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顛覆生物學(xué)經(jīng)典概念:遺傳不僅僅靠基因

顛覆生物學(xué)經(jīng)典概念:遺傳不僅僅靠基因
2018-05-04 10:33:26 新浪科技

在經(jīng)典遺傳學(xué)中,,“基因型”(個(gè)體攜帶并可傳遞給后代的一組基因)和“表型”(生物體短暫擁有的環(huán)境和經(jīng)驗(yàn)印記,但這些特征無(wú)法傳遞給后代)之間有著根本區(qū)別,。

在經(jīng)典遺傳學(xué)中,,“基因型”(個(gè)體攜帶并可傳遞給后代的一組基因)和“表型”(生物體短暫擁有的環(huán)境和經(jīng)驗(yàn)印記,但這些特征無(wú)法傳遞給后代)之間有著根本區(qū)別,。

新浪科技訊北京時(shí)間5月4日消息,,據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道,,多年來(lái),,基因能編碼生物體所有可遺傳特征的觀(guān)點(diǎn)一直是遺傳學(xué)和演化生物學(xué)的基本準(zhǔn)則之一,但這一假設(shè)總是與混亂的實(shí)證研究結(jié)果不協(xié)調(diào)地共存著,。近年來(lái),,隨著一些重量級(jí)新發(fā)現(xiàn)的出現(xiàn),這種不協(xié)調(diào)變得越來(lái)越明顯,。

在經(jīng)典遺傳學(xué)中,,“基因型”(個(gè)體攜帶并可傳遞給后代的一組基因)和“表型”(生物體短暫擁有的環(huán)境和經(jīng)驗(yàn)印記,但這些特征無(wú)法傳遞給后代)之間有著根本區(qū)別。只有那些由基因決定的特征才被認(rèn)為是可遺傳給后代的——因?yàn)檫z傳只能夠通過(guò)基因的傳遞實(shí)現(xiàn),。然而,,與“基因型/表型”二分法矛盾的是,一些基因上完全一致的動(dòng)物和植物顯示出了可遺傳的差異,,并且能對(duì)自然選擇做出反應(yīng),。

與經(jīng)典遺傳學(xué)相反的是,,目前在某些復(fù)雜性狀和疾病中,,無(wú)法用基因來(lái)解釋親屬之間的相似性,,這一問(wèn)題被稱(chēng)為“遺傳性缺失”,。然而,,盡管個(gè)體的基因型似乎不能解釋其部分特征,,但有研究發(fā)現(xiàn),,親本的基因在沒(méi)有遺傳給后代的情況下,,也能影響后代的性狀,。此外,,對(duì)植物、昆蟲(chóng),、嚙齒動(dòng)物和其他生物的研究表明,,個(gè)體在一生中所處的環(huán)境和經(jīng)歷——飲食、溫度,、寄生蟲(chóng),、社會(huì)聯(lián)系等——都能影響其后代的特征,對(duì)人類(lèi)自身的研究也表明我們?cè)谶@方面也非特例,。這些發(fā)現(xiàn)中,,有一些明顯符合“獲得性遺傳”的定義——根據(jù)谷歌時(shí)代之前一個(gè)著名的比喻,這種現(xiàn)象就跟從北京發(fā)出的中文電報(bào)在到達(dá)倫敦時(shí)已經(jīng)翻譯為英文一樣不可思議,。然而,,我們今天還可以不時(shí)在學(xué)術(shù)期刊上發(fā)現(xiàn)這類(lèi)現(xiàn)象的報(bào)道,而就像互聯(lián)網(wǎng)和即時(shí)翻譯為通訊交流帶來(lái)了革命性變化一樣,,分子生物學(xué)的發(fā)現(xiàn)也正在顛覆有關(guān)代際遺傳的觀(guān)點(diǎn),,比如哪些特征能遺傳,哪些特征不能遺傳,。

生物學(xué)家現(xiàn)在面臨著一個(gè)巨大的挑戰(zhàn),,即理解不斷出現(xiàn)的新發(fā)現(xiàn)如何顛覆一些根深蒂固的觀(guān)念。通過(guò)閱讀有關(guān)這類(lèi)研究的最新綜述,,然后再翻閱任何一本本科生物學(xué)教材的介紹性章節(jié),,每個(gè)人都可以感受到其中越來(lái)越嚴(yán)重的不協(xié)調(diào)。傳統(tǒng)遺傳概念中顯然缺少了某些東西,,它宣稱(chēng)遺傳完全由基因介導(dǎo),,否認(rèn)了環(huán)境和經(jīng)驗(yàn)的某些影響傳遞給后代的可能性。

