表观遗传学对现代生物进化理论的冲击

时间：2021-01-06 09:33 | 栏目：第4节协同进化与生物多样性的形成 | 点击：次

表观遗传学对现代生物进化理论的冲击

表观遗传学是研究在基因的碱基序列不变的情况下，基因表达产生可遗传变化的一门遗传学分支学科，近年来，随着表观遗传学研究的不断深入，越来越多的证据表明，某些由于后天环境等影响带来的性状变化是能够遗传的。

第二次世界大战期间，荷兰岀现了大面积的饥荒。长期处于饥饿状态的母亲生出的孩子更容易岀现肥胖和其他代谢紊乱疾病。通过对这部分人群DNA甲基化水平的研究，科学家揭示饥荒可能是通过表观遗传机制影响当代人及其后代的身心健康的。后续以小鼠为模型的实验也支持了这一观点。2014年，另一项研究表明，当通过电击等手段使实验鼠对苯乙酮的气味产生恐惧后，这些小鼠所生的后代成年后，大多对苯乙酮的气味非常敏感，即便是第三代小鼠也有这样的反应。产生这一现象的原因是实验鼠的苯乙酮受体基因某个位点甲基化水平降低，使该基因的表达水平升高，增强了实验鼠对这种气味的敏感性，而这种甲基化水平的变化是可以遗传给后代的。

现代生物进化理论是以达尔文的自然选择学说为核心建立起来的，但以上实例使我们很自然地想到拉马克获得性遗传的观点。那么获得性性状可以稳定遗传吗？这是否是对现代生物进化理论的新挑战呢？

目前的研究表明，影响表观遗传的DNA甲基化等模式是不能像基因的碱基序列那样稳定地遗传给后代的，它们在遗传几代之后就会消失或改变。上述研究也只能局限于诱导处理后的二到三代。也就是说，所谓的获得性性状可能只维持一段时间，并不能稳定地遗传下去，更不足以支持“获得性遗传”的观点。此外，科学家评估了拟南芥中DNA甲基化模式自然的变化（出现或消失的频率），结果表明，几乎所有DNA甲基化模式的改变频率都比DNA序列的突变频率要高。

那么，这种突变频率高、维持时间短的DNA甲基化模式的改变对生物是否有价值呢？自然选择通过调节基因频率影响表型，一般需要一个漫长的过程。而表观遗传的改变反映在表型上是相对迅速的，“随时”可能影响基因的表达乃至物种的外在性状。科学家在对加拿大永冻土区域发现的3万年前古野牛骨骸的DNA分析中发现，这些野牛DNA甲基化的程度发生了改变。末次冰期（7.5万〜1万年前）的气候变化非常剧烈，在强烈的自然选择压力下，它们需要迅速作出反应才能够生存下来。科学家推测，表观遗传的改变对这些野牛适应多变的环境很可能起着重要作用。

早些年，人们一直争论的一个问题就是生物的某一个表型是由先天（基因）还是后天（生活环境等）因素决定的。显然，表观遗传学的发展使我们更好地认识了“基因型+环境=表型”这一命题。表型是生物发育过程中基因型与环境相互作用的产物，由于表观遗传的存在，相同基因型的个体可以表现出表型的差异性。而在生物进化中，直接供自然选择挑选的不是基因型而是表型。这也就意味着，表观遗传使自然选择有了更多可挑选的对象。表观遗传对生物进化的作用还需要更多的研究结果来评判。但无可厚非的是，表观遗传作为对遗传信息的重要补充，为自然选择提供了更多的素材，这对生物进化必定是存在意义和价值的。

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