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我们都知道,很多长寿的人可能存在着长寿基因,他们自己长寿以后,也会让自己的子子孙孙跟着沾光,成为长寿家族。但最近科学家发现,有一种生长于土中的线虫,当其发生突变成为长寿线虫后,即使其后代没有从基因水平上继承这一长寿突变,也会将这一长寿特质遗传给下一代。也就是说,在基因没有发生改变的前提下,只需改变外部的环境因素,长寿依然可以“遗传”。
神奇的发现
斯坦福大学和哈佛大学的科研人员以线虫为对象研究长寿的相关基因。线虫是一种研究细胞衰老和长寿最常用的模式生物之一。因为科学家对线虫的遗传系统非常熟悉,对线虫相关的基因和蛋白功能都了如指掌,所以,只要有一点变化也能清楚检测到。而且,线虫寿命有限,一般就是两三周,倘若有哪个基因或是哪个因素影响到了线虫寿命,也能够随时观察到。以往的常规研究一般都关注基因序列的变异对线虫寿命的影响,进而确定与长寿相关的基因。科学家也确实发现了一些基因的变化会改变线虫寿命。
而在前不久的一次试验当中,科学家通过特殊手段,有了意外的发现——科学家首先通过基因方法改造了线虫,培育了长寿的线虫,但是因为是通过基因改造的,所以这种长寿基因的表达也就仅仅存在于这一代线虫当中。科学家进一步培育这种长寿线虫的后代,跟踪观察其后代的寿命。科学家发现,虽然其后代线虫的基因都已经恢复正常,但是它们的老化基因都没有正常表达,这些线虫保留了祖先的长寿记忆,仍旧都是长寿线虫。这一现象一直持续到第四代。此结论非常有趣,在以前,人们都是通过改变基因,从而来影响线虫的寿命,而这次的研究首次证明了不需要改变基因,这种长寿也可以遗传,虽然遗传并不是持续长久的,因为仅仅维持了四代,这也从另一个角度证实,该遗传并不是来源于基因的改变。
拉马克再现?
科学家的这一发现,非常有趣,但同时也让人很难理解。其实,这种不改变基因的遗传方式,并不是首次发现。在以前,科学家就曾观察到,一些花的颜色的改变,并不是由于基因导致的,但这种变色也能够遗传。在生物学上,这被称之为“表观遗传”。而这一理论的提出可能要更早,其主要代表人物就是我们熟知的拉马克,也就是我们中学课本中提到的和达尔文比较对立的那个拉马克。还是让我们把遗传和进化方面的知识梳理一下,可能大家就会明白其中的道理了。
几乎所有人都知道,地球上如今存在的物种是经过亿万年的时间进化而来的,主要进化理论就是达尔文的进化论,不同物种的不同性状在自然选择之下,处于竞争优势的,其存活和繁衍能力就更大,长久下来,物种通过生存竞争,经过自然的选择淘汰,不利于生存的基因最终将被剔除,存在下来的都是有利于物种生存的,从而使物种向前进化。达尔文的进化论强调的是一种“优胜劣汰”。
而拉马克学说则认为,生物本身有一种由低等向高等发展的动力,进化动力是一种生物内因,它们通过自身对环境的适应来发生改变,顺应环境的变化,而且,这种改变可以遗传。拉马克强调的是“用进废退”。二者之间的差别,有一个非常著名的例子,就是长颈鹿,争议的关键在于,究竟是自然选择了更长的脖子——因为它们能吃到更高的树叶,淘汰了短脖子,从而让长脖子越来越多,后代都成为了长脖子,还是为了吃到更高的树叶,短脖子越伸越长,通过获得性遗传,后代也都变成了长脖子。这段话有一点绕口,其实矛盾的焦点就是获得性遗传,也就是我们今天说的“表观遗传”。所谓获得性遗传,顾名思义,就是两点:获得性和遗传。获得性指的是通过后天的(非先天的)外界环境的影响所表现的性状特征;遗传是指这种外界影响的改变能够遗传给下一代。
