一. 概述

最近收到不少悟空回答邀請，不過說實話大部分的問題提的不太好，不太能引起我的寫作欲。我一向認為：一個好的問題，好過一切答案。對我來說，一個好的問題首先不能太範範，感覺可以一言以蔽之；然後又不能太專業，讓大多數人望而祛步。最好要有一定的趣味性和爭議性，可以引發進一步的思考。主問題所說：“基因是有遺傳效應的DNA片段”，先不管是哪裡來的定義，包含一些大多數人都知道的概念，如基因，DNA；但又包含大多數人都不真正理解的內涵，所以我準備深入淺出的說一說。

首先，引一下最權威的教科書，《GENE》第XI版對基因的定義

“The gene is the functional unit of heredity.”

這裡插一句，對於某些領域的教科書，比如說經典遺傳學，建議大家有條件直接看英文原版。不是說崇洋媚外，是因為領域裡最早的概念並非來自國內，所以相關領域中文教科書中的概念，都是翻譯原版而來，而且往往時效性滯後。就比如主問題對基因的定義，明顯是基於舊概念。大家可以注意到，最新教科書對於基因的定義，主要包括以下內涵：

1. 基因是有遺傳效應的

2. 基因是有功能的單元

顯而易見，新概念和舊概念一致的地方，在於基因必須有遺傳效應；修改的地方，在於把基因的分子屬性範疇，從DNA，擴充套件到了一切有功能的單元。

“基因”這個詞最早在1909年由丹麥遺傳學家W. Johansen提出，而經典基因定義的內涵是根據中心法則（如下圖）來詮釋的。中心法則就是說：生物體內所有的生物功能是透過DNA-RNA-Polypeptide（多肽-實際上就是我們常說的蛋白質）這個物理和邏輯鏈來實施的。基因位於DNA上（如圖的雙鏈雙螺旋結構），但本質上只是一段程式程式碼（很像程式語言中的函式- function），本身不執行任何功能；如果要執行功能，這段程式碼會首先被類編譯器的東東解析（這個過程專業術語叫轉錄 - transcript）成RNA（如圖的單鏈結構），類似於windows下的exe可執行檔案；然後一個類似執行器的東東會根據RNA攜帶的資訊合成蛋白質（專業術語叫翻譯 - translate）。而蛋白質就像各種微型的機器，去執行生物體內的各種最終任務。

因為早期研究方法的限制，人們認為生物體內的程式設計方式也就僅此而已了，中心法則可以完全涵蓋。用碼農可以理解的話說就是：基因是寫在DNA上的函式，函式中的程式碼，只包含描述蛋白質機器結構相關的內容。

三. 碼農專屬的擴充套件知識

實際上，主問題還混淆了一個概念：即認為僅僅編碼區稱作DNA，非編碼區就不叫DNA了，所以這裡要澄清一下編碼區和非編碼區的問題。見下圖，這是一個完整的真核生物（包含人類在內的的大部分高等生物）的基因結構，或者說是一段完整的函式程式碼。所謂編碼區（編碼蛋白的區域），就是這段區域的程式碼，描述的是蛋白質機器的結構。編碼區的程式碼中還有所謂的外顯子（exon）和內含子（intron）。編譯器處理編碼區的時候，會把內含子去除，只把外顯子的程式碼連線起來。碼農可以認為內含子就是用來分割程式的註釋符號，作用就是讓核心程式碼更明顯，讓程式看起來更整潔而已（當然現在發現內含子實際作用遠大於此，這個不深入講了）。

早期人們認為這就是一個基因中所包含的所有資訊了，但後來發現，編碼區的前面和後面區域的程式碼，也是函式的一部分。碼農可以把這些區域的程式碼理解為標頭檔案，或者擴充套件程式碼。這些區域的程式碼，可以決定這個基因與其解碼器的互相作用方式。也就說，同一個函式，可以有不同的解碼方式，從而編碼不同的蛋白機器，所以這些程式碼一般叫做調控元件。實際上還有很多調控元件，很多還沒有研究清楚，這裡就不一一贅述了。總之最新的基因概念，對於碼農來說，就是包含了所有這些調控元件的函式。

四. 為什麼對基因的最新定義，不侷限於DNA了？

很簡單，因為雖然大部分生物的基因程式碼，都是以DNA為物理承載體的。但有一些奇怪的東東，它們的基因程式碼並不寫在DNA上，比如說，臭名昭著的HIV。

HIV，SARS，埃博拉，H1N1，這些你耳熟能詳的名字，都屬於一類叫做RNA病毒的東東。顧名思義，這些病毒內沒有DNA，只有RNA。那麼這些強悍的傢伙顯然不準備遵循上面說的那套經典的中心法則，而是另闢蹊徑。

拿HIV為例，它體內只有RNA，也不自帶編譯器，執行器之類的東東。那麼怎麼繁殖？在360幹過的碼農恐怕要搶答了：和計算機病毒很像，人家直接劫持宿主的一套東西幹活，加十分！HIV侵入細胞以後，直接把自己的RNA釋放，讓宿主的編譯器把這段RNA反編譯成DNA（專業術語叫逆轉錄）。然後宿主的DNA會被切開，這段逆轉錄的DNA就被連線上去。現在好了，函式可以被隨便插進一段程式碼，那你還不是想幹什麼就幹什麼。先以宿主細胞為原料工廠，複製上幾億個自己再說，然後把工廠一炸，大家再跑出去隨便瘋狂。

當然，人家這段RNA也算是一種函式，因為人家有功能，而且能遺傳，所以也叫作基因。

五. 總結與展望

隨著現在的生物學發展，已經發現了越來越多超越前人想象的事實。比如，不但編碼的內容，編編碼的註釋方式，編碼使用的字型等等等，會決定函式的功能，甚至連書寫編碼所用媒介的三維結構，也就是染色體的形狀和摺疊方式，都可能影響函式的功能。舉例子，我寫了一堆函式，但是我把儲存它們的硬碟藏起來了，你是不是也沒法用。想用的時候，把硬碟再接上，不服不行吧。這就對應著基因組的甲基化以及表觀遺傳等，但對於這個問題的回答，顯然太發散了，就此打住。

這句話適合於細胞生物，因為細胞生物的遺傳物質是DNA，但是某些病毒的遺傳物質不是DNA而是RNA，比如艾滋病病毒，流感病毒等。他們的基因是RNA。而還有一種朊病毒它既沒有DNA也沒有RNA，而是靠著自身的變異蛋白質來誘導其他蛋白質變異，也就是人們說的瘋牛病病毒。所以說生物還是挺複雜的，不是大家想象的那麼簡單。