撰文 邁克爾·斯金納（Michael Skinner）

翻譯 張雪

審校&注釋&導(dǎo)讀 葉宣伽

本文作者：邁克爾·斯金納（Michael Skinner）系華盛頓州立大學(xué)生物科學(xué)教授，斯金納實(shí)驗(yàn)室（Skinner laboratory）首席研究員。他的研究方向包括環(huán)境表觀(guān)遺傳學(xué)及疾病病因?qū)W。

所謂物競(jìng)天擇，適者生存，現(xiàn)代生物學(xué)的許多主流研究方向都以查爾斯·達(dá)爾文（Charles Darwin）“自然選擇”的進(jìn)化論為基礎(chǔ)：只有最能適應(yīng)環(huán)境的生命體才能在物種演化的洪流中獲得生存和繁衍的權(quán)利。這個(gè)自然選擇的過(guò)程也被稱(chēng)為適應(yīng)，而最容易幫助個(gè)體存活下來(lái)的性狀則被看作是有適應(yīng)性的。隨著生命體的不斷變化以及新突變型的出現(xiàn)，物種不斷演化，數(shù)量也在不斷增多。19世紀(jì)50年代，在達(dá)爾文提出“自然選擇”才是推動(dòng)演化的驅(qū)動(dòng)力時(shí)，隱藏在驅(qū)動(dòng)力背后的分子機(jī)制還尚不清楚。但在過(guò)去的100年間，遺傳學(xué)與分子生物學(xué)的發(fā)展已經(jīng)逐漸架構(gòu)起了一種全新綜合的現(xiàn)代達(dá)爾文主義，用以闡述演化的機(jī)制：DNA序列隨機(jī)突變，具有最能適應(yīng)環(huán)境的特定序列的生命體在生存競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，更易繁衍與盛行。這些物種從而因此在生態(tài)位中占據(jù)主導(dǎo)地位，直到環(huán)境再次發(fā)生變化，演化的引擎再一次被點(diǎn)燃。

但是這種闡釋演化的理論并不能解釋在演化過(guò)程中觀(guān)察到的所有現(xiàn)象，這說(shuō)明在物種演化的過(guò)程中，還有其他分子機(jī)制在發(fā)揮作用。達(dá)爾文理論的一個(gè)問(wèn)題就在于，盡管物種確實(shí)演化出了更具適應(yīng)性的性狀（即生物學(xué)家們所說(shuō)的表型），但DNA序列的隨機(jī)突變率實(shí)在太低，這根本不足以解釋生物在進(jìn)化過(guò)程中出現(xiàn)的極為豐富的多樣性。科學(xué)家們也清楚地認(rèn)識(shí)到了這一問(wèn)題，對(duì)此，他們也提出了一些可能的遺傳機(jī)制對(duì)達(dá)爾文的進(jìn)化論進(jìn)行補(bǔ)充完善，比如遺傳漂變（genetic drift，指當(dāng)一個(gè)族群中的生物個(gè)體的數(shù)量較少時(shí)，個(gè)體因?yàn)闆](méi)有后代，或某些等位基因沒(méi)有傳給后代，而擁有和上一代不同的等位基因頻率的現(xiàn)象?？梢岳斫鉃槟承┬誀钜?yàn)樘俣趥鞔^(guò)程中遺失了），或基因的上位效應(yīng)。

然而，即便存在這些機(jī)制，在人類(lèi)等復(fù)雜生命體中，無(wú)論是代謝調(diào)節(jié)還是對(duì)疾病的抵抗機(jī)制，這些生物進(jìn)程所反映出的的遺傳突變率仍然遠(yuǎn)低于眾多性狀發(fā)生改變的頻率。僅僅依靠經(jīng)典遺傳學(xué)和新達(dá)爾文主義的理論很難解釋急速演變的諸多性狀。著名演化生物學(xué)家喬納森·巴德（Jonathan B. L. Bard）曾經(jīng)開(kāi)玩笑地改寫(xiě)了英國(guó)詩(shī)人艾略特（T. S. Eliot）的著名詩(shī)句：“在表型和基因型之間，總是有道陰影。”

