作者：柳振浩 日期：2015-02-25 10:53:15
《生命藏在量子中》从量子角度，用有趣、简洁的事实解释这些现象。这是比分子生物学更有深度的一个量子领域。这会加深对生命，传统生物学更好的理解。用大量现代科学及探索，探求了生命元素在太空中的存在形式，生命中的量子现象，量子的记忆，自我组织，系统组织等特性，从而帮助人们更多的理解生命起源的量子逻辑。讲述了基因本质是量子信息的流程，道金斯的自私基因的错误所在，表观遗传学的最新证据，第一次表明了遗传的多重性。人的意识是几百万亿微生物的代表，多细胞生命的智能演化，微生物也参与了生命进化。你会了解，母子情深的生物学依据，肠胃系统的第二思维能力，人体健康与细菌之间的关系，动物的情感，思维，人类进化的两栖路线，及植物世界的意识等。
作者简介：
柳振浩，1975年出生，毕业于河北科技大学。从小喜欢看各种书籍，喜欢数理化，喜欢动手研究，高中时代，一边学习一边利用业余时间研究天文，物理，生物，哲学等，高中时就读完了大学物理并记录了表观遗传学在遗传中的作用，直到最近几年表观遗传学才获得更多的证明。宇宙是如何诞生的？生命是如何来到世间？植物是否拥有思考能力？这些很多奇怪的想法一直驱动着他的好奇心，希望探索其中的终极奥妙。从2009年开始，翻阅大量的资料，开始了没有实验室的科学探索。
目录：
序
第一章宇宙中的生命
004第一节生命是偶然还是必然
006第二节量子意识
011第三节太空中的生命元素
第二章生命中的量子特征
023第一节生命极端环境下的量子特征
033第二节太空与地下的生命圈
039第三节生命中的量子力学效用
第三章量子的智慧选择
049第一节量子的智慧选择
060第二节量子生命演化的逻辑
074第三节“人造生命”的发展序
第一章宇宙中的生命
004第一节生命是偶然还是必然
006第二节量子意识
011第三节太空中的生命元素
第二章生命中的量子特征
023第一节生命极端环境下的量子特征
033第二节太空与地下的生命圈
039第三节生命中的量子力学效用
第三章量子的智慧选择
049第一节量子的智慧选择
060第二节量子生命演化的逻辑
074第三节“人造生命”的发展
第四章物质与生命的界限
084第一节依靠叶绿体生活的动物
087第二节像动物一样行动的植物
093第三节病毒、有机物及生命的演化
第五章细胞与基因的量子信息逻辑
105第一节一台精密的量子计算机
110第二节细胞里的活性物质
120第三节基因的本质是量子信息的流程
第六章地球自发生命的起源
135第一节奥巴林生命起源的三部曲
137第二节地球生命的形成
141第三节细胞的形成
第七章拉马克：谁动了我的进化论
151第一节拉马克表观遗传学与达尔文自然选择的冲突
154第二节非基因表观遗传
158第三节我们吃的不是“食物”，是“信息”
第八章细胞环境与DNA的双重遗传
170第一节非DNA记忆
175第二节双重遗传
第九章人的意识是500万亿个微生物的代表
186第一节人体生物心理学的依据
189第二节人的意识是500万亿个微生物的代表
204第三节挑战达尔文：微生物也是进化的主角！
第十章意识是群体生物体的进化反映
211第一节微生物的集体意识进化选择
218第二节向多细胞动物演化的智慧有机复合体
227第三节植物的意识
第十一章思维的疆域——人类起源的两栖进化
239第一节有感情的动物世界
242第二节动物的智慧
249第三节人类起源的两栖进化
第十二章生命奇观
265第一节意识的选择
270第二节中医属于科学吗？
281第三节道金斯错了，人不是自私的基因机器
286总结社会达尔文主义请带上拉马克的气息
人的意识是500万亿个微生物的代表
意识之谜：你呱呱坠地，你牙牙学语，你去上学，你去上班，你哭，你笑，你犹豫不决，你斩钉截铁，你一直以为你就是你，你的意识就是你的意识，其实不然，你的意识是你体内500万亿生物的集体反映，你只是它们的代表与集合！你只是它们的代言人！你的意识来自多分子的感知，是多分子的聚合下的整体感知效应，当你在做决策的时候，其实是在为你的身体细胞服务，为生存在你体内的细菌服务。
