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
也和进化生物学有关
是不是可以这样理解，以长颈鹿为例，达尔文主义认为在长颈鹿物种中，天生就有长脖子的鹿和短脖子的鹿，短脖子的鹿最后被饿死了。“优胜劣汰”。这里的“天生”意味着，没有自主选择性。是无意的。换句话说，物种个体在生存上只存在利用天生条件进行生存斗争，物种不存在希望在个体上创造主观竞争条件的动机？
在引如基因概念后文中说“达尔文主义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”，那么这种理论如何解释物种基因库的来源呢，物种基因库是如何建立起来的？另外，我呆会儿会试着自己解释一下这种基因库中的淘汰机制，希望大家给于指点。反正我不太倾向达尔文主义的这种解释。
那么通过文中我可以发现，在拉马克主义里，认为在长颈鹿物种中，一开始只有短脖子的鹿，在食物资源的竞争过程中一些鹿努力变成的长脖子的鹿从而获得竞争优势而活下来了，而没努力变成长脖子的鹿被饿死了。“用进废退”。就是说物种在生存努力中，通过主观上的竞争努力最终将发展成新的物种。
那么在当时还没有基因学研究的情况下，考古发掘出的化石组能够证明哪种理论的正确性呢？我认为如果考古发现能证明在远古时期中一开始长脖子、短脖子的鹿都存在，后来短脖子的鹿消失了。那么达尔文正确。如果考古工作发现在远古时期中一开始只有短脖子的鹿，后来鹿的化石证明鹿的脖子越来越长，以至于短脖子的鹿最终消失只剩下长脖子的鹿。那么拉马克正确。
这是我的第一个大问题。问题是，这两种理论有考古依据吗？为什么需要依靠遗传、基因学的介入才能分出胜负呢？
请允许我利用业余的知识解释一下基因特点。基因首先利用基本的DNA信息忠实地复制自己，保持物种基本特征，但基因的复制过程中也偶尔发生错误造成基因突变。
我的第二个问题出现了，文中指出在遗传和基因的概念被认识之后从而使达尔文主义压倒了拉马克主义。那么让我来试着解释一下使得达尔文主义获胜的理论论证过程。
基因理论在达尔文物种进化理论中的概念：基因忠实的复制自己以保证物种的基本特征从而制造后代。但由于复制过程中偶然的失误会导致基因突变，极少数非致病的基因突变给物种的自然选择增加了新的原始材料。而这些偶然产生出来的原始基因突变个体无意中就成了新的品种，比如：长着比较长的脖子的鹿。这样一来，使物种内在自然选择中出现了新的食物资源竞争对象，这样竞争机制启动，最适合自然的个体将生存下来。长脖子的鹿具备天生的竞争优势。通过这个简单的例子，可以发现在引入基因概念后的达尔文主义理论下，物种进化的机制是依靠基因突变这样的基因复制错误造成的偶然条件工作的。就是说，物种进化的历程，是源于基因偶然的、一次次的复制时的错误。总结下来，物种的进化是被动的。不是主动想要进化成现在这个样子的。“优胜劣汰”，犯错误犯“对”了，就进，犯错误犯错了，就退。
对么？这样的解释将意味着，长颈鹿的产生，需要依靠很多次基因突变。需要一次次无意的基因复制错误～突变事件的发生。而且需要保证这种基因突变需要找对发展方向。需要选对物种发展方向。可是如果是无意识的，怎能确保每次基因的突变都是向正确的方向前进呢？漫长的时间可以保证么？难以理解，但理论逻辑上的确存在可能。
那么在理解加入了基因概念的拉马克主义的想法里，是认为基因的突变是可以在个体行为上被主动干预的，物种在进化方向上的选择是主动的。当短脖子的鹿认为自己需要更长的脖子的时候可以通过努力伸长脖子的行为主动诱导基因的突变，通过数代短脖子的鹿伸长脖子的努力最终出生脖子稍微长一些的鹿。也难以理解。对我来说，在长颈鹿进化的问题上是难以理解的，因为我认为它们低等。但如果是从人自身的进化过程考虑呢，是否存在这样主动的目标性进化？如果思考人类这样的高级生物的进化过程，很难想像人类的出现是基因突变的被动选择的偶然结果。很难。
那么我看到了，我不知道为什么当遗传、基因学介入这个题目的研究之后，达尔文主义就从与拉马克主义的争吵中也胜出了。我不知道是什么使得人们对此作出了判断。也许是处于我知识水平的限制而无法理解吧。
那么，总之，目前我愚昧的看法是，很有可能，在不同的物种之间，采用的是不同的进化主义。甚至，可能不仅仅只存在拉马克和达尔文主义，这两种理论现在看来都是不够完美的。必然还有其他的需要发现的信息。
（没有啥参考文献，空口白牙瞎说而以。）
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关于这个甲基化/去甲基化的问题的小鼠试验
如果一般是这样的过程,那么这个相关的表观基因标记如果在生殖细胞形成过程中没有被抹去,其影响也会在出生后第一天因迅速被甲基化而被抹平,其起点也会像没有携带这个相关标记的初生小鼠一样吧.此后,这个相关标记也会因细心照料而被一视同仁的去甲基化么?