艾略特的原詩(shī)《空心人》，有關(guān)段落有三段，此為最后一段：

Between the desire and the spasm

在渴望與抽搐之間

Between the potency and the existence

在能量與實(shí)存之間

Between the essence and the descent

在本質(zhì)與原初之間

Falls the shadow

總是有道陰影

For thine is the kingdom

那是你的國(guó)度

此外，達(dá)爾文理論的缺陷已經(jīng)不再僅僅只是演化科學(xué)范疇里的內(nèi)部問(wèn)題，而是開(kāi)始波及生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)的其他領(lǐng)域。比如說(shuō)，如果基因遺傳決定了我們的性狀，那么為什么基因相同的同卵雙胞胎會(huì)患上不同類(lèi)型的疾??？為什么在許多特定疾病的患者中，通常僅有不到1%的人具有相同的基因突變？如果突變率是隨機(jī)而穩(wěn)定的，那么為什么許多疾病的發(fā)生率會(huì)在僅僅幾十年內(nèi)增長(zhǎng)至原有的十倍之多？為什么上百種環(huán)境污染物能誘發(fā)疾病的發(fā)生，卻沒(méi)有改變DNA序列？在演化和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，表型發(fā)生差異的速率要遠(yuǎn)高于遺傳變異和突變的速率，而這又是為什么？

讓-巴蒂斯特·拉馬克 （Jean-Baptiste Lamarck）提出的學(xué)說(shuō)或許能夠解釋其中的一部分問(wèn)題。拉馬克的“用進(jìn)廢退”理論提出于進(jìn)化論問(wèn)世的50年前，如今早已被科學(xué)界冷落到了無(wú)人理會(huì)的犄角旮旯，不過(guò)拉馬克的理論并不是沒(méi)有絲毫可取之處，他提出“環(huán)境能夠直接改變性狀，并且這些性狀能夠被后代承襲”。拉馬克是法國(guó)國(guó)家自然歷史博物館的無(wú)脊椎動(dòng)物學(xué)教授，在18世紀(jì)末及19世紀(jì)初，他研究了包括昆蟲(chóng)和蠕蟲(chóng)在內(nèi)的許多生物，“生物學(xué)”（biology）和“無(wú)脊椎動(dòng)物”（invertebrate）這兩個(gè)詞語(yǔ)最早就是由他引入科學(xué)界；此外，他還撰寫(xiě)了多本與生物學(xué)、無(wú)脊椎動(dòng)物和演化相關(guān)的學(xué)術(shù)著作。然而，盡管擁有這些顯赫的學(xué)術(shù)成果，拉馬克在當(dāng)時(shí)所提出的演化理論依舊因?yàn)橐C瀆神明而遭到了諸多同時(shí)代人的仇視，而之后200年內(nèi)的科學(xué)家又因另一個(gè)原因反對(duì)他的理論。

長(zhǎng)頸鹿是拉馬克進(jìn)化論的標(biāo)志之一。圖片來(lái)源：giraffeconservation.org

起初，拉馬克被嘲笑很可能是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的人們認(rèn)為他懷有宗教上的異端思想；但在近代社會(huì)，他被嘲笑卻是因?yàn)樗睦碚撆c所謂“正統(tǒng)”的科學(xué)思想——即在某些人眼中不容置疑的達(dá)爾文進(jìn)化論——格格不入。然而，晚年時(shí)期的達(dá)爾文卻開(kāi)始轉(zhuǎn)變自己的想法；即便并未借助分子生物學(xué)的研究手段，他也能夠發(fā)現(xiàn)，隨機(jī)變化的速率根本不足于完全支撐他的理論。

達(dá)爾文進(jìn)化論的問(wèn)題在于：如果自然選擇不是僅僅作用于基因突變，那么又是什么其他的分子作用造成了數(shù)量如此磅礴的多樣性狀，令自然選擇可以從中游刃有余地“精挑細(xì)選”？1953年，在達(dá)爾文理論發(fā)表將近100年后，也就是沃森和克里克揭示DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的那年，一條線(xiàn)索終于出現(xiàn)了。愛(ài)丁堡大學(xué)的發(fā)育生物學(xué)家康拉德·沃丁頓（Conrad Waddington）報(bào)道稱(chēng)，處于胚胎發(fā)育階段的果蠅在受到外部化學(xué)刺激，或在周?chē)鷾囟拳h(huán)境變化的情況下會(huì)發(fā)育出不同的翅膀結(jié)構(gòu)。而且這種在第一代果蠅中被科學(xué)家誘發(fā)得到的性狀改變會(huì)遺傳給此后所有的后代。沃丁頓創(chuàng)造了“表觀(guān)遺傳學(xué)”（Epigenetics，希臘語(yǔ)前綴epi-意味著“在…之上”或“除…之外”，意味著表觀(guān)遺傳學(xué)研究傳統(tǒng)分子水平遺傳之上或之外的遺傳。）這一術(shù)語(yǔ)來(lái)描述這種表型（注意，不是基因型）快速變化的現(xiàn)象。值得注意的是，哪怕是在沃森和克里克揭示DNA結(jié)構(gòu)之前，沃丁頓就已經(jīng)意識(shí)到他的研究對(duì)演化理論可能產(chǎn)生的潛在影響：?jiǎn)未壍某岚蜃兓С至恕爱惤掏健崩R克的思想——看上去環(huán)境似乎真的能夠直接影響性狀。