如果某些非基因突變是可遺傳的,那么隨之而來(lái)的是,,這些突變也能對(duì)自然選擇做出反應(yīng),,并且在沒(méi)有基因變化的情況下產(chǎn)生跨世代的表型變化。這種變化并不符合演化上標(biāo)準(zhǔn)的遺傳定義——只限于世代之間等位基因頻率的變化,。這一定義由演化遺傳學(xué)家費(fèi)奧多西·多布然斯基(Theodosius Dobzhansky)提出,,拋棄了基因是可遺傳突變唯一來(lái)源的假設(shè)。根據(jù)這一假設(shè),,基因是自然選擇能夠作用的唯一原始材料,,會(huì)產(chǎn)生跨世代的表型變化。然而,,回想一下,,達(dá)爾文對(duì)基因突變和非基因突變之間的區(qū)別并不了解。他最深刻的洞見(jiàn)是,,應(yīng)用于種群內(nèi)部可遺傳突變的自然選擇可以在不同世代中使生物體的平均特征發(fā)生改變,,因?yàn)檫@些可遺傳特征總是與大量存活的后代有關(guān),將在每一世代中表現(xiàn)在更大比例的個(gè)體上,。將非基因機(jī)制并入遺傳性并不需要對(duì)這一基礎(chǔ)的達(dá)爾文理論做任何改變,。

非基因效應(yīng)

一些母體和父體效應(yīng)似乎是作為幫助后代在最可能遇到的環(huán)境中取得優(yōu)勢(shì)的手段演化出來(lái)的。

一些母體和父體效應(yīng)似乎是作為幫助后代在最可能遇到的環(huán)境中取得優(yōu)勢(shì)的手段演化出來(lái)的,。

一類(lèi)非基因效應(yīng)(如母體效應(yīng))非常明顯,,幾十年來(lái)已經(jīng)在科學(xué)上得到了承認(rèn)。根據(jù)定義,,母體效應(yīng)表現(xiàn)為母體的表型會(huì)影響后代的表型,,而這一效應(yīng)無(wú)法用母體等位基因的傳遞來(lái)解釋。這類(lèi)效應(yīng)可以通過(guò)母體對(duì)其后代的多種影響途徑來(lái)實(shí)現(xiàn),,包括隔代表觀(guān)遺傳,、卵細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化、子宮環(huán)境,、母親對(duì)產(chǎn)卵或產(chǎn)子的地點(diǎn)選擇,、后代將經(jīng)歷的環(huán)境改變,以及產(chǎn)后生理和行為的相互作用等,。一些母體效應(yīng)是母親特征對(duì)后代發(fā)育產(chǎn)生的消極后果,,包括母體中毒、疾病或衰老等產(chǎn)生的有害影響,;另一些母體效應(yīng)則代表著生殖投資策略,,能增強(qiáng)繁殖成功率,。也就是說(shuō),,這些非基因效應(yīng)有時(shí)能增強(qiáng),有時(shí)也能減弱母親及其后代的適應(yīng)能力。

直到最近,,母體效應(yīng)還被認(rèn)為只不過(guò)是一種干擾,,即遺傳研究中的某種環(huán)境“誤差”來(lái)源。但至少,,遺傳學(xué)家確信在大多數(shù)物種(包括重要的實(shí)驗(yàn)室“模型生物”,,如果蠅和小鼠等)中,父親只能將等位基因傳遞給它們的后代,。然而,,近期的研究揭示了許多父體效應(yīng)的例子,包括小鼠,、果蠅和許多其他物種,。事實(shí)上,在有性生殖的物種中,,父體效應(yīng)可能與母體效應(yīng)一樣普遍,。

后代可能受到環(huán)境和經(jīng)驗(yàn)、年齡,,以及父母雙方基因型的影響,。環(huán)境因素(如某種毒素或營(yíng)養(yǎng)物)可能會(huì)導(dǎo)致親代身體發(fā)生改變,從而影響后代的發(fā)育,。正如我們所看到的,,身體機(jī)能隨年齡增長(zhǎng)而退化也會(huì)影響生殖功能,以及可遺傳的非基因因素,,從而影響后代的發(fā)育,。

