常相似。全世界都该重视这个关乎平等的重要证据。
但是，我们也不能无视基因中携带的那些零散的变异。虽然总量很少，但它们可以对我们个体的生物学历史和生命史产生很大的影响。比如，有些变异是我和女儿，还有孙辈共有的，这解释了我们作为一个家族在某些方面的相似性。还有些基因变异是我们每个人独有的，在一定程度上使我们成为独特的个体，或多或少、或强或弱地影响了我们的身体样貌、健康和思维方式。
遗传学塑造了我们的自我认知和世界观，对所有人的生活都非常重要。人过中年，我发现了一些关于自己的基因的非常惊人的事实。我生长在一个工人阶级家庭，父亲在工厂工作，母亲是清洁工。我的哥哥姐姐都在15岁时辍学，只有我继续读书，后来还考上了大学。我的童年过得很快乐，该有的都有，哪怕有点老土。我的父母比我朋友们的父母年长，我常开玩笑说，这感觉就像我是被祖父母带大的。
多年后，我得到了新工作，在纽约洛克菲勒大学担任校长，并去申请了绿卡，以便在美国长住。令我吃惊的是，我的申请被拒绝了。美国国土安全部说，这是因为我一直使用的出生证上没有列出父母的名字。我一怒之下寄出申请信，要求完整的新版出生证明。但当我打开那封装着新证明的信后，我震惊了。新证明表示，我的父母并不是我的父母——他们其实是我的外公外婆。我的亲生母亲其实是我的姐姐。原来，她17岁时怀了孕，但当时的社会认为未婚生子是很可耻的行为，所以她被送到了诺威奇的姑姑家，而我就是在那儿出生的。她带我回到伦敦后，外婆为了保护自己的女儿，就假扮成我的母亲，把我抚养成人。发现这件事后，我觉得最大的讽刺莫过于，虽然我是个遗传学家，但我竟然不知道自己的遗传信息！所有可能知情的人都过世了，所以事实上，我至今仍不知道自己的亲生父亲是谁：在我的出生证上，本该是他名字的地方只有一条横线。
所有个体出生时都自带新鲜的遗传变异，数量相对来说很少，多半是随机发生，并非从亲生父亲或母亲那儿继承来的。这种遗传差异不仅决定了生物个体的独特性，也解释了为何物种不会长期稳定不变。生命始终在试验、创新和适应，生命改变世界的同时，世界也在随之改变。为此，基因必须在变与不变之间保持平衡：既要保持恒定以保存信息，又要兼具改变的能力——有时甚至是实质性的改变。下一个概念将向我们展示基因是如何做到这一点，并让生命展现出令人目眩神迷的多样性的。
这个概念就是自然选择的进化。