物種起源––正傳：41.表觀遺傳

　　來自科學史評話　　00:00 27:04　　上一回說到，老鼠在遭受了電擊酷刑之後，會把這種情緒遺傳給孩子。這與拉馬克的理論有某種相通之處。拉馬克說用進廢退，獲得性遺傳。也就是必須有一種辦法能夠把後天獲得的某種性狀，遺傳給孩子。可是隨著遺傳學的發展，我們沒發現有這種可能性存在。當年很多科學家做了很多實驗，妄圖來證明這一點，但是他們都沒成功。　　到了分子生物學大發展，很多人更加相信這一點，那就是DNA裡面包含的信息只能通過RNA傳給蛋白質，倒過來是不行的。不過這話不能說死，生物學很多話都不能說的那麼絕對。偶爾有反過來的情況，不過很少見罷了。那麼，如何解釋上文書我們說的那個老鼠實驗呢？你想啊，一群雄老鼠，接受了電擊和氣味的訓練，以後聞到苯乙酮的氣味就渾身栗抖體如篩糠。他們跟雌性交配以後，生下了小老鼠。小老鼠根本沒和老爹有過任何接觸，是老媽獨自把孩子生下來的。小老鼠也沒被電擊過，此前也從來沒聞到過苯乙酮的氣味。結果，當小老鼠聞到苯乙酮的氣味以後，居然也有反應。而且不僅兒子這一代有反應，孫子這一代仍然有反應，不過變弱罷了。

　　那麼一個大問題就擺在大家的面前了，老爹是如何把這個情緒，這個記憶遺傳給孩子的呢？情緒和記憶都是後天獲得的，難道拉馬克的理論詐屍了。一幫生物學家們腦袋都大了。　　要想解答這個問題，那麼就必須借用一種比較新的理論，叫做「表觀遺傳學」。因為比較新，所以很多東西還不是定論。要知道很多生物學實驗都無法重複，畢竟生物是個複雜的東西，不像物理學可以那麼純粹。我只能大致說一下有關這方面的基本知識。　　什麼叫表觀遺傳學呢？表觀遺傳是指DNA序列不發生變化，但基因表達卻發生了可遺傳的改變。這樣的改變是細胞內除了遺傳信息以外的其他可遺傳物質發生的改變，且這種改變在發育和細胞增殖過程中能穩定傳遞。( 這是我從百度百科上抄來的 )　　要是當年發現DNA的那幫人聽說還有這麼一回事兒，他們估計能哭暈在廁所里。難道還有什麼DNA以外的遺傳物質嗎？這事兒可新鮮。其實一點兒也不新鮮。你想啊，人體的細胞裡面，遺傳物質都一樣啊。一個人也是從受精卵慢慢分裂生長出來的。為何有的細胞長成了心臟細胞，有的長成了腦細胞呢？誰來控制這個過程。必然是有些額外的信息要記錄的，這事兒大約70年代科學家們就已經知道了。

　　遺傳基因的甲基化是很常見的一種情況。一個正常的鹼基，甲基化以後，多了個外掛。就等於這個基因上貼了個標籤。這就是一個額外的信息。甲基化並不能改變基因，但是人家可以改變基因的表達。因為多了這麼個外掛，這個基因就發揮不了作用。過去以為這些都是胚胎時期發生的事兒。現在發現，成人的細胞也一樣能被化學修飾。　　表觀遺傳學就是研究這些外掛的學問。當然，除了甲基化以外還有其他的標記。比如基因組印記，這個東西可以區分基因來自於誰，是來自於爹還是來自於媽。現在發現好幾種癌症可能與此有關係。還有母體效應、基因沉默之類的，後邊還有一大串呢。反正再說名詞，大家還是一頭霧水。

