可怕的基因幽灵.docx
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可怕的基因幽灵
可怕的基因“幽灵”
同卵双胞胎具有相同的基因，但他（她）们却不能“永远”一样。
基因其实并不能决定一切，基因中还另有秘密。
20世纪90年代早期，生物学上迄今为止最大的一项计划在全球开始实施，这就是——人类基因组计划。
科学家将人类基因组当作《圣经》，认为只要读懂了《圣经》中的每一个“字母”——每一个基因，也就读懂了“生命天书”，就能描绘出生命本身的蓝图。
在人类基因组计划完成后，科学家估计人类基因组中大约有10万个基因。
然而，经过测序和对比，他们惊讶地发现，人类的基因数量只有3万～4万个，几乎跟鱼、老鼠或植物的基因数量一样多，并非先前想象的那么复杂。
更让他们惊讶的是，一些制造果蝇或老鼠的关键基因也制造了人，而黑猩猩的基因有98.9%跟人类是一样的（差一点我们就是黑猩猩了）。
那么，人类为什么比其他生物复杂、高等得多呢？
光凭基因看来是无法解释物种之间的巨大差异的。
事实上，早在人类基因组计划完成之前很久，一些科学家就已经意识到：
基因恐怕并非“生命天书”的全部。
奇怪的疾病
有些疾病是用经典遗传学理论所不能解释的。
同卵双胞胎来自同样的受精卵，具有相同的基因，难怪在出生后一段时间内，二者在方方面面看来都是一样的：
牙齿间的缝隙、笑的方式、肢体语言……一对同卵双胞胎看上去简直就像一个人。
可是，随着双胞胎长大，彼此之间的差异逐渐显现出来。
先天一样的双胞胎，后天为何会出现明显差异？
不是说基因决定一切吗？
那为什么具有相同基因的双胞胎却不能“永远”一样？
还有两种疾病也曾经让科学家百思不得其解。
这两种怪病的患者都是儿童。
一种叫“安琪儿综合征”，得名于首先发现这种怪病的儿科医生哈里·安琪儿。
这种疾病的患儿被人称为“快乐木偶儿童”：
他们走路时常常不由自主地手舞足蹈，少言寡语，学习能力极差，但显得非常开心，一直笑个不停。
另一种叫“普瑞德威利症候群”，其症状是：
暴饮暴食，仿佛永远都吃不饱、喝不够，最终导致异常肥胖，甚至患上各种严重疾病。
这种疾病对患儿的智力也会造成损伤，只是在程度上比安琪儿综合征轻微得多。
显然，这是两种完全不同的疾病。
让科学家感到奇怪的是，这两种疾病都是由同样的基因异常引起的——患儿的第15号染色体中的同一个基因的序列缺失。
为什么同样的基因异常却引起了不同的疾病？
通过进一步调查，科学家发现了更奇怪的情况：
第15号染色体的来源起着决定性的作用——如果来源于母亲，将导致安琪儿综合征；如果来源于父亲，则导致普瑞德威利症候群。
同样的基因，同样的缺失，只因来自父母中不同的一方，竟然导致了不同的疾病。
莫非基因上带有“标签”，上面写着“嗨！
我来自父亲”或“嗨！
我来自母亲”？
除了双胞胎以及那两种疾病而外，科学家还发现了很多其他无法解释的有关基因的现象。
比如，一个个体的肝脏细胞和皮肤细胞所含的DNA完全相同，但为什么这两种器官看起来大相径庭？
几十年来，人们一直认为基因决定着生命过程中的一切，但面对上述种种现象，科学家无法用经典的遗传学理论加以阐明。
看来基因并不能决定一切，基因中一定另有秘密。
那是什么样的秘密呢？
“标签”的作用
非基因遗传似乎决定着基因是沉默（关闭）还是表达（开启）。
受两种怪病的启发，科学家开始思考：
在不同辈人之间遗传的也许不仅仅只有基因，一定还存在某种非基因遗传因素，它们直接控制着基因，对基因发号施令，让基因发生作用或者丧失功能——在学术上，它们被称之为“表观基因标签”，意思是：
作为一个表观的标签，表示出某种基因是沉默（关闭）或表达（开启）。
为了进一步了解“标签”究竟是怎样开启和关闭基因的，有科学家做了一个实验：
培育出一对在体色和胖瘦上完全不同，但在基因组成上却完全相同的刺鼠。
也就是说，这对刺鼠尽管外表差异很大，但它们却是双胞胎。
这对双胞胎刺鼠都拥有一个特别的基因——“刺鼠基因”。
在实验中，科学家让其中一只黄色刺鼠身上的“刺鼠基因”一直开启着，而让另一只褐色刺鼠身上的这个基因一直关闭着。
他们发现，黄鼠的大脑中负责告诉它“我吃饱了，不能再吃了”的“食欲满足中心”被阻断了，结果导致它不停地吃，直到大腹便便，成为“胖鼠”，最终患上糖尿病和癌症；而褐鼠并不暴饮暴食，最终成为“瘦鼠”。
那么，是什么东西关闭了“瘦鼠”的“刺鼠基因”呢？
是体育锻炼？
不，是一种甲基分子，它附着在“刺鼠基因”上，导致这个基因关闭。
这种甲基分子其实就是一种“表观基因标签”。
在每个活体动物体内都有数百万个类似这样的“标签”，其中一些像甲基分子一样直接附着在DNA上面，另一些则抓住DNA所包裹的组蛋白，时而抓紧时而放松，从而控制“标签”的开关（科学家给怀孕的母鼠喂食富含维生素B-12——叶酸的食物，叶酸能够制造关闭“刺鼠基因”的甲基“标签”）。