意识是什么，比如母子连心的科学依据，被人认为是天然的，但是现代科学研究认为其有生物学依据，胎儿细胞能够进入人体、大脑里面。比如人们文学作品会描述心想事成、心理变化、心理高兴，但是科学家给了人们肠胃有第二大脑的科学依据。人们品尝美味会引起身体情绪的美感，科学事实证明，肠胃里的细菌会改善人的情绪。人类的性格脾气，也有病毒基因、细菌的参与及影响。人的精神因素有“肠胃神经系统”第二大脑的影响，有细菌的暗中细微的参与。意识是什么，人的独立意识，必须从生命微观生物及细胞演化开始了解，人的意识不是独立的，而是几百万亿细菌与细胞体的集合反映。
从量子角度来看，意识来自多量子的感知，是多量子的聚合下的整体感知效应。
追踪一下，人体内的每一个原子都至少有几十亿岁历史，氢诞生于137亿年前的宇宙大爆炸，碳和氧等更重的原子是70亿到120亿年前在恒星体内产生的。
一名成年人身体细胞大约是50万亿个，人体微生物数量是细胞的10倍大约是500万亿个。人体每个细胞内平均有300~400个线粒体，人体细胞内的线粒体都是有细菌演化而来的，人体基因里面包含不低于8%的病毒基因。人体更像是一个微生物体的集合，你不是你，你的独立的人格似乎是这个生物集合体的代言。
生物体内有机分子大概有6千到6百万个原子组成，自然界最大的分子是人的染色体1，人体细胞核子里含有23对染色体，染色体1是自然界中最大的染色体，包含大约100亿个原子，人体内的细胞在做着精确的运算，染色体中的基因与核小体在精确的缠绕。一名成年人的是细胞由大约7×1027个原子组成，从量子角度讲，人体内及其代表的智慧与意识本质就是量子的集合表现，人的意识正是一个量子集合的代言。
从量子角度看来，人体与物质都是原子的组成，世界所有物质都是由分子或直接由原子构成。原子质量极小，且99.9%集中在原子核。原子是个空心球体，如果原子核假如是葡萄（20毫米）大小，那么整个原子的范围应该在200米范围左右，原子核外的空间大部分就是一直在运动的电磁场，生物的活动依赖于原子核的电磁空间。
在生命几十亿年漫长的演化中，从量子的智慧选择到有机分子的演变，从DNA与蛋白质等有机分子的集体协作促成成为生命的原始表达，从单细胞到多细胞的生命体的演化，从低级动物向人类的发展，生命一直在体现集体的智慧。而也就是在漫长的演变中，从单细胞向多细胞的开始，人是细胞与寄生在身体内的细菌的集合，而意识就是来源于此。
我们吃的不是“食物”，是“信息”
美发现获得小RNA进行遗传：哥伦比亚大学医学中心的研究人员通过RNAi（RNA干扰）首次发现，获得性性状可以通过小RNA进行遗传，而不需要基因组DNA的参与。该发现表明长期以来遭受人们误解的生物学家拉马克的观点并非完全错误。该研究报告的主要作者乌迪德·瑞卡维教授说：“在我们的最新研究中，具有抗病毒病免疫力的线虫能将这一性状传给它们连续几代的后代。免疫力通过RNA干扰的方式遗传，而不依赖于DNA遗传。”
为了进一步研究这些现象，CUMC研究人员转向研究线虫，因为线虫有利用RNAi抗病毒的不寻常的能力。在目前的研究中，研究人员利用一种昆虫病毒感染线虫，发现线虫通过RNA干扰的方式沉默病毒基因，从而获得了针对这一病毒的免疫力。当它们的后代被暴露在病毒中，它们仍然能够用免疫力保护自己。科学家利用1年的时间对超过100代的线虫进行了追踪，发现它们持续地保有了这一免疫特性。实验被设计成使线虫无法通过基因突变获得抗病毒性。研究人员由此得出结论，抵御病毒的能力是通过某些病毒RNA分子而非DNA储存的形式传递到了后代体细胞中。
CUMC研究团队现正研究其他性状是否也通过小RNA继承。瑞卡维博士说：“在一项实验中，我们在培养皿里复制了荷兰饥荒事件，我们让蠕虫挨饿，由于饥饿，我们看到小RNA分子正在生成，并传递给了下一代。”通过这些研究，哥伦比亚大学医学中心的研究人员验证了拉马克的“获得性遗传”理论。
在2011年9月20日出版的《细胞研究》（Cellresearch）的一篇研究中，南京大学生命科学学院张辰宇教授团队展示了一项非常令人惊奇的发现——植物的微小核糖核（microRNA）可以通过日常食物摄取的方式进入人体血液和组织器官。并且，一旦进入体内，它们将通过调控人体内靶基因表达的方式影响人体的生理功能，进而发挥生物学作用。该研究证明植物微小核糖核酸可能是食物中的“第七种营养成分”（其他六种分别是水、蛋白质、脂肪酸、碳水化合物、维他命和稀有元素）
