主题：【进化生物学】表观遗传学——拉马克主义的复兴？ -- 尼伯龙根·蜗藤

进化论再审视——表观遗传学，拉马克主义的复兴？

尼伯龙根·蜗藤

在进化论中有两种互相对立的假说：拉马克主义（Lamarckism）和达尔文主义（Darwinism），两者最主要的分歧在于对于获得性遗传的看法。所谓获得性遗传（Heritability of Acquired Characteristics）是指父母在后天获得的性状能够遗传给下一代。拉马克主义认为获得性遗传是生物进化的主要动力。一个著名的例子是对长颈鹿的脖子变长的解释，拉马克认为长颈鹿的脖子之所以长，是因为父辈长颈鹿为了吃树顶上的叶子，所以脖子越伸越长，而通过获得性遗传，就可以把这个长脖子的性状传给下一代，久而久之，长颈鹿的脖子就越来越长了。这种思想被简单（有点误导地）概括为四个字“用进废退”。达尔文主义则否定获得性遗传的机理，它认为物种是通过生存竞争把不利的基因从物种的基因库中淘汰从而达到整体进化的效用。就长颈鹿的例子来看，达尔文认为在长颈鹿这个群类中，既有长脖子的，也有短脖子的，但是长脖子的更容易吃到树顶的树叶，处于竞争优势，所以其存活和繁衍能力比短脖子的大。久而久之，长脖子的长颈鹿越来越多，短脖子的长颈鹿越来越少，于是长颈鹿的脖子就越变越长了。这种思想也被简单都概括成四个字“优胜劣汰”。

两相比较，拉马克主义较为直观，达尔文主义较为复杂，但是两者都能说得通。哪种是正确的，只能通过实验验证。在拉马克和达尔文时代，遗传和基因的概念还没有流传（孟德尔开创性的遗传学研究迟至在20世纪初才被“重新发现”），所以哪一方都没有决定性的胜利。直到基因和遗传的机制被科学家们认识了之后，达尔文的思想才取得最终压倒拉马克主义。在遗传学看来，基因亦即遗传物质以DNA为载体，DNA先转录为RNA，再翻译为蛋白质，蛋白质通过复杂的互相作用，决定了生物体的形态。在这个过程中DNA的顺序是决定性的因素，生物的形态最终由DNA的顺序决定。上一代生物的生殖细胞中的DNA通过细胞减数分裂和受精过程传给下一代，而上一代后天获得的性状不会影响生殖细胞中的DNA顺序，所以后天获得的性状不会遗传到下一代，换而言之，获得性遗传并不存在。遗传学完美的揭示了遗传的分子机制，群体遗传学又从宏观的角度解释了个体变异和群体进化的关系，所以达尔文主义有了坚实的科学基础。

然而，自然界的规律可能远不止这么简单。最近兴起的表观遗传学（epigenetics）揭示了获得性遗传的可能性，它也许能够成为达尔文进化思想的一个补充。这个领域是如此吸引视线，以致自然杂志（Nature）在最近的一期以专题的形式对它作了全面分析和介绍。表观遗传学的研究对象是一类不需要改变DNA序列但是影响生物性状的机制。简单说来，DNA虽然决定蛋白质的表达，但是从DNA到蛋白质的过程中却有很多可以调控的步骤，例如DNA的甲基化、组蛋白的甲基化和乙酰化、siRNA的作用，甚至蛋白质的不同折叠都能影响蛋白的表达和功能。而对这些可调控的步骤的研究都可以纳入表观遗传学的范围之中。本来epigenetics这个名词早在上世纪40年代就出现了，而这些调控机制很多都是发现已久的东西，并不新鲜。表观遗传学的红火和走入公众视线却是得益于近年的一些实验的新发现。这些发现揭示了这些调控的机制的两个特征：一是它们长久地可以受到自然性的后天影响（可获得性），二是它们可以遗传（可遗传性）。如果这两种因素可以结合在一起，那么获得性遗传就是有可能的了。若果真如此，拉马克主义就能复活了，至少在某种程度上如此。