親本中某種基因的表達(dá)影響后代表型的現(xiàn)象被稱(chēng)為“間接遺傳效應(yīng)”?;蛟S與直覺(jué)相反的是,,這類(lèi)效應(yīng)可以很好地放到非基因遺傳的范疇內(nèi),因?yàn)樗鼈兪怯煞腔蛞蛩氐膫鬟f介導(dǎo)的,。例如,,在親本中表達(dá)的特定基因可能會(huì)影響它們對(duì)后代的行為,或者改變種系中其他基因的表觀(guān)遺傳特征,,從而影響后代的發(fā)育,,即使后代并沒(méi)有遺傳該基因。

對(duì)小鼠的研究提供了一個(gè)間接遺傳效應(yīng)的顯著例子,。薇姬·納爾遜(Vicki Nelson)及其同事通過(guò)不同的近交系小鼠品系培育出了除Y染色體外在基因上十分相似的雄性小鼠,,接著他們提出了一個(gè)非常奇怪的問(wèn)題:雄性的Y染色體是否會(huì)影響其雌性后代的表型?任何在高中生物學(xué)課堂中保持清醒的人都知道,,女兒不會(huì)繼承父親的Y染色體,。因此,,按照經(jīng)典遺傳學(xué)的邏輯,父體Y染色體上的基因不會(huì)影響其雌性后代,。然而,,納爾遜和同事們發(fā)現(xiàn),父體的Y染色體確實(shí)會(huì)影響雌性后代的多種生理和行為特征,。事實(shí)上,,父體Y染色體對(duì)雌性后代的影響程度可以和父體常染色體或X染色體的影響相當(dāng),后兩者都是雌性后代能繼承的,。盡管我們還不知道其中的機(jī)制,,但Y染色體上的基因肯定能以某種方式改變精子的細(xì)胞質(zhì)、精子的表觀(guān)基因組或精液的組成,,使Y染色體上的基因能影響沒(méi)有遺傳這些基因的后代的發(fā)育,。

一些母體和父體效應(yīng)似乎是作為幫助后代在最可能遇到的環(huán)境中取得優(yōu)勢(shì)的手段演化出來(lái)的。這種“預(yù)見(jiàn)性”父母效應(yīng)的例子中,,最典型的是當(dāng)親本受到掠食者威脅時(shí)能誘導(dǎo)后代的防御,,水蚤就是如此。水蚤是一類(lèi)微小的淡水甲殼動(dòng)物,,用一對(duì)較長(zhǎng)的附肢作為槳,,在水中緩慢地移動(dòng)。它們很容易被掠食性昆蟲(chóng),、其他甲殼動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)捕食,。當(dāng)發(fā)現(xiàn)來(lái)自掠食者的化學(xué)信號(hào)時(shí),一些水蚤物種的反應(yīng)是從頭部和尾部長(zhǎng)出棘刺,,使自己變得更難被捕捉或吞食,。曾暴露于掠食者壓力下的水蚤所產(chǎn)生的后代,即使在沒(méi)有掠食者信號(hào)的情況下,,也會(huì)長(zhǎng)出棘刺,,并且可能經(jīng)歷生長(zhǎng)速率和生活史的改變,進(jìn)一步降低被捕食的可能性,。許多植物中也會(huì)出現(xiàn)這種跨世代誘導(dǎo)的防御措施,;當(dāng)受到植食動(dòng)物(比如毛毛蟲(chóng))的攻擊時(shí),植物所產(chǎn)生的種子能分泌出氣味難聞的防御性化學(xué)物質(zhì)(或者能對(duì)植食動(dòng)物更快地啟動(dòng)這類(lèi)防御措施),,而且這種誘導(dǎo)防御能夠持續(xù)好幾個(gè)世代,。

盡管目前尚不清楚水蚤母體如何誘導(dǎo)后代的棘刺發(fā)育,但一些明顯具有適應(yīng)性的母體和父體效應(yīng)例子都涉及到將特定的化合物傳遞給后代,。舉例來(lái)說(shuō),,美麗燈蛾(學(xué)名:Utetheisa ornatrix )能通過(guò)食用豆科植物來(lái)獲得吡咯里西啶生物堿。雌蛾會(huì)受到這種化學(xué)物質(zhì)含量豐富的雄蛾吸引,,而這些雄蛾能將部分毒素儲(chǔ)存在精液中,,作為“結(jié)婚禮物”注入雌蛾體內(nèi),。雌蛾將這些生物堿整合到蟲(chóng)卵中,使其后代變得對(duì)掠食者來(lái)說(shuō)不大“可口”,。