盡管沃丁頓描述出了表觀(guān)遺傳學(xué)的一般規(guī)律，但他和拉馬克、達(dá)爾文一樣，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)構(gòu)成這一現(xiàn)象的分子元件或是在現(xiàn)象背后暗藏著的分子機(jī)制。不過(guò)，隨著分子生物學(xué)揭開(kāi)了越來(lái)越多生命的運(yùn)行規(guī)律，沃丁頓及拉馬克學(xué)說(shuō)的意義開(kāi)始逐漸顯現(xiàn)了出來(lái)。實(shí)際上，盡管絕大多數(shù)環(huán)境因素并不能直接改變DNA的分子序列，但它們確實(shí)調(diào)控著一系列能夠影響DNA功能的表觀(guān)遺傳學(xué)機(jī)制，比如上調(diào)或是下調(diào)某些基因表達(dá)量、或是控制蛋白質(zhì)（基因轉(zhuǎn)錄翻譯后得到的產(chǎn)物）在特定細(xì)胞中的表達(dá)。

如今，表觀(guān)遺傳學(xué)的精確定義是：在不改變DNA序列的前提下，能夠調(diào)節(jié)DNA功能、決定基因表達(dá)或關(guān)閉的，可遺傳的分子生物學(xué)因素。表觀(guān)遺傳學(xué)涉及到許多微觀(guān)的分子反應(yīng)，這些反應(yīng)過(guò)程在不改變基因DNA序列的情況下，顯著影響了基因組的的各項(xiàng)微觀(guān)活動(dòng)。

表觀(guān)遺傳學(xué)。圖片來(lái)源：

其中最常見(jiàn)的調(diào)控方式之一就是DNA甲基化（DNA methylation）。DNA甲基化，即將甲基原子團(tuán)填加至DNA分子上，造成基因的關(guān)閉或轉(zhuǎn)錄起始，調(diào)控基因的表達(dá)水平。研究表明，溫度或情感壓力等環(huán)境因素的變化將會(huì)影響DNA的甲基化水平，而這些DNA修飾的改變能被永久地寫(xiě)入基因組并遺傳給后代——這一過(guò)程被稱(chēng)為表觀(guān)遺傳的隔代效應(yīng)（transgenerational epigenetic inheritance，或Transgenerational epigenetics）。

近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的另一種表觀(guān)遺傳學(xué)的主要調(diào)控機(jī)制則被稱(chēng)作“組蛋白修飾”（histone modification）。組蛋白是包裝DNA的一類(lèi)蛋白質(zhì)，能夠改變DNA的結(jié)構(gòu)。舉個(gè)形象的比喻，DNA就像串珠的繩子，而組蛋白就是一顆顆被串起的小珠（見(jiàn)下圖）。DNA與組蛋白的復(fù)合體被稱(chēng)作染色質(zhì)（chromatin）；染色質(zhì)結(jié)構(gòu)中的螺旋、環(huán)和扭曲結(jié)構(gòu)在環(huán)境壓力的影響下將會(huì)產(chǎn)生變化，而這種變化能夠永久性地改變基因表達(dá)。

組蛋白，這個(gè)圖最經(jīng)典了。來(lái)源：Essential Cell Biology，4th

近期，研究人員已將RNA甲基化（RNA methylation）——顧名思義，即將甲基原子團(tuán)加在RNA分子上——納入了表觀(guān)遺傳學(xué)的調(diào)控機(jī)制之中。同樣，另一類(lèi)能與DNA、RNA及蛋白質(zhì)結(jié)合的小片段RNA分子——非編碼RNA（non-coding RNA）——也能在不改變DNA序列的情況下改變基因的表達(dá)。