说明第一种特征的其中一个例子是一组老鼠（rat）的实验。科学家米尼（Michael Meaney）发现后天的照顾对于初生老鼠细胞的DNA甲基化有很大影响。老鼠妈妈对初生老鼠的照顾各不相同，有细心的，也有粗心的。米尼按照老鼠妈妈对老鼠的舔舐和整理毛发（licking，grooming）的频密程度把老鼠妈妈分为粗心妈妈和细心妈妈两类，然后让它们抚养初生老鼠（包括它们自己的子女和别人的子女）。实验检测的是对老鼠的神经系统发育至关重要的糖皮质激素受体（glucocorticoid recepter）基因上的一段序列（first exon）的甲基化程度。甲基是一个化学基团（-CH3），它能够结合在DNA上某些特定部位，这个甲基和DNA结合过程就叫做甲基化，相反，甲基从DNA上脱落的过程就叫做去甲基化。如果这段序列被甲基化，那么这个基因就不能被表达，从而导致老鼠的神经系统发育迟缓。小老鼠在没有出生前，这段基因是没有被甲基化的，但是初生后第一天就会迅速被甲基化。但是在细心妈妈的照顾下，这段基因会去甲基化，从而使得这个基因得到表达。相反在粗心妈妈的照料下，去甲基化的过程非常缓慢，而且去甲基化的程度最终也非常低，因此基因的表达量就大大减少。这种去甲基化的过程和结果的区别是长久性的，最终造成两类小老鼠的神经发育有很大的差异。科学家们随后又进行了一系列实验，证明了去甲基化的快慢多少不同是由老鼠妈妈的照顾细心程度不同导致的，两者是因果关系，而不仅仅只是相关的关系(Sapolsky 2004)。这个实验表明了外界的环境刺激会导致表观基因的长久变化，这种过程就是拉马克主义里的后天获得性的性状变化。

第二种特征即可遗传性对于拉马克主义来说更加重要。DNA的甲基化和组蛋白的甲基化可以通称表观基因标记。这些生殖细胞的表观基因标记一般在受精前都会抹去：甲基化过的DNA和组蛋白都会完全去甲基化。所以通常说来，这种表观基因标记不会传到下一代。也就是说，在下一代的细胞中，不会“记住”父母的表观基因标记，换言之，父母后天获得的性状，也不能被下一代记住。但是，近年来，一些表观基因标记的保护机制逐渐被发现，比如对小鼠（mouse）的实验表明，一种叫stella的蛋白质能够有效的保护卵子中的部分基因的甲基化标记，从而使这种标记能从上一代传到下一代(Nakamura, Arai et al. 2007; Reik 2007)。而这种例子在植物界中更多(Chong and Whitelaw 2004)。

如果把这两种因素结合起来看，拉马克提出的获得性遗传确实是有可能存在的。首先， 后天环境的影响可以造成父母辈中长久存在的表观基因标记；其次，这些表观基因标记还可能通过特殊的保护机制传到下一代。这恰恰是拉马克所提出的获得性遗传！当然，要完全证明获得性遗传的存在还有很长的路要走，一些缺失的环节仍然有待发现，而表观遗传标记的的遗传稳定性还不够。可是由于基因调控的机制远比以前预期的复杂，很多机理仍然不清楚，以上问题得到解答之前，谁也不能对获得性遗传是否存在妄下断论。当然，即便获得性遗传真的存在，它也很可能只是达尔文的进化机制的补充，而并非取而代之，毕竟以DNA为载体才是传递遗传信息的主要方式。

但是无论如何，获得性遗传如果得到证实，无论对于生物界还是对于人类社会，都将是一个极大的冲击。对于生物界而言，传统的进化理论需要把获得性遗传整合到现有的架构中，拉马克主义将不和达尔文主义相对立，而可能成为其有益的补充。这将是达尔文发表物种起源，以及遗传中心法则确立以来又一次认知的飞跃。