父母還能幫助后代為可能面臨的社交環(huán)境和生活方式做好準(zhǔn)備,比如沙漠蝗蟲(chóng)(學(xué)名:Schistocerca gregaria),。這種昆蟲(chóng)能夠在兩種截然不同的表型變種之間轉(zhuǎn)換:灰綠色的“孤獨(dú)”變種和黃黑色的“合群”變種,。合群變種具有生殖力較低、壽命較短和腦部較大等特征,,而且有聚集形成龐大遷移群體的趨勢(shì),,能夠吃盡大片區(qū)域的植被。在遇到密集的蝗蟲(chóng)群體時(shí),,蝗蟲(chóng)的行為方式可以從孤獨(dú)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)楹先?,而且雌性蝗蟲(chóng)所經(jīng)歷的種群密度也會(huì)決定它們后代的變種類(lèi)型。然而,,有趣的是,,整套表型的改變會(huì)在幾個(gè)世代中積累,表明母體效應(yīng)是累積性的,。這種效應(yīng)似乎是由傳遞給后代的物質(zhì)(通過(guò)卵細(xì)胞質(zhì)和/或包裹在卵細(xì)胞上的附屬腺體產(chǎn)物)介導(dǎo)的,,而生殖系譜中的表觀(guān)修飾也可能發(fā)揮著某種作用。

不過(guò),,父母的經(jīng)歷并不一定會(huì)使子女表現(xiàn)得更好,。首先,父母可能會(huì)誤判環(huán)境線(xiàn)索,,而環(huán)境也可能變化太快,,意味著父母有時(shí)會(huì)根據(jù)錯(cuò)誤的情況調(diào)整后代的特征。例如,,如果水蚤的母親誘導(dǎo)了后代發(fā)育出棘刺,,但掠食者一直沒(méi)有出現(xiàn),那后代就要一直背負(fù)著棘刺,,無(wú)法從這一特征中獲得好處,。在這種情況下,預(yù)期的父母效應(yīng)實(shí)際可能會(huì)傷害后代,。一般而言,,后代面臨一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題,即如何把父母接收到的環(huán)境線(xiàn)索和自己直接從環(huán)境中接收到的線(xiàn)索整合起來(lái),,它們最佳的發(fā)育策略將取決于那些更有用和更可靠的線(xiàn)索,。

雖然親本的預(yù)期效應(yīng)可能會(huì)誤傷,但總體而言,,這些效應(yīng)還是會(huì)受到自然選擇的青睞,。不過(guò)也有許多親本效應(yīng)根本就不具有適應(yīng)優(yōu)勢(shì),。壓力不僅對(duì)體驗(yàn)到壓力的個(gè)體有害,而且對(duì)它們的后代也會(huì)產(chǎn)生有害影響,。例如,,美國(guó)伊利諾伊大學(xué)的凱蒂·麥吉(Katie McGhee)、艾莉森·貝爾(Alison Bell)等人的研究結(jié)果顯示,,暴露于模擬捕食者攻擊的雌性棘背魚(yú)科魚(yú)類(lèi)會(huì)產(chǎn)下學(xué)習(xí)速度緩慢的后代,,它們?cè)诿鎸?duì)真實(shí)捕食者時(shí)無(wú)法正確應(yīng)對(duì),因此會(huì)比沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)模擬攻擊的雌魚(yú)所產(chǎn)后代更容易被吃掉,。這些效應(yīng)會(huì)讓人聯(lián)想起人類(lèi)母親在懷孕期間吸煙的可怕后果,。對(duì)人類(lèi)群體的相關(guān)性研究(以及在嚙齒類(lèi)動(dòng)物中的實(shí)驗(yàn)性研究)顯示,母體吸煙并不能幫助發(fā)育中的胎兒對(duì)呼吸道刺激做好準(zhǔn)備,,反而會(huì)改變子宮內(nèi)環(huán)境,,導(dǎo)致幼兒容易患上肺功能衰退和哮喘,此外還會(huì)降低新生兒體重,,造成生理紊亂和其他問(wèn)題,。類(lèi)似的,從酵母到人類(lèi)的許多生物體中,,大齡父母往往會(huì)產(chǎn)生體弱或壽命較短的后代,。盡管通過(guò)生殖譜系傳遞的基因突變可能會(huì)導(dǎo)致這樣的“親本年齡效應(yīng)”,但起主要作用的似乎是非基因遺傳,。因此,,雖然某些類(lèi)型的親本效應(yīng)代表了可以增強(qiáng)適應(yīng)性的演化機(jī)制,但另一些親本效應(yīng)顯然也會(huì)傳遞病癥或壓力,。這種“非適應(yīng)性”親本效應(yīng)可以和有害的基因突變相當(dāng),,盡管它們與特定條件下穩(wěn)定誘導(dǎo)的基因突變有很大差別。