上述提到的所有表觀(guān)遺傳機(jī)制（DNA甲基化，組蛋白修飾，RNA甲基化以及非編碼RNA的調(diào)控）都至關(guān)重要，這些機(jī)制在DNA功能的分子調(diào)控中發(fā)揮著不可或缺的作用。由此觀(guān)之，生命的調(diào)控過(guò)程永遠(yuǎn)不會(huì)只是單方面地依靠經(jīng)典遺傳學(xué)發(fā)揮作用，也絕不會(huì)一面地倒向表觀(guān)遺傳學(xué)；相反，表觀(guān)遺傳學(xué)與經(jīng)典遺傳學(xué)的作用方式是相輔相成的，二者都不能脫離彼此而單獨(dú)發(fā)揮作用。

如果表觀(guān)遺傳學(xué)想在演化過(guò)程中起到重要的影響，一個(gè)必要的先決條件就在于，它所帶來(lái)的改變必須要能夠遺傳給下一代——就像DNA序列和DNA序列上的基因突變一樣。但是，與表觀(guān)機(jī)制相關(guān)的遺傳卻并不遵循適用于經(jīng)典遺傳學(xué)和新達(dá)爾文演化論的孟德?tīng)栠z傳定律。孟德?tīng)柖烧J(rèn)為，DNA序列和基因就像粒子一樣分散排布、作用；在繁殖過(guò)程中，來(lái)自親本的相互匹配的（同源）“粒子”將會(huì)隨機(jī)結(jié)合，從而產(chǎn)生新的DNA序列組合，表達(dá)新的遺傳性狀。

與之相反，即便缺少直接持續(xù)作用的環(huán)境因素，表觀(guān)遺傳的隔代效應(yīng)也能通過(guò)將表觀(guān)遺傳信息傳遞給生殖細(xì)胞（即精子或卵細(xì)胞）而順利發(fā)生。環(huán)境壓力以及外界環(huán)境的接觸對(duì)生殖細(xì)胞系的發(fā)育過(guò)程尤其重要，比方說(shuō)，胚胎時(shí)期胎兒發(fā)育的性器官將會(huì)在之后發(fā)育成為男性的睪丸或女性的卵巢，在今后產(chǎn)生精子或卵細(xì)胞。因此，在這一關(guān)鍵時(shí)期（性器官發(fā)育時(shí)期）的所處的外界環(huán)境就能夠通過(guò)DNA甲基化、組蛋白修飾及非編碼RNA的形式永久性地改變個(gè)體的表觀(guān)遺傳。

2000年，我在華盛頓州立大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)就已為非經(jīng)典遺傳原理的表型繼承提供了頗有說(shuō)服力的研究證據(jù)。本團(tuán)隊(duì)2005年發(fā)表于《科學(xué)》（Science）期刊的研究成果表明，環(huán)境中化學(xué)物質(zhì)對(duì)大鼠產(chǎn)生的致病影響能夠在停止對(duì)后代繼續(xù)用藥的情況下至少維持三個(gè)世代，甚至能夠?qū)⒓膊∵z傳給曾孫代及更遠(yuǎn)的子代。在過(guò)去十年里，許多實(shí)驗(yàn)室都在不同物種中對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了深入研究。英國(guó)南安普頓大學(xué)的格拉哈姆·伯奇（Graham Burdge）及其實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)就曾報(bào)道，在大鼠實(shí)驗(yàn)中，過(guò)量的營(yíng)養(yǎng)攝入將會(huì)導(dǎo)致表觀(guān)遺傳機(jī)理誘發(fā)的代謝異常，并可遺傳到三代以后。

在其他研究中，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的Sibum Sung及其同事發(fā)現(xiàn)，干旱及溫度變化會(huì)誘發(fā)植物的表觀(guān)遺傳演化，改變植物生長(zhǎng)及開(kāi)花的相關(guān)性狀，并遺傳多代。最近的一系列研究也發(fā)現(xiàn)，環(huán)境壓力能夠促進(jìn)生命體發(fā)生表觀(guān)遺傳上的改變，誘發(fā)病癥，且將這些改變傳遞給隨后的世代。加拿大萊斯布里奇大學(xué)的格琳德·梅斯（Gerlinde Metz）及其同事就發(fā)現(xiàn)，被抑制懷孕或被強(qiáng)迫游泳的大鼠會(huì)產(chǎn)生表觀(guān)遺傳機(jī)理的遺傳損傷，從而令其后代處于高患病風(fēng)險(xiǎn)的“風(fēng)口浪尖”。即使是到了受影響懷孕母鼠的曾孫代，這種來(lái)自祖先的壓力依舊能夠通過(guò)表觀(guān)遺傳的機(jī)制，促進(jìn)畸形表型的代際遺傳。目前，許多研究都支持環(huán)境壓力能夠促進(jìn)疾病的表觀(guān)代際遺傳。

