轻轻地告别曾经的时光分享 http://blog.sciencenet.cn/u/liuyuexue623

博文

生物的表观遗传

已有 13021 次阅读 2020-3-2 13:06 |个人分类:自然之旅|系统分类:科普集锦

生物进化之拉马克进化论http://blog.sciencenet.cn/blog-565899-1186363.html

生物进化之达尔文进化论http://blog.sciencenet.cn/blog-565899-1190045.html

新拉马克学派与新达尔文学派http://blog.sciencenet.cn/blog-565899-1217064.html

新拉马克学派与新达尔文学派的硝烟http://blog.sciencenet.cn/blog-565899-1217070.html

 

 

20141月《自然神经科学》杂志发表了一篇关于老鼠实验的论文。美国埃默里大学克里·莱斯勒实验室的迪亚斯用一种镇静剂―苯乙酮来给老鼠闻。这种气味是淡淡的杏仁味。本来老鼠很喜欢闻这个味道,就如小朋友喜欢吃糖一样。可是这个迪亚斯“不怀好心”。他一边给老鼠闻这种气味,一边电击老鼠。没几天,老鼠长记性了,闻见苯乙酮的气味就吓得浑身栗抖,体如筛糠。


图片1.jpg

 

然后,奇怪的事发生了。这些老鼠的后代小老鼠从小既未被电击,也未见到过爹妈。它们闻见苯乙酮的气味就显得坐立不安,有点神经质。二代鼠、三代鼠表现依然如此。祖先遭的那些罪,在儿辈和孙辈身上均有反应。儿孙这一辈明明与苯乙酮没半毛钱关系,他们却依然会对苯乙酮的气味做出反应。


 图片2.jpg

那么,一个大问题就摆在大家的面前,老鼠爹娘是如何把这个情绪以及这个记忆遗传给鼠娃呢?情绪和记忆均是后天获得的,难道拉马克又诈尸还魂了。一帮生物学家们脑袋都大了。要想解答这个问题,那么就必须借用一种比较新的理论,叫做“表观遗传学”。表观遗传是指DNA序列不发生变化,但基因表达却发生可遗传的改变。这样的改变是细胞内除遗传信息以外的其它可遗传物质发生的改变,且这种改变在发育和细胞增殖过程中能稳定传递。

遗传基因的甲基化是很常见的一种情况。一个正常的碱基,甲基化后多了个外挂。就等于这个基因上贴个标签。这就是一个额外的信息。甲基化并不能改变基因,但可改变基因表达。因为多了个外挂,这个基因就发挥不了作用。过去以为这些都是胚胎时期发生的事儿。现在发现,成人的细胞一样能被化学修饰。

除甲基化外还有其它的标记,如基因组印记,这个东西可区分基因来自于谁,是来自于爹还是来自于妈。现在发现好几种癌症可能与此有关系。还有母体效应、基因沉默之类的。


图片3.jpg

图片4.jpg

 

相关研究表明:遭受生理和心理压力的孕妇可能会降低生男孩的可能性,婴儿的男女比例分别为4923。研究人员还发现,若孕妇从朋友和家人那里获得的社会支持越多,那么,她生男婴的可能性就越大。因此,孕妇生理和心理压力可能导致卵细胞甲基化进而影响其与精子结合的自然选择性,从而影响婴儿的性别及其生理特性。


图片5.jpg

 

我们再来举一个生活中常见的例子。如同卵双胞胎,他们的基因应当是一样的。那么,为啥同卵双胞胎长得总有差异呢。虽然很像,但是父母却能毫不费力的分辨出呢?这里面的原因很复杂。大略有如下几个原因:

1.      环境因素,如营养不一样,高矮胖瘦当然有区别。这种差异可能娘胎里就已存在。

2.      表观遗传。基因虽完全相同,长相还是有偏差,脾气秉性也有差异。很可能是表观遗传在起作用。科学家们怀疑,表观遗传是引起某些癌症的罪魁祸首,双胞胎就提供了很好的观察对象。天生的对照组嘛。

 

图片6.jpg

英国有一个纪录片《孪生陌生人》(Three Identical Strangers)。讲三胞胎从一出生就被分开,送到三个完全不一样的领养家庭。一个贫困,一个中产,一个富裕。研究人员试图用这种方式回答一个问题:到底是先天因素决定一个人,还是后天因素决定一个人?三胞胎的基因是一样的。但不同的领养家庭,不同的经济收入,父母不同的性格,会不会带给孩子不一样的未来?


图片7.jpg

 

实验继续了20多年。在这20多年里,工作人员每隔一断时间,就去3个孩子的养父母家,记录3个孩子的生活细节,和相关数据。如情商、智商,考试分数,与人交往的方式等。当他们到了22岁时,三人都长大了。命运逐渐开始展现出它的神秘与残酷。

 

图片8.jpg


被富人领养的鲍比,从小都拥有很好的教育资源。养父是著名医生,母亲是律师,他们生活在美国富人区。父母虽陪伴少,但他们在尽一切力量,带给鲍比好的教育。

被中产家庭领养的,是艾迪。养父是教师,非常严厉。


图片9.jpg


被贫困家庭领养的是大卫。养父母是移民,英语还不是母语。家里开一个小杂货店,收入不高,但养父非常有魅力,他是快乐的,也能给周围人带来欢乐。

 

图片10.jpg


20年后,三兄弟无意中相逢了。他们经过一段惊喜的团聚日子,甚至合作经营一个餐馆。可因为三人的理念不同,大动干戈,最终分道扬镳。三人在相处过程中,也发现很多有趣之处—他们本能层面的爱好,很多都是一样的。如喜欢同样的运动,同样的女人、颜色、香烟品牌等。