微小核糖核酸是一类长约19至24个核苷酸的非编码小分子RNA，它通过与靶基因的信使RNA（mRNA）结合的方式抑制相应的蛋白质翻译。该课题组之前的研究成果表明微小核糖核酸可稳定存在于哺乳动物的血清和血浆（循环微小核糖核酸）中，是由组织和细胞主动分泌的（分泌型微小核糖核酸）。因此，循环微小核糖核酸是一类新型的疾病标志物，可应用于疾病，如肿瘤的早期诊断、个体化治疗的指证等方面，分泌型微小核糖核酸也是新的一类重要的信号分子，调控细胞间和组织间的信号传递。
在研究中该课题组发现：外源性的植物小RNA以在多种动物的血清和组织内检测到，并且它们主要是通过进食的方式摄入体内的。其中编号为168a的植物小RNA（MIR168a）是富含在一种稻米中、同时也是中国人血清中含量最为丰富的一种植物小RNA。体内和体外的功能性研究表明：植物MIR168a可以结合人和小鼠的低密度脂蛋白受体衔接蛋白1的mRNA，从而抑制其在肝脏的表达，进而减缓低密度脂蛋白从血浆中的清除。这些发现证明食物中的外源性植物微小核糖核酸可以通过调控哺乳动物体内靶基因表达的方式影响摄食者的生理功能。
为了测试植物微小RNA在被人吃下后，能否再活着进入人体，张辰宇和他的研究团队找到了31名健康的中国人血液中的微小RNA，吃惊的是，他们发现了大约40种类型的植物RNA在这31个人的血液中循环流通！在这些血液中的微小RNA中，浓度最高的是156a和168a。它们在大米、白花菜、包心菜和西兰花之类的十字花科蔬菜中大量存在！而且实验证明：即使米饭煮熟后，这种编号为“168a”的植物微小RNA也是“活”的，它煮不死（生米中最多，米饭煮熟大约还能剩下近4成）。这两种微小RNA在大米和大白菜中最为丰富。除了稻米等，在小麦中MIR156a也含量不菲。
随后，进入到动物实验阶段，研究人员在小鼠的血液、肺、小肠和肝脏中检测到这两种浓度可变的微小RNA，当用糙米喂食小鼠（已证实煮熟的米饭也含有168a）后，它们的浓度显著上升。这一发现颠覆了科学界此前普遍认为食物中调控基因的微小RNA是不太可能被“吃”进人体的观点。
张辰宇认为：“从某种意义上来说，我们吃的不仅仅是食物，还有信息。”这个发现，让“吃什么补什么，一方水土养一方人”这些老话似乎有了理论依据。此信息即是微小RNA的序列特征，因为来源于不同食物的多种多样的微小RNA一旦被人体吸收，将导致潜在的不同类型的基因对人体产生不同的影响。
与DNA不同，RNA更像一个工人，能主动将DNA中的内容“翻译”出来，行使各种生理功能。以前科学家一直以为各种RNA均是生命体“自产自销”，但这次却发现RNA家族中的微小RNA竟能“跨界”工作，在植物中产生，被动物吃下肚后，还能“兴风作浪”。
张辰宇以“168a”为例通过实验发现，它能与肝脏中一个基因的信使RNA结合，抑制该基因的蛋白表达，进而减缓低密度脂蛋白从血浆中清除的速度。“简单说来，这会让人更容易得高血脂、糖尿病等代谢疾病。”
张辰宇认为：目前谈不上是控制人类，因为大米里面一直都存在着很多活性物质。微小RNA作为新近发现的一种新的活性物质，它有很多品种，存在于大米中。这些品种有的对人有害，有的对人有益。动物和植物一直在用各种方式共同影响、彼此渗透，甚至传递信息。
该发现的潜在意义还在于它为我们理解跨“界”（比如动植物间）的相互作用甚至是共进化（co-evolution）提供了新的线索，也为我们思考微小RNA的调控作用以及思考来源于食物、植物以及昆虫的外源性微小RNA在猎物和捕食者间的相互影响中的潜在作用开辟了新的道路。
这个有意思的研究表明了除了水，蛋白质，脂肪酸，碳素化合物，维他命，稀有金属外，植物的微小核糖核酸也能成为食物中的营养成分。
《自然》新闻稿评述说：“这一成果为我们展示了一种全新的普遍存在的生命调节机制：动物与植物是如何在分子层面上跨界交流的。”《细胞研究》执行主编李党生说，这一发现将为科学认识中草药开辟一个新的角度。
顾秀林教授评论：“为什么会有人说‘麻烦大了’呢？因为转基因的生物被人类做了手脚后，牵一发会动全身，那么复杂的一个巨大系统，往里面插几个基因，算是‘已知”的改动，会不会因此多了或者少了几个microRNA？那可是未知数！我们不知道的危险，才是最大的危险。”
