谁动了我的进化论(2)

 

就本质而言，拉马克主义与达尔文主义的尖锐对立，是因为历史的局限而导致的，如果他们生活在现代，也许都会认识到，遗传是受多种因素影响的。

 

非基因表观遗传

 

有一种叫做柳穿鱼的普通花卉，大多数是以镜面对称的方式长着白色的花瓣，但是，一些柳穿鱼的花则长着黄色的五角星，柳穿鱼将“黄色”和“五角星”这两种性状传递给它们的后代，但这种差异并不是DNA变化导致的，而是因为DNA的甲基化遗传引起的。

 

2012年2月，科学家在加拿大永久冻土区域的金矿中发现了3万年前古野牛的骨骸，其骨骼竟然还保留了部分DNA，研究者们将这些DNA提取出来，发现由于曾经的末次冰期的气候变化非常剧烈，动物们需要承受着强烈的自然选择压力，它们需要迅速地做出反应才能生存下来，最终使野牛发生了表观上的改变，并帮助它们适应剧烈变化的气候，这种DNA甲基化现象可能持续影响数代。

 

2010年，斯坦福大学的安妮·布鲁内特(Anne Brunet)的小组与哈佛大学的研究者共同发表于《自然》(Nature)杂志网络版上的研究表明：有一种生长于泥土中的线虫，当其发生突变而成为长寿线虫后，即使其后代没能从基因水平上继承这一长寿突变，也会将这一长寿特质遗传给下一代。

 

科研人员很多时候以线虫为研究长寿基因的对象，这是一种研究细胞衰老和长寿最常用的模式生物之一，因为科学家对其相关的基因和蛋白功能了如指掌，而且，线虫寿命有限，一般就是两三周，倘若有基因或其他因素影响到线虫的寿命，能随时观察到。

 

他们发现，一种名为ASH－2的蛋白质在老化基因的开放与关闭中扮演着很重要的角色，当有这种蛋白存在时，基因会呈现一种开放表达增强的状态，这时线虫会正常衰老死亡。而缺乏这种蛋白时，基因就是一个封闭结构，抑制表达，从而延长寿命。实验观察结果表明，当线虫缺乏ASH－2时，其寿命平均可延长30%。

 

科研人员通过基因改造阻断了ASH－2的形成，再次证实延长了线虫的寿命，然后继续培育这个长寿线虫的后代，跟踪观察后代及再后代的寿命。结果发现，虽然后代线虫的基因都已恢复正常，但是它们的老化基因都没有被正常表达，这些线虫保留了祖先的长寿记忆，仍旧都是长寿，这一现象一直持续到第四代。

 

以往科学家们都是通过改变基因来影响线虫的寿命，而这次的研究结果表明仅通过改变基因外的蛋白就可以开关基因功能，这种长寿也可以遗传。

 

表观如何得以遗传

 

由于发现了一些与经典孟德尔遗传学遗传法则不相符的许多生命现象，表观遗传学在20世纪80年代逐渐兴起。

 

一般认为，倘若外界影响了基因，比如常见的甲基化，就是在DNA上某些特定部位结合了甲基，就称为表观基因标记，到受精时，生殖细胞的表观基因标记都会被抹掉，甲基化过的基因会完全去甲基化。所以，通常情况下，这种标记不会传递下去，即先辈获得的性状，后代无法继承，但是现在，以上实验证明了传统认识的错误。斯坦福的布鲁内特推测，线虫实验的长寿遗传有可能是细胞通过某种RNA分子或代谢产物对表观遗传学修饰的位置进行了标记，从而让后代记住这一优良特性。虽然具体的分子机制则仍旧让人难以理解，基因序列没有变化，但从DNA到蛋白质，中间却有太多的步骤可以对基因的最后表达有调控作用，比如DNA甲基化，还有乙酰化，小RNA在其中调控，组蛋白的修饰，染色质的重塑等，这些都会对最终的结果产生影响。

 

DNA甲基化

 

甲基化修饰是指一种甲基分子（-CH3），它就像一个帽子：带上它，基因关闭；摘掉它，基因表达——被分别称为甲基化和去甲基化。这些甲基有些直接附着在DNA上面，有些则附着在某些和DNA纠结在一起的组蛋白上。当机体不希望某些基因信息被读取时，基因的“启动子”DNA就被戴上很多甲基帽，使得基因无法从那里读取，启动功能。

 

据报道，7岁的奥利维亚和伊莎贝拉来自英国，她们是一对同卵双胞胎，拥有近乎完全一致的遗传信息。不过，两个女孩的命运却迥然相异。2005年6月，1岁的奥利维亚忽然高烧不退，血液化验的结果证明奥利维亚患上了急性白血病。因为是同卵双胞胎，医生连忙对伊莎贝拉也进行了检查，但她一切正常。经过治疗，小奥利维亚最终恢复健康，但医学专家们却遇到了一个困惑多年的难题：既然是同卵双胞胎，为何奥利维亚不断生病，而伊莎贝拉却非常健康呢？这些经典遗传学无法解释的现象，表观遗传学有望部分揭示其中的秘密。

 

2009年，西班牙和美国的科学家在全基因组水平分析了一对同卵双胞胎的基因组：他们一方正常，一方患有红斑狼疮。研究人员发现，虽为同卵双胞胎，但双方个体对遗传信息的“表观修饰”存在大量差异——DNA甲基化水平不同。

 

同样是2009年，来自拉什大学医学中心和塔夫茨大学医学院的科学家对一些小鼠的遗传基因进行人为突变，使其智力出现缺陷。当这些小鼠被置于丰富环境中进行刺激，并频繁与各物体接触两周后，它们原有的记忆力缺陷得到了恢复。数月后，小鼠们受孕，虽然它们的后代也出现了和母亲同样的基因缺陷，但没有接触复杂丰富的环境并受刺激的新生小鼠丝毫没有记忆力缺陷的迹象。

 

因此，即使携带遗传信息完全一样的两个个体，由于表达修饰上的差异，也可能会表现出完全不同的性状。

 

2001年，科学家们做了这样一个实验。研究者采用遗传背景完全相同的小鼠作为实验对象,来观察其皮毛的颜色，结果发现，小鼠们皮毛的颜色各种各样，从黄色到各种杂合色都有。让人意外的是，皮毛颜色的不同竟取决于它们从母鼠中继承的“agouti基因”甲基化程度的高低。

 

人们此前认为，在形成精子和胚胎前的植入阶段，细胞中的DNA甲基化几乎会完全重新洗牌，也就是说“基因修饰”没有遗传下去的可能。然而近些年来，越来越多的研究证明，某些甲基化是可以遗传的。