来的都是有利于物种生存的,从而使物种向前进化。达尔文的进化论强调的是一种“优胜劣汰”。
而拉马克学说则认为,生物本身有一种由低等向高等发展的动力,进化动力是一种生物内因,它们通过自身对环境的适应来发生改变,顺应环境的变化,而且这种变化可以遗传。拉马克强调的是“用进废退”。
关于达尔文和拉马克理论两者之间的差别,有一个非常著名的长颈鹿例子——争议的焦点在于,究竟是自然选择了更长的脖子,为了让它们能吃到更高树叶,淘汰了短脖子,从而让长脖子越来越多,后代都成为了长脖子呢,还是为了吃到更高树叶,短脖子越伸越长,通过获得性遗传,后代也都变成了长脖子呢?
这绕口令般的矛盾,其焦点就是获得性遗传,也就是我们所说的“表观遗传学”。所谓获得性遗传,顾名思义,就是两点:获得性和遗传。获得性指的是通过后天的(非先天的)外界环境的影响所表现的性状特征;遗传是指这种外界影响的改变能够遗传给下一代。在当时的条件下,达尔文和拉马克的学说都各有支持者,后来在大量实验的验证下,尤其是遗传学的发展,也就是我们熟知的孟德尔定律被证实,达尔文的进化论逐渐得到肯定。
随着分子生物学的知识和技术手段的日渐成熟,人们揭示出了遗传的基本规律,那就是遗传信息的复制、转录、翻译,不同的基因序列会决定不同的结果。我们生命的特征和意义都存在于基因序列中。比如黑头发、黑眼睛与金发碧眼,都是基因决定的。如果基因不发生变化,那么后代都会这般稳定遗传。
这是一个很顺畅的已经被广泛接受的真理,但是,最近有越来越多的实验得出了不同的结论:比如去年就有两篇论文涉及到表观遗传学,一篇介绍了用高脂肪食物喂养雄鼠,其雌性后代会变胖;另一篇介绍了通过外因来改变老鼠体内胆固醇的新陈代谢,其后代体内的胆固醇含量也会随着发生改变。在更早些时候的例子中,当雌性老鼠食用了某些特定的食物后,会改变其后代的毛色。至于低等动物和植物中,这类似的例子则更多。引人注目的是,在这些案例中,都没有改变基因,却都发生了性状的遗传,也就是都具有获得性遗传:后天获得的特征可以不改变基因密码而传给后代。而在线虫实验中,首次发现长寿这种复杂现象也可以表观遗传。
未解之谜
如今,科学家已经越来越多地发现了表观遗传的例子,也正开始重视这一现象。当然他们也对这一现象提出了自己关心的问题,同时也正尝试着解答,比如本文所介绍的实验,科学家想解开的疑问是:既然长寿能够遗传,那为何只遗传四代就结束了呢?据瑞士苏黎世联邦理工大学表观遗传学家雷纳多·帕罗(Renato Paro)推测,发生变化的位点标记虽然能够遗传,但在一代又一代的遗传过程中,会逐步被稀释,就如同一杯糖水,在反复冲兑后,最终会没有甜味。这一标记在传递三代以后,也就不足以体现了。
表观遗传的核心问题仍旧是一个谜:这种标记究竟是如何得以遗传下来的?
一般的观点认为,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,这通常的一般状况正出现更多的特例。在2007年有科学家发现,一种蛋白能够保护小鼠卵细胞中部分基因的甲基化标记,也就是说,存在着表观基因标记从父辈传递到下一代的可能。
本文所述的实验也再次证明这一现象是可以实现的。但具体的分子机制则仍旧让人难以理解。虽然基因序列没有变化,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,比如我们刚才说的甲基化,还有乙酰化,还有siR-NA在其中调控,还有蛋白质的修饰变化,这些都会对最终的结果产生影响。
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。他们正通过实验努力搜寻这种标记,来印证自己的推断。因此,表观遗传学家雷纳多·帕罗认为这是目前表观遗传学研究中需要解析的一个重大问题。
另一个存在疑惑的地方是,线虫身上得到的长寿遗传数据究竟有多大的适用范围。因为发现的关键蛋白ASH-2在很多物种体内都存在,小到单细胞的酵母,大到我们人类,是不是可以将这个试验的研究结果复制到我们人类身上呢?
暂时来看,这一期待还是过于乐观。主要科研人员吉姆斯(Gems)指出,线虫相对简单,因此它的寿命也更容易受到某些外因的影响,但我们人类则要复杂很多,寿命
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