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坏习惯可能改变外基因通过父系遗传给孩子

http://www.sina.com.cn  2010年01月17日07:10  深圳特区报

  进化过程被缩短,就意味着基因本身并没有充足的时间进行变化。彭布雷博士因此就推测,外基因标记可能会有所调整。但他不知道如何去验证这一伟大的设想,于是论文发表后,就被束之高阁了。直到2000年5月,他意外地收到了“陌生人”本内的一封电子邮件,本内向他透露了自己的团队在奥佛卡利克斯地区进行的调查。很快两人便一见如故,惺惺相惜,着手讨论搭建新的实验平台,一同探寻“荒原”的奥妙所在。

  二人深知,探寻答案的第一步,起码得重现当年奥佛卡利克斯的环境。问题是有谁愿意充当这样的志愿者呢——一组食不果腹,另一组却暴饮暴食;更没有人愿意为此等个60年。巧的是,彭布雷有权享用另一组宝贵的遗传数据库资源——英国布里斯托尔大学的父母与孩子埃文纵向研究(ALSPAC)。这个数据库的创建人简·戈尔丁是彭布雷的朋友,曾邀请他长期担任董事会成员。ALSPAC的研究对象是1991-1992年出生的孩子和其父母,项目共招募了14024名孕妇——其中70%都来自布里斯托尔地区。

  环境因素沿父系一代遗传

  自ALSPAC项目成立后,志愿者(家长和孩子)每年都要接受全面的医学测试和心理测试。汤姆·吉布斯便是其中之一,项目成立之初,他还是个小婴儿,现在都17岁了,是个棒小伙。经医生测量,他身高178厘米,左大腿骨的骨密度为1.3克/平方厘米,高于平均水平。

  项目所做的这些数据采集,就是为了揭示个人基因类型和环境压力相结合后,对健康和发育的影响。借由这些数据,研究人员得到不少重要结论,比如目前对花生过敏的人群数量不断上升,含花生油的婴儿润肤露可能难脱干系;孩子得了哮喘,与母亲怀孕期间的高度焦虑有关;养育环境过分干净的小孩患湿疹风险较高等等。

  彭布雷、本内和戈尔丁三人联手,利用这些数据,于2006年在《欧洲人类基因学杂志》上发表了一篇论文,堪称迄今为止外基因研究领域里最有突破性的论文。文章显示,在14024名接受研究的父亲中,有166名承认他们11岁之前,即青春发育期前,就开始吸烟了。男孩在青春期以前,由于体内还无法形成精子,雄性基因遗传就没有显现(女孩则不同,她们的卵子与生俱来)。于是男性青春期前后就成了外基因改变的重要阶段——如果环境想在Y染色体的基因组留下外基因标记,还有什么比精子初次形成时候更好的时机呢?

  三人仔细研究了166名“老烟民”儿子的资料,发现他们9岁前的体重指数要明显高于其他同龄孩子。这也意味着他们成年后,肥胖和其他健康问题的风险要高于其他人,相应的寿命也非常有可能被缩短了。他们的命运和奥佛卡利克斯地区“暴饮暴食族”的后代何其相似!

  据此,三人得出结论,ALSPAC和奥佛卡利克斯数据在发育敏感期和性别特性方面的一致性,印证了他们的假想,即祖先环境因素会以某种方式沿父系一代遗传。换句话说,即使你在10岁那年曾做过的蠢事,都有可能改变外基因。如果从那时起就开始吸烟,你不仅犯了一个医学错误,更要命的是,还会殃及你的子女。

  人类基因在受到环境压力后会作出生物应急反应,这种反应能延续很多代

   “外基因”改“命定”

  如果基因是人的“先天命定”,那么,“外基因”可以改变这种“先天命定”。

  实验胚胎学听起来博大精深,它的原理听上去却很简单。达尔文告诉我们基因进化需历经数代,而研究人员发现只要增加一组甲基,就能改变外基因。甲基是有机化学的基本单位——一个碳原子连接三个氢原子。甲基附加到基因上某个特殊点的过程,称为DNA甲基化。