在当时的条件下,达尔文和拉马克的学说都各有支持者,后来在大量实验的验证下,尤其是遗传学的发展,也就是我们熟知的孟德尔定律被证实,达尔文的进化论逐渐得到肯定。
而随着分子生物学的知识和技术手段的日渐成熟,人们揭示出了遗传的基本规律,那就是遗传信息的复制、转录、翻译,不同的基因序列会决定不同的结果。人类生命的特征和意义都存在于基因序列中。比如黑头发、黑眼睛与金发碧眼,都是由基因决定的。如果基因不发生变化,那么后代都会这般稳定遗传。
本来达尔文的进化论是一个很顺畅地被广泛接受的真理,但最近有越来越多的实验得出了不同的结论。比如在近年,就有两篇论文涉及到表观遗传学,一篇介绍了用高脂肪食物喂养雄鼠,其雌性后代会变胖;另一篇介绍了通过外因来改变老鼠体内胆固醇的新陈代谢,其后代体内的胆固醇含量也会随着发生改变。在更早些的例子中,当雌性老鼠食用了某些特定的食物后,会改变其后代的毛色。在低等动物和植物中,类似的例子则更多。要注意的是,这些案例中,都没有改变基因,但都发生了性状的遗传,也就是都具有获得性遗传:后天获得的特征可以不改变基因而传给后代。而在这次线虫实验中,科学家首次发现长寿这种复杂现象也可以表观遗传。
未解之谜
现在,科学家已经越来越多地发现表观遗传的例子,也正开始重视这一现象。当然他们也对这一现象提出了自己关心的问题,同时也在尝试着去解答。比如本文介绍的实验,既然长寿能够遗传,那为何只遗传四代就结束了呢?表观遗传的核心问题,这种标记究竟是如何得以遗传下去的,则仍旧是一个谜。具体的分子机制仍旧让人难以理解。虽然基因序列没有变化,但从DNA到蛋白质,中间却有太多的步骤可以对基因的最后表达有调控作用,这些都会对最终的结果产生影响。另一个存在疑惑的地方就是线虫身上得到的长寿遗传数据究竟有多大的适用范围,是不是可以将本试验的研究结果复制到我们人类身上呢?
暂时来看,这一期待还是过于乐观。科学家指出,线虫相对而言较简单,因此其寿命也更容易受到某些外因的影响,但我们人类则要复杂很多,而且寿命受很多因素影响。因此,这次的实验只是一个开始,科研人员接下来计划用更高级更复杂的动物来进行实验,以确定这种不靠基因就可以遗传的长寿现象是否具有广泛性,为将来研究人类的长寿做准备。
(编辑 孙世奇)
神奇的发现
斯坦福大学和哈佛大学的科研人员以线虫为对象研究长寿的相关基因。线虫是一种研究细胞衰老和长寿最常用的模式生物之一。因为科学家对线虫的遗传系统非常熟悉,对线虫相关的基因和蛋白功能都了如指掌,所以,只要有一点变化也能清楚检测到。而且,线虫寿命有限,一般就是两三周,倘若有哪个基因或是哪个因素影响到了线虫寿命,也能够随时观察到。以往的常规研究一般都关注基因序列的变异对线虫寿命的影响,进而确定与长寿相关的基因。科学家也确实发现了一些基因的变化会改变线虫寿命。
而在前不久的一次试验当中,科学家通过特殊手段,有了意外的发现——科学家首先通过基因方法改造了线虫,培育了长寿的线虫,但是因为是通过基因改造的,所以这种长寿基因的表达也就仅仅存在于这一代线虫当中。科学家进一步培育这种长寿线虫的后代,跟踪观察其后代的寿命。科学家发现,虽然其后代线虫的基因都已经恢复正常,但是它们的老化基因都没有正常表达,这些线虫保留了祖先的长寿记忆,仍旧都是长寿线虫。这一现象一直持续到第四代。此结论非常有趣,在以前,人们都是通过改变基因,从而来影响线虫的寿命,而这次的研究首次证明了不需要改变基因,这种长寿也可以遗传,虽然遗传并不是持续长久的,因为仅仅维持了四代,这也从另一个角度证实,该遗传并不是来源于基因的改变。
拉马克再现?