 

图片11.jpg


但他们的性格、观念,却有着很大的差异。后来,三人之中,成长于富有、理智的富人家庭的鲍比,成为最有主见、最认真也活得最好的一个。大卫成就一般,平庸无奇,但一直有着乐天派的劲头。最惨的是在养父非常严厉、非常残酷的教育下长大的艾迪。他后来得了躁郁症,开枪自杀。这个实验当然不人道。但它揭示的规律,也是显而易见的。孩子的性格爱好可能与基因有关。但孩子未来的路,却与父母的教育密切相关。


 图片12.jpg


真正的教育从来不是点石成金、立地成佛的奇效,而是一段春风化雨、自然无为的过程。就像一朵云推动另一朵云,一个灵魂唤醒另一个灵魂。它没有声响,它只是让走在前面的人做好自己的事、走好自己的路,然后任由改变自然发生。前行者如何跟从者也会如何。长者如何晚辈也会如何。大家也会发现一个有趣的现象就是很多人都是子/女承父业,不自觉走上父辈同样的路。我们可能无意于如此。也未刻意培养孩子成为另一个自己。但命运就是如此吊诡,当孩子对你的性格、为人、职业、圈子、思维方式、言行方式都耳濡目染,这些东西就会润物细无声地渗透进他的生命。他会不自觉地模仿你,也会不自觉地跟从你。所以,假如你希望孩子是优秀的,我们自己先做一个优秀的人。因为身教的重要性百倍于言传(如虎父无犬子)

此外,医学领域的很多发现很可能也与表观遗传有关系。如孕妇吸烟会造成DNA损坏,其实是被化学修饰。研究者分析889名新生儿血样,其中约三分之一的新生儿的母亲报告说自己在孕期头三个月吸过烟。研究团队对DNA上的表观修饰标记甲基进行检测。研究结果吓人一跳:吸烟者的小孩儿会在DNA上出现特有的表观遗传变化。与母亲不吸烟的小孩儿相比,这些小孩儿在超过100个基因区域上均发生变化。在这些受影响的基因中,有的与胚胎发育相关,有的与尼古丁上瘾相关,还有的与戒烟能力相关。


图片13.jpg

图片14.jpg

 

相关研究表明:母亲的关怀与L1拷贝数量之间存在相关性。其中拥有细心母亲的小鼠携带的L1拷贝数较少,而拥有疏忽大意母亲的小鼠拥有更多的L1拷贝。这可能是拥有疏忽大意母亲的后代会更有压力,这可能会以某种方式导致基因复制和移动地更频繁。该研究还检测了甲基化—DNA上的一种化学标记模式,能被环境因素所影响。结果发现:其它已知跳跃基因的甲基化在所有后代中均是一致的,但L1的情况就存在差异。即:“拥有疏忽大意母亲的小鼠”比“拥有细心母亲的小鼠”拥有显著更少的甲基化L1基因。因此,甲基化是负责L1基因流动性的机制,进而导致后代存在差异。


图片15.jpg

图片16.jpg

图片17.jpg

 

关于蜜蜂命运的问题,即:为什么有些蜜蜂吃了蜂王浆后就变成蜂王呢?蜂王浆里面到底有什么东西?根据研究,蜂王浆并非单一组分,是很多东西的mixture。相关研究表明:若在蜜蜂的幼虫中敲低(Knock-down) DNA甲基转移酶DNMT3,基本上不用喂蜂王浆就可变成蜂后,这表明:蜂王和工蜂的分工与DNA甲基化有密切关系。


图片18.jpg

 

我们再回到一开始的那个老鼠的实验。实验人员还解剖了老鼠。他们发现它们鼻腔里的M71神经纤维球明显要比其它小鼠大一些,导致他们对于苯乙酮的敏感性极高。在这些老鼠的儿孙们身上也看到这种情况。这是确确实实的生理结构被改变。


图片19.jpg

 

但是要感知杏仁味还尚需一种气味受体,这个气味受体就是由Olfr151基因编码表达的。 迪亚斯等人对从试验小鼠中获得的精子样本进行研究,发现每100个精子中约有86个存在Olfr151基因甲基化修饰的现象。因此可以推论:这种表观遗传恐惧因子可通过精子细胞遗传给下一代。

 

图片20.jpg


那么,这算不算获得性遗传呢?说实话,这不是拉马克主义者想要的那种“获得性遗传”。因为目前看,表观遗传是不稳定的,很可能传几代也可能是几十代就没了。基因突变可不一样了,一旦发生就会一直带着,除非自然选择大剪刀起作用带有这个基因的个体被全部淘汰,这是很难发生的。只有积累起来,才能导致物种的变异从量变积累到质变。可是表观遗传是不是能积累到那么显著的程度,目前看来是不会的。

不过,表观遗传属于非孟德尔-摩尔根遗传。两者是互补关系。生物体适应自然不能等着基因突变啊,那玩意儿太慢了。要想立马立竿见影的出效果,那么表观遗传是个好办法。可迅速起作用。算是个临时性的应对方案。所以,生物体应对自然界的变化策略也并非那么单一,从这里也体现出生物的复杂性。


图片21.jpg


注:囿于个人水平之限,错误在所难免。敬请批评指正!此外,本博文图片和部分文字介绍均源于网络,版权归原作者和()出版商,仅用于学术传播等非商业行为。特在此致谢!



https://blog.sciencenet.cn/blog-565899-1221373.html

上一篇:花开幽处自怜春
下一篇:一枝江南春意浓
收藏 IP: 112.0.75.*| 热度|

3 郑永军 杨卫东 严鹏

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (2 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-3-29 16:17

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部