安娜.卡列尼娜法则
作者：孔正（美国科学院院士）
“幸福家庭都一样，不幸的家庭有各自的不幸。”这是托尔斯泰名著 “安娜.卡列尼娜”(АннаКаренина) 的首句。意即家庭幸福得有适当的夫妻年龄，合宜的性情，稳定的收入，可爱的子女，等等条件。 但只要任何一个因素不对劲都会引起不幸：病痛、外遇、破产、战乱、不一而足。推而广之，一个完美的事体里所有因素都要合宜。任何一个缺失，就会坏了整体。美人安娜与丈夫不合，离开家庭和儿子，公开跟爱人同居。坏了家庭，为当代俄国上层社会所不容，终于跳轨撞火车自杀。
用所谓“安娜卡列尼娜的法则”(Anna Kareninaprinciple) 描写生物体特别合宜。心肝脾胃、眼睛、耳朵、手指、皮肤都要健康。一味不全就得看医生。 此法则早已应用在生物学研究上，虽然不大为人所知。 比如早在1861年保罗.布洛卡(Paul Broca) 遇到一个中风病人，吃喝拉撒都没问题，能看、能懂、能想、但失去讲话的能力。死后解剖发现中风出血破坏了大脑左半的前额叶（现称布洛卡区，Broca Area)，证明这是大脑的语言中心。大脑部分破损以致某种功能失效，往往提示功能所在。即如故事里的家庭破碎可以朔源到安娜跟丈夫年龄性格不合。可惜因碰撞意外或中风破损无从控制，不能做系统性的研究。近年遗传学和DNA技术发达，偶然发现的人类染色体增减或基因变异的病例也提供研究材料。有因变异而失去痛觉，减低智力，更变性格等等多种发现。但直接拿人类来实验受伦理规范。一般仍然不能作系统性的研究。
今天运用安娜卡列尼娜法则，以“低等生物”为模式，在生物研究上大有成绩。比如生物时钟的研究：大多数生物，包括人类，行止都昼夜循环。一般日出而作日入而息。 但生物时钟是内部机构，跟阳光没有直接关系。夜行日息的猫头鹰蝙蝠也得按时钟行事。人关到暗无天日的地牢，仍然有醒睡的循环。生物学家早已描写这些现象，但里边的机制一直模糊。好比看见时针移动但不明钟表里边的弹簧齿轮及旋动机关。直到1970 左右，发现了一个叫per的基因（一段DNA）。一种per的变异令果蝇24小时循环拉长到28小时，另一per变种缩短成19小时循环，再有些变得时钟全毁以致果蝇行止随机，没有时限。per这基因的产品（RNA或蛋白质）显然是生物时钟里的零件之一。后来再用诱发变异又找到其他零件的基因。经过40年努力，终于把这些基因分离出来，以DNA程序解读RNA和蛋白质零件，梳里出互相反馈循环的原理。虽然零件和原理先在果蝇发现，但所有生物同源，分子机制极保守，故此零件原理普及各种动物，包括人类。人类日作夜息，远飞旅行引起时差感等等现象得到彻底的解释。彻底了解生物时钟的分子机制，于2017年领诺贝尔奖。追溯这段科学史，起步在一个个零件破损可以导致整个机器失灵的原理，亦即所谓“安娜卡列尼娜法则”。
由基因变异起步去追寻零件解秘生命叫遗传解剖法(genetic dissection)。此法于实验生物学研究广泛应用，有很多成功的例子，包括1983，1995，2001，2002，2013，2016，2017 的诺奖。 （见注）
有人把生物学研究比拟倒反工程学 (reverse engineering)：拿别人做好的机器拆开，观察零件安排， 分析运作原理。学好以后可以仿制。近年生物学进步得很快，包括安娜卡列尼娜法则的应用。今天的生物学比起1950 以前的生物学，简直不可同日而语。当然，目前零件还没有找全，结构也没有完全理解。但把零件重组创造新生命应该可能。 这是下一代的事情吧。
（注）真核细胞有一分为二，二分为四的周期。程序包括静止，DNA合成，有丝分裂，子细胞分离的步伐。步伐有次序，不容跳跃。过程早有描写，但不明其中的分子原理。人们以酵母（真菌）为模式，用不同的诱发基因变异去堵塞周期于不同的关键。比如令所以细胞都跑过DNA合成，但不能进一步到有丝分裂，那么这些变异的分子显然是过此一关的必需。把这些分子一一厘清，于是寻出细胞周期的机制。此发现领2001年诺奖。
有机物质不能永恒。 像蛋白质等高分子始终会变质变形成废物。细胞新陈代谢包括废物处理，有小器官把废物吞噬回收分解。以酵母为模式，用变异去阻挡回收过程，阐明自噬的机构，领2016年诺奖。
分泌很重要。如胰岛素和各种激素（荷尔蒙）等。最重要的功能是神经细胞之间的信息传递。前后神经元之间分泌一发一收，传递兴奋或抑制的信息。 细胞制造小泡然后经小泡与表膜的融合释放分泌物。小泡形成和融合有分子机构，这些分子也是以酵母为模式用诱导变异， 一步一步追寻出来的。这是2013年的诺奖。
由受精卵到多细胞动物所经的胚胎发育过程非常复杂。部分原理是控制从DNA到RNA的转录。 由果蝇的早期胚胎变异去追踪DNA转录因子出现的时间和分布地点获 1995诺奖.
由一到百千万的发育程序包括细胞的专业化才有肠胃心肺之分。这过程里也有某些多余细胞的自杀。用线虫变异追寻细胞自杀的分子机制，领2002年诺奖.
大家都懂神经生物电的重要。 细胞表膜是绝缘的脂肪，带电的离子不能直接通过。生物电流是离子通过表膜里蛋白质管道的流动， 但怎么去找这些管道呢？早年发现一种果蝇变种，作病态的抖动，故名shaker (sh)。多年努力终于把 sh分离出来，最后sh 和类似的钾离子通道由晶体结构分析清楚，获 2003诺贝尔化学奖.
上面这些成功的例子不过是冰山一角，绝多重要发现不领有限的诺奖。运用安娜卡列尼娜的法则的遗传解剖法是近代生物学研究的主要法门之一，极有效果。以前生物学只能描写形态分类。今天的生物学主要是把复杂的整体分辨出内里的微妙分子机关细节。应用科学包括寻找家族疾病的基因以彻底了解病理。基础科学继续研究细胞功能，发育过程，免疫抗体，人体老化，植物发芽，细菌毒化等等。