目前，環(huán)境誘發(fā)的表觀(guān)代際遺傳研究已涉及植物、昆蟲(chóng)、魚(yú)類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)、嚙齒類(lèi)動(dòng)物、豬和人類(lèi)等諸多物種。因此我們可以斷定，這是一種高度保守的遺傳現(xiàn)象（保守性，在生物學(xué)中指能夠同時(shí)發(fā)生或存在于不同物種間，或由相同生物產(chǎn)生的不同分子間的性質(zhì)，這種生物現(xiàn)象的分子基礎(chǔ)在于不同物種間共有相似或相同的核酸序列、蛋白質(zhì)序列、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)或多聚糖序列。這意味著一些特定的序列在物種形成的演化過(guò)程中被保留了下來(lái)）。研究發(fā)現(xiàn)，基于表觀(guān)遺傳機(jī)制的疾病和表型性狀的改變?cè)诖蠖鄶?shù)物種中至少可以持續(xù)10代；而目前在植物已明確的遺傳代數(shù)極限更可持續(xù)至上百代。舉例來(lái)說(shuō)，卡爾·林奈（Carl Linnaeus）早在18世紀(jì)就觀(guān)察到的熱誘導(dǎo)開(kāi)花性狀，后來(lái)就被發(fā)現(xiàn)是由于在最初那株植物中發(fā)生了DNA甲基化修飾，這種表觀(guān)遺傳的修飾及其造成的性狀改變?cè)谥参镏姓S持了100代。在蠕蟲(chóng)中，營(yíng)養(yǎng)條件改變所導(dǎo)致的性狀變化也可持續(xù)50代以上。而在世代周期更長(zhǎng)的哺乳動(dòng)物中，我們也發(fā)現(xiàn)有毒物質(zhì)所誘發(fā)的畸形性狀穩(wěn)定維持了近10代。在大多數(shù)研究中，這些代際遺傳的性狀并沒(méi)有隨著世代更迭而消失，反而一直保持了下去。哪怕是沃丁頓最初的果蠅實(shí)驗(yàn)，也做了16代之多，而改變的性狀依舊通過(guò)繁殖存續(xù)至今。

正如拉馬克所說(shuō)，環(huán)境的變化確實(shí)能夠從根本上改變我們的生物信息。而且，甚至無(wú)需持續(xù)地暴露在環(huán)境誘因當(dāng)中，生物信息一旦發(fā)生改變，就能以性狀變化或是疾病的形式，一代代地傳遞下去。

環(huán)境在演化過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在達(dá)爾文主義者看來(lái)，環(huán)境決定了哪些個(gè)體和物種能夠在無(wú)情的自然選擇中存活下來(lái)。但是大量的環(huán)境因素同樣也能夠通過(guò)表觀(guān)遺傳的途徑更加直接地影響演化和生物信息：哪怕只是改變溫度或是光照暴露的時(shí)間、哪怕只是攝入了某些高脂肪或熱量限制的飲食，機(jī)體為了響應(yīng)營(yíng)養(yǎng)參數(shù)的變化，遺傳性狀也能發(fā)生改變。植物中提取所得的許多化學(xué)物質(zhì)和毒素、我們每天生活所處的日常環(huán)境都能通過(guò)表觀(guān)遺傳的方式產(chǎn)生表型變異，影響我們的健康。