英籍华人知名遗传学家侯美婉博士表示：“这确实非常有意思。但是，他们应当同时提出食用转基因生物体的危险，因为含有某些非自然免疫核糖核酸（iRNA）可能并非有益。这样一来，所有转基因生物体，必须筛选iRNA进行与对照非转基因生物体比较！”
在另一篇报道中，2011年哥伦比亚大学医学中心（CUMC）的研究人员通过RNAi（RNA干扰）首次发现，获得性性状（acquiredtrait）可以通过小RNA进行遗传，而不需要基因组DNA的参与，这是美首次发现获得性性状不依赖于DNA遗传的证据。
这些研究发现不仅环境可以影响基因表达，而且饮食也可以改变基因表达，而下面这个研究仅通过改变基因外的蛋白就可以开关基因功能。
食品能改变人的遗传
饮食是否能够影响生物进化一直使人感觉困惑，而下面的例子恰恰说明了饮食不仅能改变动物的遗传，还会影响人的性格，外貌。只有从包括动物体生态系统的角度，才能够更好的理解进化思维，才能够使进化论更完善。
南太平洋岛国所罗门群岛有一个人文奇观，在岛上的居民有着黝黑的皮肤，但却拥有金黄色的头发，所罗门群岛上大约有5%至10%的人口DNA序列中拥有“金发碧眼”的基因，许多人认为这是基因流动的结果。比如来自欧洲的探险家、商人以及来群岛上旅游的金发人种将此基因融入这片群岛中。但是，通过最新的研究发现，所罗门群岛上部分人口的金黄色头发基因源自本土进化，与欧洲人的金发碧眼基因存在不同点，这是常年暴露在阳光照射以及大量食用海产品的结果。
这项工作在2009年，由迈尔斯（Myles）与尼古拉斯·廷普森（NicholasTimpson）博士完成的，参与调查研究的遗传学家在海滩上进行了一次简单的统计，玩水嬉戏的孩子们中大约由5%至10%拥有金色的头发。他们发现，所罗门群岛居民DNA序列调查中存在一个惊人信号，明确指向一个基因，正是该基因的表达使得当地部分岛上居民拥有金黄色的头发。这个强烈的单一信号在9号染色体说明了所罗门群岛居民头发颜色存在50%的差异性原因。然后研究小组将TYRP1基因进行识别，该基因可编码与酪氨酸酶有关的蛋白质，这种物质是目前公认的可影响色素酶的产生。
进一步的研究发现所罗门群岛上居民染色体上控制金发基因的变异体并不存在于欧洲人的染色体内，因此，科学家可得出一个结论：从很大程度上来说，在赤道以及大洋洲出现的金发基因是在当地环境影响下而演化出来的。
2013年7月，秘鲁科研人员称发现有助延寿的天然植物。秘秘鲁拉莫利纳国立农业大学的项目主任维达尔·维利亚戈梅斯介绍说，这种植物通常生长在海拔3000米以上的高原湖边浅水中、高原湿地及河流和泉水的发源地等，当地居民称这种植物为“库丘乔”或“长寿根”。库丘乔的营养价值主要在根茎部分，其形状类似萝卜，平均长3厘米至6厘米，可鲜食或晾干后磨成粉冲服，有甜味、易消化，很容易被人体吸收。
维利亚戈梅斯说，检测显示，库丘乔中含有大量高品质淀粉和钾等多种矿物质，其蛋白质含量高于其他谷物，钙含量为牛奶的2倍，磷含量为其他食品的4倍。他认为，由于这些营养物质可强身健体，因此长期食用即可延年益寿。他说，普诺省科遥地区的高原村落中已发现不少百岁老人，食用库丘乔已成为当地居民日常饮食的一部分。
美国科学家发现迷幻蘑菇可改变人类性格：2011年10月，美国科学家发现一种神奇的蘑菇，如果大剂量摄入，可以改变一个人的性格，变的更具有开放性。更令人感到吃惊的是，这种改变并不是持续短短几个小时，至少可以持续一年。
含有致幻化合物裸盖菇碱，一次摄入大剂量裸盖菇碱造成的性格改变可持续相当长时间，这种改变并不是持续短短几个小时，有近60%的人至少持续一年时间。研究领导人教授罗兰—格里菲思表示，大量研究参与者在摄入裸盖菇碱一年后性格仍处在变化之中，这种改变可能是永久性的。研发成果可用于未来的抑郁症药物治疗。参与者性格方面的“开放性”受到持久影响，这种开放性包括想象力、审美能力、抽象思维以及开阔性思维。裸盖菇碱导致的性格改变相当于性格在几十年内缓慢发生的变化。格里菲思指出，他表示这项研究发现表明，对裸盖菇碱的摄入量进行控制可用于治疗癌症患者的抑郁症，也能帮助烟民戒烟。
