不靠基因或能遺傳
科學家研究發(fā)現不靠基因或能遺傳
科學家們關于線蟲的一個研究結果表明，不僅環(huán)境可以影響基因表達，而且僅通過改變基因外的蛋白就可以開關基因功能，這一結果更首次證明了不需要改變基因，這種長壽也可以遺傳?，F在，科學家們正在確定這種不靠基因就可以遺傳的長壽現象是否具有廣泛性，為將來研究人類的長壽做準備。
幾乎所有人都知道，遺傳得考基因，這是唯一的途徑。
但是，最近科學家們發(fā)現，有一種生長于泥土中的線蟲，當其發(fā)生突變而成為長壽線蟲后，即使其后代沒能從基因水平上繼承這一長壽突變，也會將這一長壽特質遺傳給下一代。也就是說，在基因沒有發(fā)生改變的前提下，只需改變外部的環(huán)境因素，長壽依然可以“遺傳”?？茖W家們的這一相關研究結果已發(fā)表于近期《自然》(Nature)雜志網絡版上。
神奇的發(fā)現
美國斯坦福大學和哈佛大學的科研人員以線蟲為對象研究長壽的相關基因。這是一種研究細胞衰老和長壽最常用的模式生物之一。因為科學家對它的遺傳系統(tǒng)非常熟悉，對其相關的基因和蛋白功能了如指掌，所以稍有變化就能清楚地檢測到；而且，線蟲壽命有限，一般就是兩三周，倘若有基因或是因素影響到線蟲的壽命，能隨時觀察到。
以往的常規(guī)研究一般都關注基因序列的變異對線蟲壽命的影響，進而確定長壽相關的基因?？茖W家也確實發(fā)現了一些基因的變化會改變線蟲壽命。然而在這次實驗中，科學家運用了特殊的手段，于是有了意外的發(fā)現。
這項研究始于2010年，斯坦福大學的安妮·布魯內特(Anne Brunet)帶領的小組專門研究一種名為ASH－2的蛋白質。他們發(fā)現，這種蛋白在老化基因的開放與關閉中扮演著很重要角色，它會通過影響組蛋白和DNA的復合體，從而決定基因是否正常表達：當有這種蛋白存在時，基因會呈現一種開放狀態(tài)，也就是一種表達增強的狀態(tài)，線蟲會正常衰老死亡；而缺乏這種蛋白時，基因就是一個封閉結構，抑制表達，從而延長壽命。實驗觀察結果表明，當線蟲缺乏ASH－2時，其壽命平均可延長30%。
在此研究的基礎上，安妮·布魯內特的學生艾瑞克·格里(Eric Greer)繼續(xù)深入。他首先從基因水平上進行改造，阻斷了ASH－2的形成，再次證實了線蟲壽命有所延長；然后，他進一步培育這個長壽線蟲的后代，跟蹤觀察后代、再后代的壽命。結果他發(fā)現了一個很意外的現象：雖然后代線蟲的基因都已恢復正常，但是它們的老化基因都沒有被正常表達，這些線蟲保留了祖先的長壽記憶，仍舊都是長壽線蟲。這一現象一直持續(xù)到第四代。
這一結論非常有趣。以往，科學家們都是通過改變基因來影響線蟲的壽命，而這次的研究結果不僅表明環(huán)境可以影響基因表達，而且僅通過改變基因外的蛋白就可以開關基因功能，這一結果更首次證明了不需要改變基因，這種長壽也可以遺傳，盡管目前看來這種遺傳僅僅持了四代，并不能持續(xù)太久，但這也從另一個角度證實，與此相關的遺傳病可能并不來源于基因的改變。
拉馬克再現？
科學家的這一發(fā)現，也同時讓人費解。
說起來，其實，這種不改變基因的遺傳方式，并不是首次發(fā)現?？茖W家以前就曾觀察到，一些花的顏色改變并不是由基因導致的，但這種變色卻能夠遺傳。在生物學上，這被稱之為“表觀遺傳學”。這一理論的主要代表人物就是我們熟知的拉馬克(Jean－Baptiste Lamarck)，也就是我們中學課本中，和達爾文比較對立的那個家伙。還是讓我們先把關于遺傳和進化的觀點梳理一下吧。
人盡皆知，我們星球上如今存在的物種是經過億萬年進化而來，主要理論就是達爾文的進化論——不同物種的不同性狀在自然選擇之下，處于競爭優(yōu)勢的，其存活和繁衍能力就更強，久而久之，物種通過生存競爭，經過自然的選擇淘汰，不利的基因最終將被剔除，存在下來的都是有利于物種生存的，從而使物種向前進化。達爾文的進化論強調的是一種“優(yōu)勝劣汰”。
而拉馬克學說則認為，生物本身有一種由低等向高等發(fā)展的動力，進化動力是一種生物內因，它們通過自身對環(huán)境的適應來發(fā)生改變，順應環(huán)境的變化，而且這種變化可以遺傳。拉馬克強調的是“用進廢退”。