  DNA甲基化具有改变生物物理特性的重要功能,早在20世纪70年代就曾有人提出。但直到2003年,美国杜克大学的肿瘤专家兰迪·朱特尔和博士后在修生罗伯特·沃特兰撩开了DNA甲基化的神秘面纱,人们才有幸一睹芳容,无不为之惊叹。

  外基因不改变DNA结构

  当年,他们用刺豚鼠做实验,这种老鼠拥有独特的基因,可以产生黄色的皮毛,但患肥胖症和糖尿病的风险也随之增加。在第一组怀孕老鼠的饮食中,研究人员特别添加了维生素B(叶酸和B12),而第二组基因完全一致的怀孕刺鼠,没有如此优待,饮食与平日无异。

  结果发现第一组妈妈产下的鼠宝宝身体健康,体毛和体重都很正常,但却远离了糖尿病的威胁。个中奥妙在于,维生素B扮演了甲基捐赠人的角色,甲基附着在刺豚鼠基因之外,改变了基因表达模式,这一过程并没有改变老鼠的DNA结构。

  类似实验结果不胜枚举。比如说,果蝇接触格尔德霉素后,眼睛上就会长出一个不同寻常的瘤,这种变异现象至少会遗传到第13代(第2代到第13代,都没有直接接触这种药物)。根据实验胚胎学先锋伊娃·雅布龙卡和特拉维夫大学学者戈尔·列兹2009年发表在《美国生物学季刊》的论文数据显示,蛔虫在喂食了某一种细菌后,会呈现出矮矮胖胖的外貌特征,同时体内的绿色荧光蛋白也消失了。他们一共列举了100种外基因遗传的例证。

  外基因改变是否会一直持续呢?或许会吧。但是我们要牢记外基因不是进化。它不会改变DNA结构。外基因改变是人类基因在受到环境压力后所做出的生物应急反应,这种反应经外基因标记,能延续很多代。一旦环境压力等后天因素被消除后,外基因标记将逐步消减,而DNA密码历经时间变迁后,又重新回到原来的轨道,也就回到了问题的原点:只有经过自然选择,基因才会发生质的改变。

  外基因能量不容小觑

  虽然外基因不能实现永久遗传,但其能量却不容小觑。2009年2月,《神经学科杂志》刊发了一篇论文,指出即使如记忆那般复杂的生理心理过程,通过外基因,也会出现“青出于蓝而胜于蓝”的进步。鼠类实验证明,借助外基因干预,一群患有基因型记忆障碍的小老鼠,其LTP值(长时程增强;一种重要的神经传递形式,记忆形成的关键)得到了显著增强。至于它们的后代,即使没有受到任何这方面的干预,记忆力也显著增强了。

  这就很好地解释了为什么科学家对外基因如此情有独钟。科普作家戴维·申克在其即将发行的新书《我们都是天才,是什么误导了我们?》中写到:实验胚胎学就是一名称职的引座员,“先天与后天之争”因为外基因而显得苍白无力。他给予外基因相当高的评价,称其“或许是遗传学自发现基因后,另一项最重要的发现”。

  达尔文之前,以拉马克·詹·巴帕梯斯特为代表的早期自然主义者,曾认为进化有可能发生在一两代之内。由于环境因素和选择倾向,动物们终生都在与时俱进。最有名的一个例子就是长颈鹿脖子如此长,是因为它们的先祖为了够着高处营养丰富的树叶。

  相反,达尔文认为进化不是出自物种改善条件的良好愿望,而是残酷的,公平的自然选择结果。据此,长颈鹿几千年来的长脖子,是由于长脖子基因在漫长的演变过程中,逐渐占据上风。达尔文要比拉马克足足小了84岁,以现今的眼光绝对是“年富力强”,最终达尔文赢得了胜利。不过,随着实验胚胎学的建立与深入发展,我们不得不重新审视拉马克当年迸发的思想火花了。本版供稿 马飞

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