新科学家:演化论的不确定原理

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伦敦之游为美国约翰霍普金斯大学的基因学家Andrew Feinberg带来了认识演化的灵感。当 Feinberg游览威斯敏斯特教堂,看到达尔文墓和牛顿墓,以及不远处的狄拉克纪念碑时,脑海中浮现出演化论和量子物理。随之,他产生了一个新奇的观点:表观遗传变异(可遗传的性状改变但不涉及DNA序列的修改)为基因表达注入了海森堡式的不确定性,而这可以让物种有更多机会生存下去。

简单的说,就是生物有一种内建的随机机制来防止所有的鸡蛋都放在一个篮子里。例如,容易积累脂肪的体质有助于人度过饥荒但不利于健康。如果好日子持续多代,自然选择就会在整个种族中剔除掉胖子基因。而当饥荒终于来临的时候,种族可能就会灭绝。但如果有种机制让某些人在具有和他人相同的基因时也会容易积累脂肪,那么在饥荒时期他们就可以将种族延续下去。

要认识的这个新观点的意义,需要回溯一下演化论的历史。拉马克曾提出后天获得的性状是可以遗传给下一代的。而达尔文也认为获得性的变化为自然选择提供了选项。虽然后来DNA让获得性遗传没了立足之地,不过最近的一个世纪以来,人们重新认识到环境因素会导致生物产生可遗传的变异。表观遗传的多种不同机制,例如DNA甲基化也已经被发现了。

表观遗传在演化中起什么作用引起了广泛的争论,一些生物学家认为环境导致的表观遗传变异是适应的,而多数人的观点则类似达尔文:获得性的改变也是随机的,作为一种变异的来源受到自然选择的作用。但表观遗传大多只能维持一代,这让人很难想象它能在演化中起什么重要作用。

Feinberg的不确定假说指出了表观遗传的另一种作用。他和同事在DNA甲基化的研究中发现不同个体,甚至同个体的不同细胞间,DNA的甲基化模式都有着不同。而更令人惊讶的是,那些受甲基化影响明显的基因正是控制着身体基本发育的重要基因。这意味着表观遗传变异会给表现型带来明显的变化。

生物学界对此反应不一,产生随机表现型的机制要比产生单一表现型的更受自然选择青睐,这在理论上的确存在可能。但还没有真正的证据来证明甲基化的多变性的确就是适应的,是演化的结果。

如果Feinberg是正确的,演化所选择的不是表观遗传性状,而是产生表观遗传多样性的机制本身。Feinberg推测,表观遗传变异和可能和肥胖症和糖尿病等疾病有关,如果确实如此,解决这些疾病问题将要容易得多了。

Feinberg承认自己的假说可能是错误的,但它也可能是理解演化、发育和常见疾病之间关系的丢失一环。

刊物: 《新科学家》1月8日刊
导读者: 韩晶晶
原文: 请看这里

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