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隨環(huán)境改變“脾氣”的小蜜蜂

幾年前，美國(guó)伊利諾斯大學(xué)阿巴納香檳分校昆蟲學(xué)系的吉恩·E·魯濱遜教授，請(qǐng)墨西哥南部的伙伴幫他捕獲了1000只新生的小蜜蜂——500只性情溫和的意大利蜜蜂和500只生性兇猛的非洲蜜蜂。這兩個(gè)蜜蜂亞種在基因上相似得幾乎難以分辨，但后者卻在領(lǐng)地防御上厲害很多。

魯濱遜與墨西哥國(guó)家動(dòng)物生理學(xué)研究中心的研究人員合作，小心翼翼地把這兩種蜜蜂的幼體與成體分開，并仔細(xì)地將這些實(shí)驗(yàn)小蜜蜂在胸背上一一標(biāo)注好。然后，他們把非洲蜜蜂的幼體放進(jìn)意大利蜜蜂的蜂窩里，同時(shí)把意大利蜜蜂的幼體放進(jìn)非洲蜜蜂的蜂窩里，進(jìn)行行為觀察和基因研究。

科研人員想知道，這兩種蜜蜂不同的“脾氣”是否會(huì)隨著環(huán)境的改變而改變？結(jié)果驗(yàn)證了魯濱遜教授的懷疑——非洲小蜜蜂變得如意大利蜜蜂一樣溫和，而意大利小蜜蜂變得如非洲蜜蜂一樣兇猛。

其實(shí)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)之前，魯濱遜教授已經(jīng)在許多實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了類似的改變，但他仍然沒有搞清楚改變究竟是怎么發(fā)生的。他懷疑，改變的根源就在基因上。一般來(lái)說(shuō)，基因不會(huì)在一個(gè)生命體一生中就發(fā)生改變，但生活方式或許會(huì)改變基因的運(yùn)作方式，也就是說(shuō)影響基因的表達(dá)，從而改變生物體的行為習(xí)性。

魯濱遜的發(fā)現(xiàn)，在不同的動(dòng)物研究中都得到了支持。他的同事、細(xì)胞與發(fā)育生物學(xué)教授戴維·F·克萊頓發(fā)現(xiàn)，如果雄性斑胸草雀聽到另一只雄性斑胸草雀在附近鳴叫，其負(fù)責(zé)社會(huì)敏感性的前腦的一個(gè)主管鳴叫的特殊基因——ZENK將會(huì)做好準(zhǔn)備，但到底做出什么樣的回應(yīng)，則取決于那一只雄性斑胸草雀是陌生、有威脅性的，還是熟悉、安全的。

美國(guó)斯坦福大學(xué)生物學(xué)家羅素·D·弗納爾德發(fā)現(xiàn)，在非洲淡水魚伯氏妊麗魚群中，*雄魚要比第二號(hào)雄魚體積大、吃得多、領(lǐng)地廣，同時(shí)享有zui大的繁殖權(quán)。其外表也與眾不同，身上條紋色彩特別鮮艷。但當(dāng)研究員把魚群中的頭魚撈走后，二號(hào)雄魚會(huì)迅速做出大規(guī)模基因表達(dá)的反應(yīng)——體積在短短的幾小時(shí)內(nèi)就能增長(zhǎng)20%，并且身上也開始出現(xiàn)紅藍(lán)的鮮艷條紋。

是什么在調(diào)控基因的表達(dá)

生物的習(xí)性與行為會(huì)受到基因的影響。那為什么即使同卵雙胞胎也會(huì)有很多不同？這是因?yàn)榛虻谋磉_(dá)程度不一樣。簡(jiǎn)單地說(shuō)，生物體并不會(huì)表達(dá)出它所攜帶的所有基因，有些表達(dá)得強(qiáng)，有些表達(dá)得弱，有些甚至處于靜默狀態(tài)。

科學(xué)家們認(rèn)為，在基因組中除了DNA和RNA序列以外，還有許多調(diào)控基因的信息，它們雖然本身不改變基因的序列，但是可以通過(guò)基因修飾，例如蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、DNA和其他分子的相互作用，去影響和調(diào)節(jié)遺傳的基因的功能及特性，并且通過(guò)細(xì)胞分裂和增殖周期影響遺傳——這就是表觀遺傳學(xué)，其英文epigenetics的字面意思就是around the gene，意為“基因周圍”。

許多時(shí)候，我們體內(nèi)的一些基本的生物學(xué)事件，比如在子宮內(nèi)生長(zhǎng)組織、進(jìn)入青春期或停止生長(zhǎng)，都是受這些輪流啟動(dòng)的開關(guān)所控制的。其他時(shí)候，基因的表達(dá)則會(huì)隨著人體環(huán)境的變化而變化——或者加速，或者減速。例如，某些基因開關(guān)會(huì)被啟動(dòng)以對(duì)抗感染、愈合傷口。基因表達(dá)的變化甚至可以讓人變瘦、發(fā)胖。