2012年1月，美国研究人员吉恩·鲍曼等发现，可乐、薯条等垃圾食品不仅腐蚀牙齿、增加腰围，还有损大脑，加速大脑老化，容易“脑残”。而富含维生素的食物和鱼则能延缓大脑萎缩，有助预防老年痴呆症。研究人员分析了104名、平均年龄87岁的健康老人血液样本。他们发现血液中维生素B族、C族、D族和E族水平较高的老人，在记忆力和思维测试中表现更佳；血液中欧米茄—3脂肪酸水平高的志愿者，测试得分也较高；得分最低的老人血液中反式脂肪酸较多。反式脂肪酸一般由植物油经氢化技术处理后产生。常见于蛋糕、饼干、油炸食品等加工食品中。反式脂肪会阻塞动脉、增加人患心血管疾病的风险，有害心脏，也有损大脑。
影响动物及人性格的因素是多种的，从狼到狗的驯化来看，有饮食结构、生存环境的变化，同时也有人工选择的迹象。康奈尔大学的丽诺尔·帕普斯（LenorePipes）在2013年5月10日的基因组生物学会议上，将他的关于驯养狐狸的研究做了相关介绍。他的研究表明，被驯养的狐狸改变的不仅仅是其本身的行为，还有它们的脑化学。20世纪50年代后期，一个叫德米特里·贝尔耶夫（DmitryBelyaev）的前苏联科学家使用了狐狸代替狼模拟驯化过程。贝尔耶夫和他的同事挑选了最不具侵略性的狐狸养育，在之后培育的每一代狐狸后代里继续挑选最温顺的进行交配。这样一直持续到现在，经过50多年的发展，这些狐狸的行为看起来更像狗，摇着尾巴，快乐地跳来跳去，或者依偎在看护人的手臂里寻求爱抚。同时，科学家还在农场里培育了最具侵略性的狐狸。这些狐狸的后代会蹲伏，耷拉着耳朵，咆哮，露出它们的牙齿并冲向那些接近它们笼子的人们。
狐狸的温顺以及侵略性行为都源于自身的基因，但是科学家并没有发现任何DNA的改变能够解释这些差别。帕普斯和她的同事并没有寻找基因本身的改变，而是采取了间接的方法，寻找狐狸大脑里基因活动的差别。
帕普斯发现大脑区域里的上百种基因的活动在两组狐狸个体中都不相同。例如，侵略性的狐狸为了感知多巴胺会导致某些基因活动增加。温顺的狐狸大脑里具有更多的血清素，在它们大脑里只有一种与感知血清素有关的基因表现出较高的活跃性。
在另一种不同的分析里，帕普斯发现所有侵略性狐狸都携带有一种形式的GRM3谷氨酸受体基因，而大多数温顺的狐狸则具有该基因的不同变体。在人类身上，GRM3的基因变体被认为与精神分裂症、躁郁症和其他情绪紊乱疾病有关。在传输谷氨酸信号过程中涉及的其他基因，后者能够帮助调节情绪，在温顺狐狸群体中也表现出较高的活动性。
食用淀粉食物导致狗从狼群中分化：很多人都知道，狗是从狼驯化而来的，一项最新研究发现，狗因长期与人居住，为了适应我们的淀粉饮食，导致狗狗的遗传发生变化，具备了消化淀粉的基因。这项研究的负责人瑞典乌普萨拉大学的克尔斯汀—林德布劳德—托赫及其科研组研究发现。狗拥有比狼更多的AMY2B基因的副本，这种基因对消化淀粉产品至关重要。狗胰腺里的这种基因比狼体内的活跃28倍。该科研组还发现10个对狗消化淀粉和分解脂肪有帮助的基因。林德布劳德—托赫说：“虽然有可能是人类到野外捕捉了狼的幼崽，并对它们进行驯化，但是狗在现代农业开始后开始食用人类的剩饭剩菜，导致它们自行驯化的观点，可能更有吸引力。”
很多案例说明，生物基因本身并不是固守的，在古细菌、病毒领域，基因交换频繁，而且动植物等与微生物也有基因交换现象，最新例子也证明了基因在植物之间的转移。实验证明了大型动物包括人的基因对环境相应是非常迅速的。
狗是从狼进化来的，这本身涉及另一个长期的疑惑，狗与狼已经分化成两个不同的种群。按照达尔文主义，狗的进化似乎脱离了传统的自然选择概念，就是生物进化为何与达尔文的自然选择如此矛盾。就像本书开篇序里的照片一样，那是高中笔记本里的记录，其实作者本人从高中时候开始进行了质疑，这必然涉到拉马克主义，更深层的原因，涉及基因遗传的本质、非基因之外的蛋白质等有机物在遗传中的作用、基因在生物体内的本质，更深的探究就是生物量子本质的一种协调。
基因的本质是量子信息的流程
曾经有科学家认为，基因必然是确定性的物质。在科学手段越来越细致化的今天，随着表观遗传学的发展，科学家们却发现本来百年前人们一直确认的基因，却无法定义，失去了准确的定位，作为遗传单位的基因却越来越模糊了。