親本效應(yīng)有時(shí)能產(chǎn)生危害的事實(shí)表明,,后代應(yīng)該演化出能減輕傷害的方法,,或許可以通過(guò)屏蔽從父母那里得到的特定非基因信息來(lái)實(shí)現(xiàn)。即使父母及其后代的健康利益十分一致,,這種情況也可能發(fā)生,,因?yàn)閷?duì)父母及其后代而言,錯(cuò)誤的環(huán)境線(xiàn)索或親本病癥的傳遞都是極其不利的,。不過(guò),,正如達(dá)斯汀·馬紹爾(Dustin Marshall)、托拜厄斯·烏勒(Tobias Uller)等研究者所指出的,,父母及其后代的健康利益很少一致,,因此親本效應(yīng)有時(shí)會(huì)成為父母和后代沖突的舞臺(tái)。個(gè)體會(huì)選擇能最大化自身利益的資源分配方式,。當(dāng)某一個(gè)體預(yù)期在一生中能產(chǎn)生不止一個(gè)后代時(shí),,它就會(huì)面臨如何在多個(gè)后代中分配資源的問(wèn)題,。舉例來(lái)說(shuō),母親可能會(huì)通過(guò)產(chǎn)生更多數(shù)量的后代來(lái)最大限度地提高繁殖成功率,,即使這一做法意味著對(duì)每個(gè)后代的投入都會(huì)減少,。但是,由于每一個(gè)后代都可以從母親那里獲得更多資源而受益,,因此這種“自私”的母性策略對(duì)后代來(lái)說(shuō)代價(jià)高昂,,并且可能會(huì)篩選出反制策略,使后代能從母親那里獲取更多的資源,。

事情還會(huì)進(jìn)一步復(fù)雜化,,母親和父親的利益也可能出現(xiàn)分歧,。舉例來(lái)說(shuō),,大衛(wèi)·黑格(David Haig)指出,父親往往可以通過(guò)幫助它們的后代從母親那里獲取額外資源而受益,,即使這些額外投資會(huì)減少母親的健康利益,。這是因?yàn)椋慨?dāng)雄性有機(jī)會(huì)與多個(gè)雌性一起養(yǎng)育后代時(shí),,每一個(gè)雌性都有機(jī)會(huì)同其他雄性交配,,因此雄性的最佳策略就是自私地榨取每一個(gè)配偶的資源,為自己的后代謀福利,。在非基因遺傳演化中,,這種親子關(guān)系和父母對(duì)后代投入上的沖突是一個(gè)具有潛在重要性,但又很少有人探索的維度,。