对于社会而言，冲击将不亚于生物学界。由于进化理论涉及人类对自身的认识，其革新将在多方面影响社会的思潮。首先，正如BBC某节目所说的，“基因有了记忆之后，你祖父呼吸的每一口气，吃的每一件食物，看见的每一件事物都可能在几十年后影响到你，虽然你并没有经历过那些事。(Bird 2007)”。我们身体的一些特征，有可能源于祖先的某些行为，而我们的某些举动，也有可能影响几代以后的子孙。这些说法目前看来虽然还略显夸张，但很可能在将来成为人们很感兴趣的话题。

其次，可以想见的是，社会资源分配上的公平（equity）原则将会被重新审视。目前机会均等（equality of opportunity）和结果均等（equality of outcome）是社会公平理论的两个主要理论体系。机会均等论认为人人生而平等，只要提供均等的机会，各人所能达到的成就取决于自己努力的结果。结果均等论认为由于每个人出生时，其背景和财富都不平等，这种不平等很有可能延续至下一代，而导致结果上的不平等，因此仅仅依赖机会的平等并不能保证真正的平等，只有结果的平等才是最终意义上的平等。而这两种理论也提出了不同的着眼于保障社会公平的政策途径。比方说，在高等教育入学政策上，机会均等体现在无论种族贫富，招生的平等体现在录取只根据学生的学业优异程度进行筛选；而结果均等则体现在对于不同种族民族的学生根据人口比例给予相应的配额或优惠政策以保证不同种族民族学生入学的平等。

如果获得性遗传得到证实，那么上一代人的不公平，就有可能在“生理上”传给下一代。假设人类和老鼠一样，那么对孩子照顾不周至少会对孩子的神经系统发育有不良影响。如果进一步假设，不周当的照顾同样会给孩子智力发育造成不良影响，而且这种影响也会一代一代的遗传下去。那么，对于贫困家庭来说，如果父母忙于生计，孩子无法得到应有的基本照顾，那么这些孩子的神经系统和智力发育就很可能在生理上被决定不如家境更好、得到更悉心照料的孩子，而且这些不足也可能在“生理上”遗传到下一代。如果这种假设被证实，而社会又对此无动于衷或不能采取有效补救措施，这种生理上的遗传因素结合财富和背景等社会因素，会不断被放大，长此以往，贫困家庭的后代就会有可能变成越来越智能低下的一类人。这将无疑会是伦理学和社会学巨大的挑战。如果拉马克主义被证实的话，它将会大大增强结果均等论在保障社会公平的影响及作用，而社会财富的分配制度和政策也会因此面临重大改变。

进化论是公众最感兴趣的科学问题之一，历史证明，进化论也是科学和伪科学、反科学的角力点。无论科学家愿意与否，每个新的进化理论都可能会被反科学者作为攻击原有进化论的工具，从而达到完全否定进化论的目的。进化理论也曾被伪科学者重新包装作为推销他们自己的思想的武器，最好的例子就是达尔文主义被种族主义者骑劫作为优生学和种族压迫的理论基础。在这种情况下，科学家的责任不仅仅在于研究科学问题，还应该延伸至推广和普及科学，这对研究进化论和其相关领域的科学家而言尤为如此。

参考文献

Bird, A. (2007). "Perceptions of epigenetics." Nature 447(7143): 396-8.

Chong, S. and E. Whitelaw (2004). "Epigenetic germline inheritance." Curr Opin Genet Dev 14(6): 692-6.

Nakamura, T., Y. Arai, et al. (2007). "PGC7/Stella protects against DNA demethylation in early embryogenesis." Nat Cell Biol 9(1): 64-71.

Reik, W. (2007). "Stability and flexibility of epigenetic gene regulation in mammalian development." Nature 447(7143): 425-32.

Sapolsky, R. M. (2004). "Mothering style and methylation." Nat Neurosci 7(8): 791-2.

http://blog.sina.com.cn/s/blog_4b2ed3c3010008an.html