无牙母象:初学者的表观遗传学

在长达 20 年的莫桑比克内战期间，由于大量偷猎，戈龙戈萨国家公园的非洲象数量下降了 90%.随着战后人口的恢复，相当大比例的雌性出生时就没有长牙.在同一地区的雄性大象中尚未观察到无牙现象.现在，科学家们已经确定了与出生时没有象牙的雌性大象有关的基因.目前，事实证明很难准确确定这些人群中发生的基因变化.这让我们想到了遗传学和查尔斯·达尔文.

在物种起源(1859 年)中，达尔文提出了他的自然选择和适者生存的理论.他写道，通过环境影响形成的特征不会遗传给后代；只有基因传递的性状才会遗传，基因需要几千年才能改变.

John Cairns 于 1988 年在Nature 上发表的一篇论文引发了遗传学的结构性转变.该论文描述了一项实验，其中将无法代谢乳糖(乳制品中发现的一种糖)的特定细菌菌株大肠杆菌置于乳糖培养基(细菌生长的食物的科学术语，通常在培养皿).这些细菌并没有挨饿，而是很快发生了基因变化，这使它们能够消化乳糖并因此存活下来.凯恩斯报告说，至少在某些情况下，选择压力可以专门引导突变.

再见，达尔文主义正统.一些评论家说，凯恩斯“厚颜无耻地"提出了可能的拉马克遗传机制的幽灵——没有比 1988 年更异端的了.在同一期自然中，名誉教授富兰克林斯塔尔俄勒冈大学生物学博士赞同凯恩斯的结论，并提出了他自己的“定向突变"如何发生的模型.

凯恩斯论文发表十年后，印第安纳大学生物学教授 P.L.福斯特写道:“随后的许多研究表明，突变率可能会有所不同，并且在某些压力下(例如营养缺乏)会增加.这种现象后来被称为“适应性突变".今天，适应性突变已经转化为表观遗传学.突然之间，每个大学实验室都在研究它.

虽然达尔文的工作将进化定义为世代之间偶然的、随机的突变和适者生存的过程，但表观遗传学的新科学更接近法国生物学家让-巴蒂斯特拉马克饱受诟病的理论，后者认为生物体可以将其一生中获得的特征传递给后代.

表观遗传学是对基因活性变化的研究，这些变化不会改变基因本身，但仍会传递给至少一个连续的世代.这些基因表达模式受细胞物质——表观基因组——控制，它位于基因组的顶部，就在它的外面(因此前缀epi-，意思是上面).表观遗传学的一个关键组成部分是甲基化，其中一个化学基团(甲基)附着在 DNA 的某些部分上——这个过程就像基因功能对身体和社会心理因素做出反应的调光器一样.表观遗传“开关"打开或关闭基因，以及两者之间的所有点.

甲基化是一个动态过程，甲基化水平会在人的一生中随时发生变化，这取决于人的外部或内部经历.与甲基化相反的过程是乙酰化.甲基化使基因功能减弱或完全沉默，而乙酰化使基因部分或完全开启.

表观遗传学的主要目标之一是研究通过生物学而非心理手段从一代传到下一代的数据.生物遗传表明生殖细胞(精子和卵子)受到重大环境事件的影响，然后基因组中的这些变化会传递给后代.我认为正是这种现象导致了无牙大象的诞生，以应对灭绝的威胁.

几十年前，科学家们研究了荷兰二战末期饥荒期间怀孕的妇女所生的孩子，表观遗传学领域获得了发展势头.他们发现这些孩子的一个基因上带有特定的化学标记或表观遗传特征.研究人员将这一发现与儿童日后健康状况的差异联系起来.这些孩子长得比荷兰平均水平要小，体重也高于平均水平.他们的孩子也更小，更容易患糖尿病、肥胖症和心血管疾病.这些变化在三代人中都可以检测到.

大约在凯恩斯进行实验的同时，瑞典 Umea 大学的 Lars Olov Bygren 想知道:“父母在他们生命早期的经历能否以某种方式改变他们传递给后代的特征?"拜格伦和许多其他科学家现在已经积累了大量历史证据，表明强大的环境条件(例如，接近饥饿致死)可以在卵子和精子的遗传物质上留下印记.这些基因印记可以使进化短路并在一代人中传递新的特征.

但是，改变基因表达(活性)的不仅仅是压力或创伤事件.伊利诺伊大学的神经生物学家戴维·克莱顿 (David Clayton) 发现，如果一只雄性斑胸草雀听到附近的另一只雄性斑胸草雀唱歌，则该鸟前脑中的特定基因会受到刺激，并且会根据另一只雀是否奇怪而做出不同的反应.和威胁，或熟悉和安全.鸣禽在短短 15 分钟内展示了基因表达的巨大而广泛的变化.

我们了解到大脑对社会刺激的反应可能是巨大的，涉及数百个甚至数千个基因.即使在最近的 20 年前，任何有自尊的遗传学家或神经科学家都不会在他们最疯狂的梦想中想到社会经历会导致大脑基因表达和行为的变化.

癌症、糖尿病、肥胖症、自闭症和出生缺陷等复杂疾病的患病率正在以无法仅用经典遗传学解释的速度增加.对人类和动物的研究强烈表明表观遗传机制可能是负责任的.

令人信服的科学数据表明，我们的社交生活、我们与他人和我们自己的互动可以以前所未有的速度、广度和深度改变我们的基因表达.基因不会让我们成为我们自己.基因表达确实如此.基因表达因我们的生活而异.换句话说，我们吃的食物、我们喝的水、我们呼吸的空气、我们的人际关系以及我们与自己的关系——所有这些都在深层生物学层面上影响我们，进而影响我们的思想.

基因重要吗?绝对地.但生理、心理和社会环境也是如此，不仅从出生开始，而且可以追溯到子宫内的九个月生命、受孕，在许多方面，甚至可以追溯到更远的几代人.表观遗传学的进步打破了古老的达尔文遗传学范式.

在 The Embodied Mind(2021 年)中详细介绍了这一点.