那什么是基因呢？
基因的演化
传统认为基因（遗传因子）是遗传的物质基础，是DNA分子上具有遗传信息的特定核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的DNA分子片段，是控制性状的基本遗传单位，基因通过指导蛋白质的合成来表达自己所携带的遗传信息，从而控制生物个体的性状表现。
一个基因要有正常的生理机能，它的几个正常组成部分一定要位于相继邻接的位置上，也就是说核苷酸要排成一定的次序，才能决定一种蛋白质的分子结构。假使几个正常组成部分分处于两个染色体上，理论上就是核苷酸的种类和排列改变了，这样就失去正常的生理机能。所以，基因不仅是一个遗传物质在上下代之间传递的基本单位，也是一个功能上的独立单位。
基因概念的提出有其演化历史，1864年英国哲学家斯宾塞曾提出“生理单位”，1868年达尔文将其称为“微芽”。遗传学的奠基人孟德尔于1866年发表了著名的《植物杂交试验》的论文，发现了遗传学的两个基本规律——分离律和自由组合规律。文中指出，生物每一个性状都是通过遗传因子来传递的，遗传因子是一些独立的遗传单位，遗传因子作为基因的雏形名词诞生了。虽然他的研究直到1900年才被人们重视，但孟德尔“遗传因子”的提出为现代基因概念的产生奠定了基础。
1909年，丹麦遗传学家约翰逊（W.Johansen1859～1927）在书中提出“基因”概念，以此来替代孟德尔假定的“遗传因子”。1926年，遗传学家摩尔根在书提出基因是遗传的功能单位，它能产生特定的表型效应，基因又是一个独立的结构单位。在同源染色体之间可以发生基因的互换，但交换只能发生在基因之间而不是发生在基因之内；基因可以发生突变，由一个等位形式变为另一个等位形式，因而基因又是突变单位。这种认识把基因与染色体联系起来，说明了基因的物质性、基因存在的场所及排列方式。
1953年，美国分子生物学家詹姆斯·沃森（J.D.Watson）和英国物理学家佛朗西斯·克里克（F.H.C.Crick）提出了著名的DNA双螺旋结构模型，进一步说明基因成分就是DNA，它控制着蛋白质合成。进一步的研究证明，基因就是DNA分子的一个区段。
从20世纪40~50年代，先后经历了一个基因、一个酶学说，基因通过它所控制的酶决定着代谢中生化反应步骤，进而决定生物性状。后来发现有些蛋白质不只由一种肽链组成，不同肽链有不同基因编码，因而又提出了“一个基因一条多肽链”的假设。DNA是遗传信息的载体，遗传物质是DNA而不是蛋白质，这些都获得了验证。
1955年，美国分子生物学家本泽（Benzer）通过深入研究，提出了基因的顺反子（Cistron）概念。他把遗传的功能单位称为顺反子，1个顺反子决定一条多肽链，顺反子即是基因。1个顺反子内存在着很多突变位点——突变子，突变子就是改变后可以产生突变型表型的最小单位。1个顺反子内部存在着很多重组子。重组子就是不能由重组分开的基本单位。理论上每一个核苷酸对的改变，就可导致一个突变的产生，每两个核苷酸对之间都可发生交换。这样看来，一个基因有多少核苷酸对就有多少突变子，就有多少重组子，突变子就等于重组子。这个学说打破了过去关于基因是突变、重组、决定遗传性状的“三位一体”概念及基因是最小的不可分割的遗传单位的观点，从而认为基因为DNA分子上一段核苷酸顺序，负责着遗传信息传递，一个基因内部仍可划分若干个起作用的小单位，即可区分成顺反子、突变子和重组子。一个作用子通常决定一种多肽链合成，一个基因包含一个或几个作用子。突变子指基因内突变的最小单位，而重组子为最小的重组合单位，只包含一对核苷酸。
所有这些均是基因概念的伟大突破。关于基因的本质确定后，人们又把研究视线转移到基因传递遗传信息的过程上。在20世纪50年代初人们已懂得基因与蛋白质间似乎存在着相应的联系，但基因中信息怎样传递到蛋白质上这一基因功能的关键课题在20世纪60年代至20世纪70年代才得以解决，并把核酸密码和蛋白质合成联系起来。然后，沃森和克里克等人提出的“中心法则”，此后的实验进一步发展和完善了“中心法则”，至此，遗传信息传递的过程已较清晰地展示在人们的眼前。过去人们对基因的功能理解是单一的即作为蛋白质合成的模板。但是1961年法国科学家又发现了有些基因不起合成蛋白质模板作用，只起调节或操纵