我們實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)研究案例就是關(guān)于環(huán)境化學(xué)物質(zhì)的暴露對(duì)性狀變異及疾病的影響。在研究中，我們著手研究了環(huán)境毒物——當(dāng)前農(nóng)業(yè)最常用的殺菌劑農(nóng)利靈（vinclozolin）——是如何通過(guò)表觀(guān)遺傳的途徑來(lái)改變生命體性狀的。首先，我們將懷孕的雌性大鼠短暫暴露于殺菌劑的環(huán)境當(dāng)中；接下來(lái)，我們?cè)跓o(wú)任何持續(xù)暴露的條件下，將其向后飼養(yǎng)三代至曾孫代。我們發(fā)現(xiàn)在得到的世系中，幾乎所有雄性個(gè)體的精子數(shù)量和活力都有所下降，并且存在與年齡呈相關(guān)性的不育癥發(fā)病率。同時(shí)我們也觀(guān)察到，在脫離直接暴露條件的三代世系中，無(wú)論是雄性還是雌性，其中均出現(xiàn)了一系列其他疾病，包括睪丸、卵巢、腎臟、前列腺、乳腺和大腦的畸形發(fā)育。精子中與之相對(duì)應(yīng)的表觀(guān)遺傳信息的變化包括DNA甲基化及非編碼RNA表達(dá)量的改變。

我們的研究表明，祖先暴露于有毒物質(zhì)（農(nóng)利靈）也會(huì)影響到三代后的性選擇。自從達(dá)爾文首次提出進(jìn)化論后，性選擇（sexual selection，同一性別的個(gè)體通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)有限的交配機(jī)會(huì)將占優(yōu)勢(shì)的性狀遺傳給下一代，促進(jìn)性狀的演化，也被稱(chēng)為擇偶偏好，mate preference）就一直被視為演化的主要驅(qū)動(dòng)力。在我們的研究中，我們讓其他無(wú)關(guān)種群的雌性在“農(nóng)利靈暴露”的雄性后代與“未暴露”的雄性后代之間自由選擇交配對(duì)象，以此來(lái)判定哪方具有性選擇優(yōu)勢(shì)。研究結(jié)果顯示，未暴露于農(nóng)利靈的雄性（即不存在代際表觀(guān)遺傳改變的雄性）獲得了壓倒性數(shù)目的雌性青睞?？傊?，暴露于殺菌劑將會(huì)永久性地改變后代精子的表觀(guān)遺傳信息；這轉(zhuǎn)而又能決定這些特征是否能在性選擇中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，其基因能否在更大群體中得到傳播，即可從微觀(guān)進(jìn)化的層面上直接影響演化進(jìn)程本身。

在近期一項(xiàng)另外的研究中，我們又從宏觀(guān)演化層面對(duì)物種形成進(jìn)行了探索。物種形成的經(jīng)典案例之一就是達(dá)爾文對(duì)加拉戈帕斯群島雀鳥(niǎo)的調(diào)查：同一種群的一群雀鳥(niǎo)以輻射式進(jìn)化成體型、性狀各異（比如喙結(jié)構(gòu)不同）的16個(gè)不同的物種。我們的研究團(tuán)隊(duì)與合作者著手分析了其中5種被鑒定為不同物種的雀鳥(niǎo)的DNA。盡管我們的確在不同物種間觀(guān)察到了DNA的序列突變，但是物種間DNA甲基化水平的變化（表觀(guān)遺傳突變）不僅在數(shù)量上更多，其與象征遺傳種間相關(guān)性的進(jìn)化樹(shù)的契合度也更高。盡管演化領(lǐng)域當(dāng)前更傾向于新達(dá)爾文主義的遺傳理論，但我們的研究發(fā)現(xiàn)暗示著表觀(guān)遺傳學(xué)在達(dá)爾文雀鳥(niǎo)的物種形成和演化過(guò)程中也發(fā)揮著一定的作用。

越來(lái)越多的研究證據(jù)都支持著表觀(guān)遺傳學(xué)在演化中發(fā)揮了作用。一項(xiàng)有趣的研究對(duì)比了尼安德特人與智人的DNA信息，兩者間的遺傳差異明顯不如表觀(guān)遺傳差異顯著（表觀(guān)遺傳差異涉及基因組中DNA甲基化的改變）。簡(jiǎn)而言之，新拉馬克主義和新達(dá)爾文主義可以綜合形成一種統(tǒng)一化的進(jìn)化論，從而為解釋演化進(jìn)程提供更為有效的分子基礎(chǔ)。

新達(dá)爾文主義和新拉馬克主義提出的機(jī)制都驅(qū)動(dòng)著演化，二者似乎相互交織、錯(cuò)綜復(fù)雜。實(shí)際上，由于環(huán)境造成的表觀(guān)遺傳機(jī)制能夠直接增加群體中的性狀差異——這讓自然選擇如虎添翼，畢竟自然選擇的作用原理就是從許多性狀中篩選出最具適應(yīng)性的那些。經(jīng)典的新達(dá)爾文主義將遺傳突變和遺傳變異視為變異產(chǎn)生的主要分子機(jī)制，現(xiàn)在又加入了能夠直接增加性狀變異的表觀(guān)遺傳現(xiàn)象。理論中環(huán)境介導(dǎo)的自然選擇和演化的能力也就隨之提高。