如果这样,那么这个表观基因标记的传递应该实际上并没有对小鼠的后代产生任何影响吧.
基因标记的传递是文中提到的第二点
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那么 佛教里讲的因果报应 就是有一定科学依据的了
不就是某种意义上的用进废退吗？这类东西应该有了。从分子的角度讲，优胜劣汰似乎是理所当然的。
基因机器的复杂性应该超过我们的想象。一个细胞受它周围细胞的影响应该远大于外在环境对这个细胞的影响。基因机器在发育过程中受外界刺激影响到后来的发展好象不用获得性遗传来解释。可能基因机器的程序里已经包括了受激反应。比如粗心妈妈的照顾找成小老鼠的神经系统发育迟缓，和脑神经细胞会因为缺氧自杀一样，是基因本身平衡的结果。小老鼠神经系统发育迟缓，不好动有利于妈妈把更多精力放在觅食和躲避捕食者上。 对小老鼠和妈妈都有好处。小老鼠的脑神经细胞怎么知道什么样的发育速度是最好的，不同环境有不同的最佳发育速度。母老鼠还会更换环境，生好几代呢。 一受精就把这速度限死显然不利于基因传播，有在出生后再调整发育速度的基因机制不疑是有利于进化。
达尔文在当时并不知道其内在的机制是基因突变，传递和在群体中扩散或自然选择。不过他的大部分理论事后被证明是正确的。现在公认的已经是综合进化论了。你说的表观遗传学的例子其实还是综合进化论所解释的，还是基因的变化（只是不是碱基变化而是甲基化）传递到下一代。不过这种传递的稳定性可能更差。
再提一个问题，在辐射环境中单细胞生物体发生的变异传递到下一代算是符合达尔文主义呢还是拉马克主义？还是都符合？
还是进化学家非常看重的一点，也是达尔文主义（其中包括综合理论）很看重的一点，见迈尔，古尔德等人的著作。
单细胞生物体的问题比较复杂，一来，它们大部分是无性生殖的生物，物种的概念还没有一个标准，二来即便是有性生殖的生物，它们也没有体细胞和生殖细胞的分化。从机理上看来，应该是达尔文主义，因为它符合“无定向”这个达尔文主义标准。
达尔文的假说之所以战胜拉马克的假说，是因为发现遗传物质，是不受外在环境改变的影响的。
拿你举的例子来看，糖皮质激素受体的甲基化的状态的改变，是在神经系统里面。而产生后代的生殖细胞，其糖皮质激素受体的表达是受到抑制的。这个与母亲的照料的程度无关。你的例子只是再一次证明了从上世纪60年代开始的双生子遗传学研究的结果。即我们的表型，并不是完全由遗传因素所决定的，而是与后天的环境和个人的遭遇密切相关。
而即使存在stella蛋白，也并不能够说明任何问题。因为外界因素作用到肌体上，直接改变的是所谓的体细胞，而不是生殖细胞。生殖细胞在发育早期就已经游离于体细胞的发育调控信号机制之外，并且一直保持相对高度的独立性。除非极个别的因素，外界因素根本不可能改变生殖细胞的状态。也就是说这一代个体所获得的改变，根本不可能进入生殖细胞传递到下一代。
在没有别的直接的证据之前，拉马克的获得性遗传的理论，依然只是一个假说。完全没有大惊小怪的。因为，这个理论的出现，还远在达尔文谨慎的表达他的进化论观点之前，就早已经存在了。
这个理论，可以看作是进化论提出的一个前奏，对于当时19世纪早期的社会而言，的确是具有很大的冲击性。如果你回头去看一看19世纪30年代开始的对于进化观点的大讨论（虽然一开始仅仅是集中在非常小的一个圈子里面，大规模的社会讨论，要等到1859年以后才开始），你就会发现，现在的所谓的这些套路，早已经在一百多年前就被用过了。我甚至在BBC的那解说词里面，看到了当年泰晤士报评论的影子。
其实这也不奇怪，就是所谓的再发现。因为当年大家讨论的，无论是深度还是广度，以及胡思乱想的程度，都远没有今天高。但是就思路和逻辑性而言，根本就没有什么变化，自然也不会得出什么新鲜的结论。
最后说一句，进化论并不是一定就是科学的。首先必须是唯物主义进化论，才行。科学基督教派也承认进化论，不过他们以上帝创造生命作为一切进化的源头。科学的概念，首先应该是唯物的，然后是可知论的。科学的问题，说到底，还是认识论的哲学问题。推广科学，并不能够保证科学知识不被应用到反人类、反社会，甚至是反科学的方面上。但是，至少知道一些总比愚昧无知要好。
这点是基督教攻击进化论的一个重要弹药，用达尔文的讲法不好解释，用拉马克的说法更没法说了。
比如大象的鼻子，已开始半长不短的时候是为了啥涅？
很多东西的用途会变化的，这就是进化论的一个问题，便如同加拿大GGL钻石公司是个镍矿一样，本来想挖钻石的，却歪打正着……