科学家的这一发现,非常有趣,但同时也让人很难理解。其实,这种不改变基因的遗传方式,并不是首次发现。在以前,科学家就曾观察到,一些花的颜色的改变,并不是由于基因导致的,但这种变色也能够遗传。在生物学上,这被称之为“表观遗传”。而这一理论的提出可能要更早,其主要代表人物就是我们熟知的拉马克,也就是我们中学课本中提到的和达尔文比较对立的那个拉马克。还是让我们把遗传和进化方面的知识梳理一下,可能大家就会明白其中的道理了。
几乎所有人都知道,地球上如今存在的物种是经过亿万年的时间进化而来的,主要进化理论就是达尔文的进化论,不同物种的不同性状在自然选择之下,处于竞争优势的,其存活和繁衍能力就更大,长久下来,物种通过生存竞争,经过自然的选择淘汰,不利于生存的基因最终将被剔除,存在下来的都是有利于物种生存的,从而使物种向前进化。达尔文的进化论强调的是一种“优胜劣汰”。
而拉马克学说则认为,生物本身有一种由低等向高等发展的动力,进化动力是一种生物内因,它们通过自身对环境的适应来发生改变,顺应环境的变化,而且,这种改变可以遗传。拉马克强调的是“用进废退”。二者之间的差别,有一个非常著名的例子,就是长颈鹿,争议的关键在于,究竟是自然选择了更长的脖子——因为它们能吃到更高的树叶,淘汰了短脖子,从而让长脖子越来越多,后代都成为了长脖子,还是为了吃到更高的树叶,短脖子越伸越长,通过获得性遗传,后代也都变成了长脖子。这段话有一点绕口,其实矛盾的焦点就是获得性遗传,也就是我们今天说的“表观遗传”。所谓获得性遗传,顾名思义,就是两点:获得性和遗传。获得性指的是通过后天的(非先天的)外界环境的影响所表现的性状特征;遗传是指这种外界影响的改变能够遗传给下一代。
在当时的条件下,达尔文和拉马克的学说都各有支持者,后来在大量实验的验证下,尤其是遗传学的发展,也就是我们熟知的孟德尔定律被证实,达尔文的进化论逐渐得到肯定。
而随着分子生物学的知识和技术手段的日渐成熟,人们揭示出了遗传的基本规律,那就是遗传信息的复制、转录、翻译,不同的基因序列会决定不同的结果。人类生命的特征和意义都存在于基因序列中。比如黑头发、黑眼睛与金发碧眼,都是由基因决定的。如果基因不发生变化,那么后代都会这般稳定遗传。
本来达尔文的进化论是一个很顺畅地被广泛接受的真理,但最近有越来越多的实验得出了不同的结论。比如在近年,就有两篇论文涉及到表观遗传学,一篇介绍了用高脂肪食物喂养雄鼠,其雌性后代会变胖;另一篇介绍了通过外因来改变老鼠体内胆固醇的新陈代谢,其后代体内的胆固醇含量也会随着发生改变。在更早些的例子中,当雌性老鼠食用了某些特定的食物后,会改变其后代的毛色。在低等动物和植物中,类似的例子则更多。要注意的是,这些案例中,都没有改变基因,但都发生了性状的遗传,也就是都具有获得性遗传:后天获得的特征可以不改变基因而传给后代。而在这次线虫实验中,科学家首次发现长寿这种复杂现象也可以表观遗传。
未解之谜
现在,科学家已经越来越多地发现表观遗传的例子,也正开始重视这一现象。当然他们也对这一现象提出了自己关心的问题,同时也在尝试着去解答。比如本文介绍的实验,既然长寿能够遗传,那为何只遗传四代就结束了呢?表观遗传的核心问题,这种标记究竟是如何得以遗传下去的,则仍旧是一个谜。具体的分子机制仍旧让人难以理解。虽然基因序列没有变化,但从DNA到蛋白质,中间却有太多的步骤可以对基因的最后表达有调控作用,这些都会对最终的结果产生影响。另一个存在疑惑的地方就是线虫身上得到的长寿遗传数据究竟有多大的适用范围,是不是可以将本试验的研究结果复制到我们人类身上呢?
暂时来看,这一期待还是过于乐观。科学家指出,线虫相对而言较简单,因此其寿命也更容易受到某些外因的影响,但我们人类则要复杂很多,而且寿命受很多因素影响。因此,这次的实验只是一个开始,科研人员接下来计划用更高级更复杂的动物来进行实验,以确定这种不靠基因就可以遗传的长寿现象是否具有广泛性,为将来研究人类的长寿做准备。
(编辑 孙世奇)