细胞与基因的量子信息逻辑
作用，提出了操纵子学说。从此根据基因功能把基因分为结构基因、调节基因和操纵基因。
结构基因与调节基因：根据操纵子学说，并不是所有的基因都能为肽链进行编码。于是便把能为多肽链编码的基因称为结构基因，包括编码结构蛋白和酶蛋白的基因，也包括编码阻遏蛋白或激活蛋白的调节基因。有些基因只能转录而不能转译，如tRNA基因与rRNA基因。还有些DNA区段，其本身并不进行转录，但对其邻近的结构基因的转录起控制作用，被称为启动基因和操纵基因。启动基因、操纵基因与其控制下的一系列结构基因组成一个功能单位叫做操纵子（operon）。就其功能而言，调节基因、操纵基因和启动基因都属于调控基因。这些基因的发现，大大拓宽了人们对基因功能及相互关系的认识。
具有相同遗传信息的同一个体细胞间其所利用的基因并不相同，有的基因活动是维持细胞基本代谢所必须的，而有的基因则在一些分化细胞中活动，这正是细胞分化、生物发育的基础。前者被称为管家基因，而后者被称为奢侈基因。
断裂基因：20世纪70年代中期，有科学家发现鸡卵清蛋白基因的表达中，细胞内的结构基因并非全部由编码序列组成，而是在编码序列中间插入无编码作用的碱基序列，这类基因被称为间隔或断裂基因。随后研究表明基因是一个DNA序列同时包含两个区段：一个区段将被表达并存在于成熟的mRNA中，称为“外显子”。一个区段虽然也同时被表达，但将在成熟mRNA中被删除，称为“内含子”。原核生物的基因序列一般是连续的，在一个基因的内部几乎不含“内含子”，而真核生物中绝大多数基因都是由不连续DNA序列组成的断裂基因。断裂基因的表达过程是：整个基因先由DNA转录成一条信息RNA前体，其中的内含序列会被一种称为“剪接体”的RNA/蛋白质复合物所切除，两端再相互连接成一条连续的核酸顺序，以形成成熟的mRNA。DNA分子断裂基因的存在为基因功能的展现赋予了更大的潜力。
重叠基因：1977~1978年，科学家发现在病毒核苷酸序列组成的单链DNA所包含的10个基因中有几个基因具有不同程度的重叠，但是这些重叠的基因具有不同的读码框架。基因的重叠性使有限的DNA序列包含了更多的遗传信息，是生物对它的遗传物质经济而合理的利用。
移动基因：1950年，美国遗传学家麦克林托卡发现玉米染色体上有一种控制基因会改变位置，同时引起染色体断裂，使其离开或插入部位邻近的基因失活或恢复活性，从而导致玉米籽粒性状改变。20世纪60年代末，英国人夏皮罗和前西德的西特尔分别在细菌中发现一类称为插入顺序的可移动位置的遗传因子，20世纪70年代又发现细菌质粒的某些抗药性可移动的基因，移动基因不仅能在个体的染色体组内移动，并能在个体间甚至种间移动。现已了解到真核细胞中普遍存在移动基因。基因移动性的发现不仅打破了遗传的DNA恒定论，而且对于认识肿瘤基因的形成和表达以及生物进化研究提供了新的线索。因此麦克林托卡这位“玉米夫人”荣获了1983年度诺贝尔奖。
套装基因：在一个基因中的内含子中，包含着另一个基因。
组装基因：在发育过程中，不同的DNA序列重新组装成一个表达功能的基因的现象。
为垃圾基因正名：人类基因组中只有约2.1万个是能够编码蛋白质的基因，只占整个基因组的1.2%，因为其余98.8%的基因不能编码蛋白质，科学家曾经把这些基因叫“垃圾DNA”。长久以来人们一直认为“垃圾”基因是没用的，但最新研究发现，但最新研究发现，其实“垃圾DNA”相当于一个工厂的庞大控制面板，这个面板不仅能调控数以百万计基因的活性，还影响人的健康。
2012年9月，国际科学界宣布，“DNA元素百科全书”计划（简称“ENCODE”）获得了迄今最详细的人类基因组分析数据，这项研究是由全世界32个实验室、共440名科学家历时9年完成的。在这个庞大的研究项目中，最为重要的发现是“垃圾DNA”并非垃圾。在这个庞大的研究项目中，最为重要的发现是“垃圾DNA”并非垃圾。在这些原来被错误解读的“垃圾DNA”片段中，至少有400万的遗传开关。这些开关在控制细胞、器官、以及其他组织的行为中发挥着关键的作用。经过研究确定80%的基因组是有功能的是活跃且必须的,其余的20%也不是垃圾。类基因组中的“垃圾DNA”实际上是一个庞大的控制面板，能调控数以百万计基因的活性。如果没有这些开关调控，基因将不能正常工作，而这些区域也许会导致人类患上疾病。