飲食對(duì)適應(yīng)性的影響

雄性指角蠅的差異非常明顯:在同一根木頭上的典型群體中,,你可以同時(shí)找到2厘米長(zhǎng)和5毫米長(zhǎng)的個(gè)體。

雄性指角蠅的差異非常明顯:在同一根木頭上的典型群體中,,你可以同時(shí)找到2厘米長(zhǎng)和5毫米長(zhǎng)的個(gè)體,。

在構(gòu)成一個(gè)動(dòng)物生存環(huán)境的無(wú)數(shù)要素中,飲食對(duì)于形成達(dá)爾文式的適應(yīng)性,、保持健康和其他許多特征而言尤其重要,。事實(shí)上,飲食也可以對(duì)不同世代產(chǎn)生重大影響,??茖W(xué)家對(duì)指角蠅(學(xué)名:Telostylinus angusticollis)受飲食的影響進(jìn)行了研究。這種蠅類(lèi)主要分布于澳大利亞?wèn)|海岸地區(qū),,在腐爛的木頭上繁殖,。雄性指角蠅的差異非常明顯:在同一根木頭上的典型群體中,你可以同時(shí)找到2厘米長(zhǎng)和5毫米長(zhǎng)的個(gè)體,。不過(guò),,如果在實(shí)驗(yàn)室中以標(biāo)準(zhǔn)的幼蟲(chóng)食譜進(jìn)行飼養(yǎng)時(shí),,所有成年雄性指角蠅都會(huì)長(zhǎng)成十分相似的體型,這表明野生狀態(tài)下的體型差異大部分是環(huán)境因素造成的,,而非內(nèi)在的遺傳因素,;換句話(huà)說(shuō),足夠幸運(yùn)獲得充足食物的蛆蟲(chóng)會(huì)發(fā)育成體型較大的成體,,而缺乏營(yíng)養(yǎng)的蛆蟲(chóng)最終只能接受微小的體型,。

然而,這種由環(huán)境因素誘導(dǎo)的雄性表型變化會(huì)在世代間進(jìn)行傳遞嗎,?為了找出答案,,研究者用兩種培養(yǎng)基對(duì)來(lái)自同一母體的雄性指角蠅幼蟲(chóng)進(jìn)行培養(yǎng),一種是營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基,,另一種則是稀釋之后的培養(yǎng)基,。

研究人員將獲得的大、小兩組雄性指角蠅與用相同食物培養(yǎng)的雌性指角蠅配對(duì),,然后測(cè)量它們的后代特征,。他們發(fā)現(xiàn),體型較大的雄性指角蠅會(huì)產(chǎn)生較大的后代,,而后續(xù)的工作顯示,,這種非基因父體效應(yīng)可能是通過(guò)精液中傳遞的物質(zhì)介導(dǎo)的。然而,,由于雄性指角蠅轉(zhuǎn)移的精液量很小,,比一些昆蟲(chóng)物種的雄性所產(chǎn)生的通常含有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的精液小幾個(gè)數(shù)量級(jí),因此這種效應(yīng)似乎不涉及將雄性的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移到雌性或其后代體內(nèi),。

科學(xué)家近期發(fā)現(xiàn),,這種效應(yīng)甚至可能擴(kuò)大到由其他雄性所產(chǎn)下的后代。安杰拉·克林(Angela Crean)按前述方法獲得了大,、小兩組不同體型的雄性指角蠅,,并用雌性與這兩組雄性都進(jìn)行交配。首次交配發(fā)生在雌性的卵未成熟時(shí),,而第二次交配發(fā)生在兩周之后,,此時(shí)卵已經(jīng)成熟,并被包裹在無(wú)法滲透的硬殼中,。雌性指角蠅在第二次交配后很快就產(chǎn)下了卵,,科學(xué)家采集了這些后代并對(duì)其進(jìn)行基因型分析,以確定親子關(guān)系,。由于蠅類(lèi)的卵只能在成熟時(shí)受精(精子通過(guò)卵殼上的特殊開(kāi)口進(jìn)入卵細(xì)胞),,而雌性?xún)?chǔ)存精子的時(shí)間很少達(dá)到兩個(gè)星期之久,因此科學(xué)家毫不意外地發(fā)現(xiàn),幾乎所有指角蠅后代都是源自第二次交配的雄性,。有趣的是,,后代的體型會(huì)受到母親第一個(gè)交配對(duì)象在幼蟲(chóng)階段的飲食影響。換句話(huà)說(shuō),,如果幼蟲(chóng)的母親第一次交配的對(duì)象在幼蟲(chóng)階段營(yíng)養(yǎng)充足的話(huà),,它們就會(huì)長(zhǎng)得比較大,即使這個(gè)對(duì)象并不是它們的父親,。另一項(xiàng)獨(dú)立進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)排除了雌性指角蠅會(huì)根據(jù)對(duì)第一個(gè)雄性的視覺(jué)或信息素評(píng)估結(jié)果來(lái)調(diào)整對(duì)后代投入情況的可能性,。由此我們可以得出結(jié)論:來(lái)自第一只雄性精液的分子會(huì)被雌性體內(nèi)未成熟的卵吸收(或者以某種方式誘導(dǎo)雌性改變對(duì)發(fā)育中的卵的投入),從而影響另一個(gè)雄性所育胚胎的發(fā)育,。在孟德?tīng)栠z傳學(xué)出現(xiàn)之前,,這種非父隔代效應(yīng)(被德國(guó)演化生物學(xué)家?jiàn)W古斯特·魏斯曼稱(chēng)為“先父遺傳”)在科學(xué)文獻(xiàn)中被廣泛討論,但早期證據(jù)并不令人信服,。近期的研究提供了第一個(gè)現(xiàn)代證據(jù),,表明這種效應(yīng)是可能的。盡管先父遺傳并不在通常的“垂直”(父母—后代)遺傳概念范疇內(nèi),,但它突出說(shuō)明了非基因遺傳違反孟德?tīng)柤僭O(shè)的可能性,。

