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環(huán)境影響基因表達(dá)
胡軒逸//8858151.com2014-08-01來(lái)源:光明日?qǐng)?bào)
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  日復(fù)一日、年復(fù)一年,我們的基因不斷地和我們所生活的環(huán)境、鄰居、家人,以及我們自己的心態(tài)“對(duì)話”。這些社會(huì)性互動(dòng)的結(jié)果會(huì)進(jìn)入我們細(xì)胞的控制室,改變基因的強(qiáng)弱表達(dá),從而影響我們的習(xí)性、行為、生理、心理與健康。美國(guó)知名科學(xué)作家戴維·多布斯日前撰寫(xiě)了《基因的社會(huì)生活——改變你的分子組成》一文,介紹了科學(xué)家們的新進(jìn)展,生動(dòng)地展現(xiàn)了基因的另一面。

  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(chóng)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(kāi),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(méi)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(tīng)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(yú)伯氏妊麗魚(yú)群中,頭號(hào)雄魚(yú)要比第二號(hào)雄魚(yú)體積大、吃得多、領(lǐng)地廣,同時(shí)享有最大的繁殖權(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(yú)群中的頭魚(yú)撈走后,二號(hào)雄魚(yú)會(huì)迅速做出大規(guī);虮磉_(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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)會(huì)被啟動(dòng)以對(duì)抗感染、愈合傷口;虮磉_(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)感最具破壞力。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)聯(lián)系就可以減少其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(jué)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?最可能的答案是,對(duì)變化迅速的社會(huì)環(huán)境做出最快速回應(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(jué)、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(méi)有被拴住的狗——雖然他們沒(méi)有生病,但那只狗卻到處亂咬。

  科學(xué)家們也開(kāi)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)聯(lián)系的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。

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