　　這是列印到一半沒墨了嗎？　　我們還是舉個例子，看看這種表觀遺傳到底是起了什麼作用。就拿最常見的三花貓來舉例子吧。我還是很喜歡貓咪的。以前我講過，為什麼三花喵咪是母的，公的極為罕見。原因就是控制毛色的基因是在x染色體上的。白色是底色，是另外的基因控制，公貓只有一個X染色體，因此只能有一個顏色。母貓有兩個X染色體，假如一個顯性一個隱性，就會呈現三花的顏色。這是我當年的高考生物學考試的一道考題。因此我記憶非常深。　　道理講到這裡，好像大家都懂啊。可是邪門的還在後頭呢。如今這年頭，克隆技術很發達。於是有人就去克隆貓咪，也就克隆了一隻三花貓。接下來，麻煩來了。克隆出來的當然還是一隻三花的母貓。但是花紋圖案與被克隆的那一隻不同。它倆基因可是一模一樣的。怎麼會花紋不同呢？因為這事兒不僅僅是DNA決定的，表觀遺傳也起了作用。母貓不是有兩條X染色體嗎？只有一條在起作用，另外一條不管事兒了。兩條X染色體，到底是那一條不管用，這事兒不好說。胚胎細胞分化的時候，受到各種因素的影響。某些部分黃毛X染色體起作用，某些部分黑毛X染色體起作用。三花貓，兩條X染色體，身體各個部分開關隨機切換。小貓長開了以後，身上就黃一塊黑一塊的，而且有一定的隨機性。克隆貓與模板不一樣，也就好理解了。

　　核小體　　再說細一點兒，DNA通過纏繞在一種叫核小體的蛋白複合物上完成DNA的一級組裝。這個核小體要是帶著各種化學基團修飾，那麼雌性動物兩條X染色體，就會有一條萎縮，這是化學基團修飾決定的。這種修飾有可能後天發生。因此這東西就給遺傳帶來了不確定性。

　　我們再來舉一個生活中常見的例子。比如說雙胞胎，這個很常見。同卵雙胞胎，我們認為他們的基因理所應當是一樣的。那麼為啥雙胞胎長得總有差異呢。雖然很像，但是父母卻能夠毫不費力的分辨出誰是誰呢？這裡面的原因很複雜。大略有如下幾個原因：　　環境因素，營養不一樣，高矮胖瘦當然有區別。這種差異可能娘胎里就已經存在了。　　表觀遺傳，就如同三花貓克隆一樣。基因完全相同，長相都還是有偏差的，脾氣秉性也有差異。很可能是表觀遺傳在起作用。科學家們懷疑，表觀遺傳是引起某些癌症的罪魁禍首，雙胞胎就提供了很好的觀察對象。天生的對照組嘛。　　DNA未必真的全一樣。　　我們這裡講的表觀遺傳，雖然帶了遺傳兩個字。但是大家別望文生義。這不是描述老爹傳兒子那種遺傳。其實是分子級別的事兒，是基因複製過程中的事兒。那麼這種表觀遺傳能不能傳給下一代呢？這玩意兒很複雜啊。按理說不行。因為在生殖細胞形成過程中，還有受精卵向胚胎分化的過程中，有一次大清洗過程。DNA上各種標記都被擦光了。這也好理解，很多東西還是不能遺傳給孩子才對嘛。到底是如何那麼快的把DNA上雜七雜八的標記給擦掉，這還費了科學家們不少勁呢。但是生物領域嘛，話不能說絕。估計會有漏網之魚。於是各種表觀遺傳信息，是有可能遺傳給孩子的。不過不確定性很大。因為清洗的過程里，也不保證什麼能留下來。研究這東西，難度很大。

　　不過呢，醫學領域的一些發現很可能與表觀遺傳有關係。孕婦吸煙的話，會造成DNA損壞。其實就是被化學修飾了。研究者們分析了889名新生兒的血樣，其中大約三分之一的新生兒的母親報告說自己在孕期頭三個月吸過煙。研究團隊對 DNA上的表觀修飾標記甲基進行了檢測。研究結果嚇人一跳：吸煙者的小孩兒會在DNA上出現特有的表觀遺傳變化。與母親不吸煙的小孩兒相比，這些小孩兒在超過100個基因區域上都發生了變化。在這些受影響的基因中，有的與胚胎髮育相關，有的與尼古丁上癮相關，還有的與戒煙能力相關。　　所以啊，大家都懂，吸煙有害健康。不僅僅是自己的健康，還有下一代的健康。孕婦吸煙會造成孩子的DNA的化學修飾改變。那孩子可就不僅輸在了起跑線上，也輸在了娘胎里。不過，新生兒的甲基化不是不可改變的，這與基因不一樣。在新生兒中檢測到的表觀遺傳變化不一定會一直存在。說的是「不一定」，這說明，現在還沒定論。引起甲基化因素很多，不僅僅是母親吸煙。吸二手煙算不算啊，空氣污染算不算啊。飲食起居和精神壓力也會啊。