有充足的證據(jù)表明,,對(duì)哺乳動(dòng)物來(lái)說(shuō),,父母的飲食也會(huì)影響后代。20世紀(jì)上半葉時(shí),,有研究者開(kāi)始進(jìn)行飲食——特別是對(duì)蛋白質(zhì)等關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的限制——對(duì)大鼠影響的實(shí)驗(yàn)性研究,,目的是深入了解營(yíng)養(yǎng)不良的健康后果。20世紀(jì)60年代,,研究者好奇地發(fā)現(xiàn),,在懷孕期間喂食低蛋白飲食的雌性大鼠所產(chǎn)生的后代,以及這些后代的后代,,都顯得病態(tài)十足和骨瘦如柴,,具有相對(duì)較小的大腦,神經(jīng)元數(shù)量減少,,在智力和記憶測(cè)試中表現(xiàn)糟糕,。近年來(lái),研究工作已經(jīng)轉(zhuǎn)向了解營(yíng)養(yǎng)攝入過(guò)量或不平衡的影響,,以大鼠和小鼠作為實(shí)驗(yàn)?zāi)P蛠?lái)深入了解人類(lèi)肥胖癥的情況?,F(xiàn)在我們可以確定,母方和父方的飲食會(huì)對(duì)后代發(fā)育和健康情況產(chǎn)生多種影響,,其中一些效應(yīng)是通過(guò)胚胎干細(xì)胞在子宮內(nèi)的表觀(guān)遺傳重編碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的,。例如在大鼠中,研究顯示母鼠的高脂肪飲食會(huì)減少造血干細(xì)胞的增殖,而富含甲基供體的母鼠飲食會(huì)促進(jìn)胚胎神經(jīng)干細(xì)胞的增殖,。研究還發(fā)現(xiàn),,大鼠中高脂肪的父鼠飲食會(huì)導(dǎo)致雌性后代的胰島素分泌減少和葡萄糖耐受力降低。人類(lèi)也有存在這些效應(yīng)的證據(jù),。

回顧目前對(duì)擴(kuò)展遺傳的研究現(xiàn)狀,,我們會(huì)想起20世紀(jì)20年代的遺傳學(xué),或20世紀(jì)50年代的分子遺傳學(xué),。我們的所知所得,,只能使我們明白更多未知的存在,以及未來(lái)將面臨的挑戰(zhàn),。不過(guò),,一個(gè)已經(jīng)無(wú)可置疑的結(jié)論是,在將近一個(gè)世紀(jì)里塑造了實(shí)證研究和理論研究的高爾頓式假設(shè),,已經(jīng)違背了現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的許多情況,,而這意味著生物學(xué)又將迎來(lái)令人振奮的時(shí)代。實(shí)證研究者將在很多年里忙于探索非基因遺傳,,觀(guān)察其生態(tài)效應(yīng),,并確定其在演化上導(dǎo)致的結(jié)果。這項(xiàng)工作將需要開(kāi)發(fā)新工具,,還需要設(shè)計(jì)巧妙的實(shí)驗(yàn),。理論研究者也有著同樣重要的工作,包括澄清觀(guān)點(diǎn)并做出新的預(yù)測(cè),。在實(shí)踐層面上,,現(xiàn)在醫(yī)學(xué)和公共健康領(lǐng)域同樣清楚的是,我們不需要成為“我們所獲得天性的被動(dòng)傳遞者”,,因?yàn)槲覀兊娜松w驗(yàn)在塑造我們傳遞給后代的遺傳“本質(zhì)”中發(fā)揮著非同尋常的作用,。(任天)

(責(zé)任編輯:路子康 CN078)
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