我們實(shí)驗(yàn)室還有另一項(xiàng)重要的考量：表觀(guān)遺傳是否能夠改變基因組的穩(wěn)定性？也即是說(shuō)，表觀(guān)遺傳能否直接誘發(fā)在癌癥生物學(xué)中觀(guān)察到的某些基因突變的現(xiàn)象（癌癥組織中基因組不穩(wěn)定，細(xì)胞脫離了正常的復(fù)制、分化、表達(dá)途徑）。目前已經(jīng)觀(guān)察到的基因突變包括后代中出現(xiàn)的拷貝數(shù)變異和點(diǎn)突變。我們的研究發(fā)現(xiàn)，直接接受環(huán)境暴露的第一代僅具有表觀(guān)遺傳上的改變而沒(méi)有基因突變，但是經(jīng)過(guò)幾代后，基因突變率就會(huì)逐漸提高。這樣看來(lái)，表觀(guān)遺傳既能直接促進(jìn)性狀變異，又能提高DNA序列的突變水平，所以它加速了演化的進(jìn)程；而單靠達(dá)爾文進(jìn)化論是不能解釋這整個(gè)演化系統(tǒng)的。

有許多人對(duì)這種統(tǒng)一化的進(jìn)化論（經(jīng)典遺傳+表觀(guān)遺傳）表示懷疑，畢竟遺傳決定論已經(jīng)在超過(guò)100年的時(shí)間里持續(xù)地影響著生物科學(xué)，早已深入人心。遺傳決定論將DNA視為生物遺傳信息的基礎(chǔ)單元，而DNA序列則是根本的分子調(diào)控手段。

或許，讓人們對(duì)遺傳決定論信心滿(mǎn)滿(mǎn)的原因就在于人類(lèi)基因組的測(cè)序技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)被人們寄予厚望，學(xué)界希望通過(guò)完成人類(lèi)全基因組的測(cè)序，真正奠定DNA序列在生命進(jìn)程中的核心地位。人們本以為全基因組廣度的研究能夠?yàn)樯姓＜胺钦５纳铿F(xiàn)象提供生物學(xué)標(biāo)記（意思是生物現(xiàn)象可以從靜態(tài)的DNA序列找到解釋的源頭），揭示疾病發(fā)生的基礎(chǔ)。但全基因組測(cè)序得到的結(jié)果卻給所有人潑了一頭冷水——遺傳決定論的主要預(yù)測(cè)撲了個(gè)空：人類(lèi)生物學(xué)及疾病的許多方面根本不能從遺傳學(xué)的維度來(lái)解釋。

歷代的科學(xué)家與吃瓜群眾都或多或少學(xué)過(guò)一些遺傳學(xué)，但不少人都沒(méi)有真正接觸過(guò)表觀(guān)遺傳學(xué)這個(gè)新興的科學(xué)概念。實(shí)際上，仍有人反對(duì)將表觀(guān)遺傳學(xué)納入生物學(xué)與演化的分子機(jī)制當(dāng)中。事實(shí)上，發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的沃森（就是那個(gè)和克里克一起的沃森）以及美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院主任、在人類(lèi)基因組計(jì)劃中擔(dān)任重要職位的弗朗西斯·柯林斯（Francis Collins），最初都曾質(zhì)疑過(guò)表觀(guān)遺傳學(xué)的重要性，但是現(xiàn)在他們的態(tài)度都有所轉(zhuǎn)變。這并不奇怪，畢竟遺傳決定論已經(jīng)影響了人們將近100多年，要改變慣性思維并不容易。