關于達爾文和拉馬克理論兩者之間的差別，有一個非常著名的長頸鹿例子——爭議的焦點在于，究竟是自然選擇了更長的脖子，為了讓它們能吃到更高樹葉，淘汰了短脖子，從而讓長脖子越來越多，后代都成為了長脖子呢，還是為了吃到更高樹葉，短脖子越伸越長，通過獲得性遺傳，后代也都變成了長脖子呢？
這繞口令般的矛盾，其焦點就是獲得性遺傳，也就是我們所說的“表觀遺傳學”。所謂獲得性遺傳，顧名思義，就是兩點：獲得性和遺傳。獲得性指的是通過后天的(非先天的)外界環(huán)境的影響所表現的性狀特征；遺傳是指這種外界影響的改變能夠遺傳給下一代。在當時的條件下，達爾文和拉馬克的學說都各有支持者，后來在大量實驗的驗證下，尤其是遺傳學的發(fā)展，也就是我們熟知的孟德爾定律被證實，達爾文的進化論逐漸得到肯定。
隨著分子生物學的知識和技術手段的日漸成熟，人們揭示出了遺傳的基本規(guī)律，那就是遺傳信息的復制、轉錄、翻譯，不同的基因序列會決定不同的結果。我們生命的特征和意義都存在于基因序列中。比如黑頭發(fā)、黑眼睛與金發(fā)碧眼，都是基因決定的。如果基因不發(fā)生變化，那么后代都會這般穩(wěn)定遺傳。
這是一個很順暢的已經被廣泛接受的真理，但是，最近有越來越多的實驗得出了不同的結論：比如去年就有兩篇論文涉及到表觀遺傳學，一篇介紹了用高脂肪食物喂養(yǎng)雄鼠，其雌性后代會變胖；另一篇介紹了通過外因來改變老鼠體內膽固醇的新陳代謝，其后代體內的膽固醇含量也會隨著發(fā)生改變。在更早些時候的例子中，當雌性老鼠食用了某些特定的食物后，會改變其后代的毛色。至于低等動物和植物中，這類似的例子則更多。引人注目的是，在這些案例中，都沒有改變基因，卻都發(fā)生了性狀的遺傳，也就是都具有獲得性遺傳：后天獲得的特征可以不改變基因密碼而傳給后代。而在線蟲實驗中，首次發(fā)現長壽這種復雜現象也可以表觀遺傳。
未解之謎
如今，科學家已經越來越多地發(fā)現了表觀遺傳的例子，也正開始重視這一現象。當然他們也對這一現象提出了自己關心的問題，同時也正嘗試著解答，比如本文所介紹的實驗，科學家想解開的疑問是：既然長壽能夠遺傳，那為何只遺傳四代就結束了呢？據瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學表觀遺傳學家雷納多·帕羅(Renato Paro)推測，發(fā)生變化的位點標記雖然能夠遺傳，但在一代又一代的遺傳過程中，會逐步被稀釋，就如同一杯糖水，在反復沖兌后，最終會沒有甜味。這一標記在傳遞三代以后，也就不足以體現了。
表觀遺傳的核心問題仍舊是一個謎：這種標記究竟是如何得以遺傳下來的？
一般的觀點認為，倘若外界影響了基因，比如常見的甲基化，就是在DNA上某些特定部位結合了甲基，就稱為表觀基因標記，到受精時，生殖細胞的表觀基因標記都會抹掉，甲基化過的基因會完全去甲基化。所以，通常情況下，這種標記不會傳遞下去，即先輩獲得的性狀，后代無法繼承。
但是現在，這通常的一般狀況正出現更多的特例。在2007年有科學家發(fā)現，一種蛋白能夠保護小鼠卵細胞中部分基因的甲基化標記，也就是說，存在著表觀基因標記從父輩傳遞到下一代的可能。
本文所述的實驗也再次證明這一現象是可以實現的。但具體的分子機制則仍舊讓人難以理解。雖然基因序列沒有變化，但從DNA到蛋白質，中間卻有太多的步驟可以對基因的最后表達有調控作用，比如我們剛才說的甲基化，還有乙?；?，還有siR－NA在其中調控，還有蛋白質的修飾變化，這些都會對最終的結果產生影響。
斯坦福的布魯內特推測，線蟲實驗的長壽遺傳有可能是細胞通過某種RNA分子或代謝產物對表觀遺傳學修飾的位置進行了標記，從而讓后代記住這一優(yōu)良特性。他們正通過實驗努力搜尋這種標記，來印證自己的推斷。因此，表觀遺傳學家雷納多·帕羅認為這是目前表觀遺傳學研究中需要解析的一個重大問題。
另一個存在疑惑的地方是，線蟲身上得到的長壽遺傳數據究竟有多大的適用范圍。因為發(fā)現的關鍵蛋白ASH－2在很多物種體內都存在，小到單細胞的酵母，大到我們人類，是不是可以將這個試驗的研究結果復制到我們人類身上呢？
暫時來看，這一期待還是過于樂觀。主要科研人員吉姆斯(Gems)指出，線蟲相對簡單，因此它的壽命也更容易受到某些外因的影響，但我們人類則要復雜很多，壽命受很多因素影響。因此，這個實驗只是一個開始，科研人員接下來計劃用更高級更復雜的動物來進行實驗，以確定這種不靠基因就可以遺傳的長壽現象是否具有廣泛性，為將來研究人類的長壽做準備。