　　我們還是回到一開始的那個老鼠的實驗。這也是表觀遺傳一個比較典型的實驗。只看老鼠害怕發抖是不夠的。實驗人員還解剖了老鼠。他們發現它們鼻腔里的M71神經纖維球明顯要比其他小鼠大一些，導致他們對於苯乙酮的敏感性極高。在這些老鼠的兒孫們身上也看到了這種情況。這是確確實實的生理結構被改變。

　　但是要感知杏仁味還需要有一種氣味受體，這個氣味受體就是由Olfr151基因編碼表達的。 迪亞斯等人對從試驗小鼠中獲得的精子樣本進行研究，發現每100個精子中大約有86個存在Olfr151基因甲基化修飾的現象，在用另外一種氣味進行試驗的平行試驗組中，每100個精子中大約有95個存在Olfr151基因甲基化修飾的現象。因此可以推論，這種表觀遺傳恐懼因子通過精子細胞遺傳給了下一代。　　那麼這算不算獲得性遺傳呢？說實話，不是拉馬克想要的那種「獲得性遺傳」。因為目前看，表觀遺傳是不穩定的。很可能傳幾代就沒了。基因的突變可不一樣，一旦發生了突變，那麼就會一直帶著，除非自然選擇大剪刀起作用，帶有這個基因的個體被全部淘汰了。這是很難發生的事兒。只有積累起來，才能導致物種的變異從量變積累到質變。可是表觀遺傳是不是能積累到那麼顯著的程度，目前看來，不會。　　不過，表觀遺傳屬於非孟德爾-摩爾根遺傳。兩者是互補關係。生物體適應自然不能等著基因突變啊，那玩意兒太慢了。要想立馬立竿見影的出效果，那麼表觀遺傳是個好辦法。迅速就能起作用。算是個臨時性的應對吧。所以啊生物體應對自然界的變化手段也沒那麼單一。從這裡也體現出了生物的複雜性。很多生物學的實驗都飽受質疑。因為難以復現。我們作為吃瓜群眾，一時也搞不清楚到底怎麼回事兒。還是讓消息飛一會兒吧。

　　當年，人們打開了這本叫做「基因」的天書的時候，以為找到了一切的根源。好像搞懂了一切基因的排列組合就可以掌握生命的奧秘，其實哪有那麼簡單啊。表觀遺傳實實在在的告訴大家，差得遠呢。生命的奧秘還遠遠沒有揭開。　　就比如說，生命是如何產生的，這個問題就繞不過去。進化論只能解釋生物產生以後的事兒。從非生命到生命的飛躍卻無法描述。但是這又是一個終極的問題。是個人學了進化論以後都會問出這一點。生命到底怎麼來的？　　1929年，生物學家阿列克桑德·奧帕瑞和約翰·霍爾丹猜測早期的地球大氣層缺少氧氣。那時候哪來的氧氣啊。在這種惡劣的情況下，如果單分子受到紫外線或者閃電等強能量刺激，它們將形成複雜的有機物分子，霍爾丹說，那時候的海洋只是這些有機分子的「原生湯」。他們只管挖坑不管埋啊。到了1953年，有人動手做實驗了。

　　米勒尤里實驗　　1953年，美國化學家哈羅德·尤里和斯坦利·米勒進行了著名的米勒-尤里實驗。他們建立了一個密封系統，用來模擬地球早期大氣層環境。他們在長頸瓶中裝上溫水來模擬當時的海洋，當水蒸氣蒸發時，會被收集在另一個燒瓶中。尤里和米勒在這裡邊引入了氫氣、甲烷和氨氣，模擬早期大氣層沒有氧氣的狀況。然後，他們電火花來模擬閃電。最終，利用冷凝器將這些氣體冷卻成液體，收集進行分析。　　實驗開始了一個禮拜，在觀察中發現，冷卻的液體中大量地存在著有機化合物。大約有10%~15%的碳以有機化合物的形式存在。其中2%屬於氨基酸，以甘胺酸最多。而糖類、脂質與一些其他可構成核酸的原料也在實驗中形成。那麼DNA或者RNA有沒有出現呢？一個也沒有。由此，尤里和米勒得出結論稱，有機分子形式能夠來自於無氧大氣層，同時最簡單的生命體也可能孕育在這種早期環境中。　　米勒尤里實驗引起的爭議很大，一大串的疑問就擺在了大家面前，有人就來挑毛病了。原始的地球大氣是你瓶子里的這幾種氣體嗎？我們怎麼覺得不對勁啊！我們下回再說……　　《柔軟的宇宙》精裝版上市
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