那么，是什么在調(diào)控著基因的表達(dá)呢？

傳統(tǒng)理論認(rèn)為，環(huán)境對(duì)調(diào)控基因表達(dá)的影響不大。但越來(lái)越多的研究結(jié)果正在推翻這種假設(shè)——上文說(shuō)的兩組蜜蜂就是例證，這兩組小蜜蜂的基因表達(dá)圖譜日漸與其棲居的社群接近。

人類或許也是如此。生理心理學(xué)家們已經(jīng)取得了一些實(shí)驗(yàn)成果。研究人員不斷地在承受各種壓力的人的身上發(fā)現(xiàn)類似的基因表達(dá)模式。他們發(fā)現(xiàn)，比起各種精神或生理壓力，孤獨(dú)感破壞力。一個(gè)對(duì)被虐待兒童的研究顯示，如果他能得到適當(dāng)?shù)纳鐣?huì)性支持，知道有人在關(guān)心他、支持他，那么這種密切的社會(huì)就可以減少其80%左右的健康風(fēng)險(xiǎn)。另一個(gè)研究則顯示，犯哮喘病的兒童，如果內(nèi)心覺得孤苦無(wú)依而對(duì)周圍的環(huán)境常懷恐懼，則會(huì)導(dǎo)致其免疫系統(tǒng)失衡，從而使其發(fā)病概率大幅度提高。

美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校大衛(wèi)·格芬醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)與精神病學(xué)和行為科學(xué)教授斯蒂夫·科爾說(shuō)：“說(shuō)到殺傷力，與孤獨(dú)感比較，其他各種壓力都不能望其項(xiàng)背。”

杜克大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家格雷格·雷說(shuō)，這種基因表達(dá)的迅速與大規(guī)模是我們所無(wú)法想象的。這些實(shí)驗(yàn)研究均有力地表明，社會(huì)生活的確能夠深刻地改變基因表達(dá)。那么，為何生命會(huì)進(jìn)化出這種令人驚奇的特殊能力？zui可能的答案是，對(duì)變化迅速的社會(huì)環(huán)境做出zui快速回應(yīng)的個(gè)體，將更有可能讓自己活下去，并且個(gè)體不會(huì)——事實(shí)上也的確如此，傻傻地去等其物種層面進(jìn)化出更好的基因。

近朱者赤 近墨者黑

如果環(huán)境能從某種程度上左右基因的表達(dá)，那么是不是有些疾病真的是由環(huán)境引起的？我們是否可以通過(guò)改變環(huán)境來(lái)控制基因呢？

科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，個(gè)人的感覺、情緒、思想和心態(tài)，都會(huì)影響到基因的表達(dá)。比如，人類的免疫系統(tǒng)。免疫系統(tǒng)失衡是影響健康的一大問(wèn)題。在通常情況下，健康的免疫系統(tǒng)的操作尤如一只被拴住的攻擊犬。當(dāng)免疫系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)病原體時(shí)，它就會(huì)起而攻擊，以發(fā)炎的方式或其他反應(yīng)摧毀入侵者；同時(shí)，免疫系統(tǒng)也會(huì)及時(shí)激活抗炎反應(yīng)，在消滅病原體之后，立即終止發(fā)炎。但那些備受精神壓力、心境孤獨(dú)的人，其免疫系統(tǒng)卻像一只沒有被拴住的狗——雖然他們沒有生病，但那只狗卻到處亂咬。

科學(xué)家們也開始研究，是不是能通過(guò)改變環(huán)境來(lái)讓我們的基因表達(dá)更健康。日前，美國(guó)洛約拉大學(xué)史迪奇醫(yī)學(xué)院的研究人員對(duì)近2000名學(xué)生進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：一個(gè)體重超標(biāo)的學(xué)生，如果交了一個(gè)瘦朋友，那么其日后瘦下來(lái)的可能性達(dá)到40%；但如果他交一個(gè)身材與其差不多的朋友，那么其日后能夠瘦下來(lái)的可能性只有15%。

而早在2007年，美國(guó)哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員也得出過(guò)類似結(jié)論。研究小組對(duì)有緊密社會(huì)的12067人分3組進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)32年的跟蹤調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在固定時(shí)間內(nèi)，如果調(diào)查對(duì)象的朋友變胖，那么其本人變胖的概率增加57%；如果調(diào)查對(duì)象的兄弟姐妹或配偶變胖，那么其本人變胖的概率將增加40%或37%；如果有一個(gè)極其親密的胖子朋友，那么其本人變胖的概率就會(huì)增大3倍。

生命是如此奧妙。在基因組計(jì)劃啟動(dòng)之初，人們以為可以很快參透生命的奧秘；然而隨著科學(xué)研究的深入，卻發(fā)現(xiàn)我們看到的只不過(guò)是冰山一角。不過(guò)這讓我們知道，基因并不決定一切，你、我，都有改變的可能。（原標(biāo)題：《環(huán)境影響基因表達(dá)》）