我们的基因有可能学习吗?

                                                                       

关键点:

  • 基因曾经被认为是静态的.但是表观遗传学领域的最新研究发现,基因可以并且确实会根据环境线索而发生变化.
  • 我们知道基因能够改变其行为.
  • 但是,基因是否可以适应重复出现的环境线索(可以被描述为学习" )却鲜为人知.
  • 科学家正在研究基因是否可以学习,而他们即将进行的研究可能会颠覆当前对自然与养育的理解.

在过去的十年中,研究改变了我们对遗传物质的理解.我们高中教科书中概述的“经典"观点表明,基因是生物代码的“静态"部分,它们盲目吐出蛋白质,不受周围环境的影响.

然而,事实却恰恰相反:我们一生中甚至父母和祖父母的一生中发生的事件,都可能在基因水平上引发深刻而持久的变化.从子宫到坟墓,我们的基因对周围的世界都有动态的反应.

简而言之,我们的遗传材料可以表现 .但是还可以学习吗?如果是这样,我们怎么确切知道何时进行了``遗传学习''?

Cottonbro/Pexels
同卵双胞胎.
来源:Cottonbro/Pexels

正在学习什么?

回答这些问题需要我们首先退后一步,弄清楚我们的行为,行为变化和学习意味着什么.当我们使用``行为''一词时,是指由于刺激而从一种状态过渡到另一种状态.听起来很复杂,对不对?让我们举一个简单的例子.想象一下,您坐在前花园里,邻居开车上班时,邻居的汽车尾气每天都会适得其反.第一次(即系统)听到这种响亮的爆炸声(即刺激声)时,您会从镇定变为震惊(即状态转变).因此,当我们说某事或某人正在表现 时,我们实际上是在描述一种状态与另一种状态之间的过渡(从平静到震惊),并在解释为什么发生这种过渡(因为响亮的爆炸声) ).

现在,许多系统(尤其是活着的系统)不仅仅表现良好.他们还更改其行为.想象一下,几天之后,您又回到了前花园.邻居的麻烦车在开车经过时再次适得其反.但是这次,您只是被声音吓到了.当我们说您的行为发生了变化时,我们只是在指出,相同的刺激(响亮的声音)最初对您的影响(您最初从镇定到强烈惊吓)与几天后的影响有所不同(您现在从平静转为稍微惊呆了.)

现在是一个真正的问题:为什么您的行为发生了变化?为什么巨响不再像以前那样使您大吃一惊?

Courtesy of Yannick Boddez.
幼犬学会坐下来吃饭.
来源:由Yannick Boddez提供.

这使我们能够进行学习.当我们提到学习时,我们强调的是行为发生了变化,并在解释为什么发生了变化.例如,我们的行为可能会发生变化,因为我们一次又一次地遇到了一个刺激.在我们之前的示例中,每天对邻居的汽车进行重复反向射击可能会导致您不再感到震惊,甚至完全忽略了大声的爆炸;这就是习惯.

行为也可能会改变,因为刺激已配对在一起.还记得巴甫洛夫的狗吗?起初敲钟时他没有流口水.但是,在把铃铛和食物配对后,铃铛响起后,狗就开始流口水了.这称为经典条件.最后,我们的行为可能会改变,因为它会导致某些结果.例如,训犬师经常加强``良好''的举止,例如坐着并保持安静以达到预期的效果,例如狗零食;这称为操作员条件.

什么是遗传学习?

事实证明,大多数生物都在学习.但是神经元,细胞组装乃至遗传物质(即生物的一部分)呢?他们还能表现吗?改变他们的行为?并可能学习?

获取遗传物质.事实证明,当我们暴露在阳光下(刺激)时,我们的某些基因(系统)在早晨开启(状态转变),即它们的行为.傍晚,当太阳下山(刺激)时,那些相同的基因(系统)被关闭,即它们能够改变.通过这种方式,我们基因表达的节奏与自然世界的节奏保持同步,从而使我们能够适应自己所处的环境(例如,在白天需要时使用能源,并在晚上保存能源).

现在是一个真正的问题:那些相同的基因还能学习吗?例如,如果一个人在夜间反复暴露于光脉冲中,这些基因会先被表达然后慢慢停止表达吗(也就是说,它们会像您对邻居汽车的轰鸣一样适应吗?)如果我们将光与某种声音配对,然后将这种声音呈现给黑暗中的人,他们的基因会开始表达出来吗(就像巴甫洛夫的狗在听到钟声时垂涎三尺一样)?最后,想象一个人饿了,表达这些基因导致了食物的运送.基因表达会增加吗?

关于基因学习的工作才刚刚开始.但是,有很强的暗示表明遗传材料确实具有学习能力.如果是这样,那么许多有趣的问题正在等待解答.例如,关于一种刺激(大声爆炸)的遗传学习是否会推广到另一种刺激(大声尖叫)?如果儿童创伤,虐待,营养不良或压力等有问题的经历导致遗传行为发生不良适应性变化,这些行为以后是否可以撤消?基因是否有一定的学习时间,遗传学习会持续吗?也许最有趣的是,一代人所学的遗传物质能否被其他人传承并继承?

结论

科学告诉我们,我们的基因能够表现和改变其行为.询问他们是否也可以学习可以解锁许多新的想法和可能性.如果可以的话,那么我们对最小规模活动的理解将进一步转变,并暗示我们的基因对周围的世界是动态敏感的(而不是曾经假设的静态实体).也许自然与养育早已锁定在我们现在才开始理解的对话中.

-塞恩·休斯(Sean Hughes)

作者希望感谢Jan De Houwer对早期版本的反馈.

参考

Carey,N.(2012).表观遗传学革命:现代生物学如何重写我们对遗传学,疾病和遗传的理解.哥伦比亚大学出版社,纽约,纽约.

Moore,D. S.(2015).发展中的基因组:行为表观遗传学简介.牛津大学出版社,纽约,纽约.

                                               
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