人们了解到，当DNA发生变异时细胞很容易发生癌变。最近的一些研究表明，当表观遗传标记被干扰时，细胞也会更容易发生癌变，因为那些至关重要的基因被关闭了，而那些应当被关闭的基因却被打开了。
近些年科学家发现，生物遗传中，没有DNA变化的时候，照样也会发生性状的遗传，我们把它们称之为表观遗传。DNA甲基化是表观遗传因素之一，当要将一个甲基族的顶端放在DNA上的时候，一簇蛋白质就必须被RNA分子导引到正确的位置，但这些RNA分子并不产生蛋白质，而是非常迅速的在细胞内开始工作。这些RNA“导游”，就像核糖体中的RNA分子一样，突破了传统的基因概念的范畴。在过去的10年里，科学家们发现了一些从不会成为蛋白质的新型RNA分子，科学家们将之称为非编码RNA。
这些发现让科学家们感到非常惊讶，想弄明白细胞内到底有多少非编码RNA，科学家Encode估计，在人类基因组中能产生RNA转录的可占到惊人的93%。
不死的假基因：1977年，G·Jacp对非洲爪赡5SrRNA基因簇时行研究后，提出了假基因的概念，这是一种核苷酸序列同其相应的正常功能基因基本相同，但却不能合成出功能蛋白质的失活基因。大多数真核生物中发现了假基因，由于假基因不工作或无效工作，故有人认为假基因，相当人的痕迹器官或作为后补基因。
假基因是基因组上与正常发挥功能的编码基因序列非常相似的非功能性基因组DNA拷贝，一般情况都不被转录，且没有明确生理意义。有人估计，人类基因组中存在1万到2万个假基因。部分假基因在染色体上都位于正常基因的附近，但也有在不同的染色体上的。有一类假基因除了一般的特征之外，还有一些其他的特征暗示着它们的形成与mRNA有关，少数仍能制造出具有重要功能的RNA分子。
假基因如果异常，也会导致人类产生疾病。科学家曾经做过这样的实验：把假基因功能阻断，结果就会产生了疾病，假基因的功能异常也可能是导致人类疾病产生的因子。这种现象是一种意外发现，因为当研究人员为了另一项完全不同的实验制作转殖鼠时，研究人员期望转殖鼠会因为注入基因的影响而表现出直接的反应，以便学习到这项基因的功能，他们将DNA注入受精卵，使得DNA随机嵌入老鼠的基因组。这种实验也会偶然中断老鼠其他基因的功能，结果研究人员发现一组老鼠出现不寻常且严重的病征，几乎都死亡，即使存活下来者也都出现严重肾脏及骨骼疾病，并且会将这些缺陷传给下一代。而其中原因是一个假基因与另一个染色体上的基因是一个整体。
这项研究者ynshaw·Boris博士发现基因嵌入位点有三个基因，进一步的研究排除了两项基因，因而认定第三项基因——假基因makorin1-p1为老鼠产生异常的罪魁祸首。另一个参与者Hirotsune博士表示：“由于假基因是没有能力产生蛋白的，因此我们很想知道这假基因是如何使老鼠产生疾病的？”研究人员发现，假基因makorin1-p1为一碎片基因，它类似于一完整的称为makorin1蛋白基因，此makorin1位于另一染色体上。正常老鼠肾脏中有大量表现的makorin1蛋白，而当假基因makorin1-p1失去功能时，makorin1蛋白的表现也相对减弱且呈现异常，进一步的研究结果发现，makorin1-p1在调节makorin1的稳定度上扮演非常重要的角色。
另一方面当相当数量的病毒DNA四处跳跃时，它们就会造成很大的损害，能够干扰基因，使其停止制作重要的蛋白质。人类数百种遗传疾病就跟这些跳跃基因密切相关，一些非编码DNA在基因组中的最重要工作之一是阻止这种病毒DNA的快速蔓延。
人类基因组丛林里，正常复制蛋白的基因、入侵病毒基因、不死的假基因、小RNA分子、表观遗传因素，他们不断调整斗争，传统的基因概念已经受到了非常大的冲击。
加州大学的大卫豪斯勒认为：如果一个DNA片段对一些重要分子进行了编码，突变往往就会产生灾难性的损害。自然选择将淘汰大多数的突变。但是，如果一个DNA片段不做那么多，它就能在不引起任何损害的情况下发生突变。在数百万年的时间里，与那些不太重要的DNA片段相比，一个重要的DNA片段几乎不会收集突变信息。