2015年，在我提出統(tǒng)一的進(jìn)化論（經(jīng)典遺傳+表觀(guān)遺傳，且作用于進(jìn)化）并在《基因組生物學(xué)及演化》（Genome Biology and Evolution）期刊上發(fā)表論文的一個(gè)月后，新西蘭梅西大學(xué)的戴維·佩尼（David Penny）就表示，沒(méi)有必要把表觀(guān)遺傳學(xué)同普通遺傳學(xué)割裂開(kāi)來(lái)看待，表觀(guān)遺傳學(xué)研究的組分和過(guò)程都是由DNA編碼的，仍然屬于遺傳學(xué)的組成成分（全文見(jiàn)鏈接，寫(xiě)得有理有據(jù)）。包括澳大利亞拉籌伯大學(xué)的艾瑪·懷特洛（Emma Whitelaw）研究成果在內(nèi)的其他近期論文，都對(duì)哺乳動(dòng)物中拉馬克主義的表觀(guān)遺傳學(xué)概念持懷疑態(tài)度。

盡管有質(zhì)疑的聲音存在，但我仍然確信，改變“基因決定論”的慣性思維的時(shí)機(jī)已經(jīng)到來(lái)。人們應(yīng)該逐步接受表觀(guān)遺傳學(xué)在演化中發(fā)揮著重要作用——這一觀(guān)點(diǎn)并不會(huì)推翻經(jīng)典遺傳學(xué)；接受新拉馬克主義也并不會(huì)否定經(jīng)典新達(dá)爾文主義的科學(xué)意義。現(xiàn)有的已成體系的、早就被人們接受了的科學(xué)從來(lái)都是重要的、比較準(zhǔn)確的，但它也只是一個(gè)更宏大的、更精妙的故事的一部分——這個(gè)故事將會(huì)不斷擴(kuò)大我們的認(rèn)知，將我們對(duì)這個(gè)世界的所有觀(guān)察整合成一個(gè)凝聚的、密不可分的完整。正如上圖所繪，統(tǒng)一的進(jìn)化論解釋了環(huán)境是如何直接影響表型的變異并直接促進(jìn)了自然選擇的機(jī)制。

隨著越來(lái)越多的演化生物學(xué)家對(duì)表觀(guān)遺傳學(xué)產(chǎn)生興趣，目前已經(jīng)出現(xiàn)了一些計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，將遺傳學(xué)與表觀(guān)遺傳學(xué)綜合為一個(gè)系統(tǒng)，這些研究都獲得了一定的成效。將表觀(guān)遺傳學(xué)看作一種額外的分子機(jī)制已經(jīng)幫助實(shí)驗(yàn)者更好地理解了遺傳漂變（genetic drift）、遺傳同化（genetic assimilation），甚至是演化中性（neutral evolution）的理論。通過(guò)為生物學(xué)家的觀(guān)察提供一種額外的分子解釋途徑，此類(lèi)新模型讓進(jìn)化生物學(xué)家們能夠更深入、更細(xì)致、更精準(zhǔn)、更全面地闡釋演化發(fā)生的路線(xiàn)。

總而言之，這些發(fā)現(xiàn)表明我們一直堅(jiān)持的老觀(guān)點(diǎn)“遺傳決定論”與現(xiàn)實(shí)出現(xiàn)了差距。所以，是時(shí)候該把這些理論的“裂縫”暴露在陽(yáng)光底下，仔細(xì)審視問(wèn)題到底出在了哪里。1962年，托馬斯·庫(kù)恩（Thomas Kuhn）就已經(jīng)告訴我們，若現(xiàn)有的思維定式在應(yīng)用的過(guò)程中出現(xiàn)了異?，F(xiàn)象，那么這就說(shuō)明新的科學(xué)到了應(yīng)運(yùn)而生的時(shí)機(jī)——這往往就是科技改革的誕生之源。

統(tǒng)一化的進(jìn)化論應(yīng)當(dāng)結(jié)合新拉馬克主義和新達(dá)爾文主義的觀(guān)點(diǎn)，擴(kuò)展我們對(duì)于環(huán)境影響演化機(jī)制的理解。拉馬克在200多年前對(duì)演化論做出的貢獻(xiàn)不應(yīng)因達(dá)爾文進(jìn)化論的提出而被廢棄，相反，我們應(yīng)該將他的觀(guān)點(diǎn)整合，產(chǎn)生一種更具影響力、更有遠(yuǎn)見(jiàn)的理論。同樣，遺傳學(xué)和表觀(guān)遺傳學(xué)也不應(yīng)爭(zhēng)個(gè)你死我活，而應(yīng)彼此取長(zhǎng)補(bǔ)短，幫助人們更好地理解生命在微觀(guān)層面的分子機(jī)制，從而闡釋調(diào)控生命的真諦。

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https:///essays/on-epigenetics-we-need-both-darwin-s-and-lamarck-s-theories

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