表观遗传学，作为遗传学中的一个前沿领域，为人们拓展了解答上述各种问题的新思路。
这门新学科所研究的就是关于基因活动如何在细胞内得到控制的理论——哪些基因被开启或关闭，这种作用是如何以及何时发生的。
不同的命运
科学家利用新理论解开双胞胎不同命运之谜。
在过去10年中，科学家对表观遗传学的研究有了长足的进步。
下面我们来看科学家是如何利用表观遗传研究解开双胞胎之谜的。
年轻的西班牙双胞胎兄弟贾维尔和卡洛斯，他俩的动作几乎完全一样；66岁的西班牙双胞胎姐妹玛丽和克萝蒂德，她俩的穿着一直都一模一样，因为她们对服装的偏好完全一致。
可是，几年前，玛丽被查出患了癌症，而克萝蒂德则安然无恙。
事实上，双胞胎中一方罹患严重疾病、另一方却很幸运的情况并不鲜见。
遗传学告诉我们，双胞胎患同一种疾病的可能性很高，但这种可能性并非100%。
原因何在呢？
西班牙国立癌症研究中心的遗传学家曼伊尔·埃斯特勒试图从表观遗传研究上寻找答案。
埃斯特勒和他的同事们搜集了年龄在3岁～74岁之间的40对双胞胎的细胞，然后利用实验手段获取其中的DNA片段，并设法让基因及其“标签”显露出来。
结果发现，对年轻的双胞胎兄弟贾维尔和卡洛斯来说，他俩的基因完全相同；而对66岁的双胞胎姐妹玛丽和克萝蒂德来说，虽然她俩的基因也没什么差异，但她们的“表观基因标签”却明显有别。
事实上，在过去10年里，科学家越来越清楚地认识到，除了基因，环境因素如饮食等也可能对生物造成影响，这种影响会在基因序列不发生任何改变的情况下传递给后代。
现在，表观遗传研究从理论上证明，“表观基因标签”会受到饮食习惯、是否吸烟等生活方式的影响，比如一个怀孕妇女的饮食可能会使孩子的“表观基因标签”发生改变。
在美国及其他一些国家，医生通常会建议妇女在怀孕期间在饮食中添加叶酸，因为这样能降低胎儿患神经管缺陷的风险。
但是，现在有研究者怀疑，这种物质有可能会导致某种尚不为人知的、有害的“表观基因标签”改变。
受虐儿童
环境因素可能影响到后代基因的构成。
科学家发现，不受母鼠重视的新生小鼠在成年后往往更加胆小。
这说明饮食并非影响“表观基因标签”的唯一环境因素。
科学家利用对两类新生小鼠的实验研究来证明这一点。
一类小鼠在出生后得到母鼠的密集舔护，另一类小鼠的母亲则很少照管子女。
实验发现，那些在玩忽职守的母鼠照看下长大的小鼠，在面对压力时，它们的血压和压力激素水平比那些得到足够关爱的小鼠明显升高很多，具体表现为爱大叫，总想咬人。
一旦有人走近它们的笼子，这些过分敏感的小鼠就会做出激烈反应。
为了排除基因的影响，科学家又让富有爱心的母鼠养育那些缺乏爱心的母鼠的后代，反之亦然。
结果，缺乏关爱的小鼠在长大后再度表现出极度敏感。
这个实验显示，不是母鼠的基因、而是母鼠的早期行为在小鼠身上刻下了烙印，以至于在母鼠离开小鼠之后很久这种影响仍会显露出来。
那么，小鼠幼年的境遇是怎样影响它们成年后的健康状况的呢？
进一步的研究发现，缺乏关爱的小鼠具有能压制释压基因的多个“表观基因标签”。
其结果是，由于这个基因不活跃，压力水平在缺乏关爱的小鼠体内激增。
在这项实验中最惊人的阶段，科学家将一种能够去除“表观基因标签”的药物注入那些过度焦虑的小鼠体内，结果它们的行为变得和正常小鼠一样了。
一份关于13名自杀身亡的男性的研究报告证明，这些死者在儿童时期都曾遭到过虐待。
他们的大脑与因其他原因致死的男性相比，呈现出明显的“表观基因标签”差异。
研究人员认为这种“表观基因标签”的变化可能是幼年遭受虐待所致。
科学家警告说，如果父母对孩子缺乏关爱，甚至虐待孩子，那么孩子长大后不光个性、品质会受到影响，而且罹患精神疾病、糖尿病、心脏病和肥胖症的概率会大大增加。
科学家希望有朝一日能够消除一切可能导致儿童在成年后遭遇不幸的“表观基因标签”，从而保护好人类的后代。
治疗顽症
新思路帮助科学家揪出癌症等人类疾病背后的“黑手”。
人为什么会患癌症？
癌症通常被认为是基因损坏的结果。
那么，是什么原因导致了基因损坏呢？
吸烟、某些种类的环境激素以及辐射等都有可能造成基因损坏，但科学家推测，“表观基因标签”的破坏性改变同样也可能导致癌症。
例如，干细胞（能够创造和替换所有身体组织的细胞）一旦过度工作，就会带来麻烦。
干细胞每修复一次损伤，就会衰老一点。
由于干细胞每分裂一次都面临遭遇表观基因损害的一定风险，所以当一个人进入老年之后，其累积的表观基因损害已经多得能够在其DNA中很容易地就被测试出来。
如果把年龄计为干细胞的分裂次数，那么癌症就是能够无休止复制自己的、老得很可怕的组织。
随着表观基因错误的累积，控制基因的开关就会乱套，从而在细胞内部造成灾难。
人体内有一些能够抑制肿瘤产生的抑癌基因，但现在却被关闭；人体内还有一些能够促使肿瘤产生的促癌基因，但能抑制这些促癌基因的甲基“标签”现在却被关闭，使促癌基因活跃起来。
这两方面的变化，最终导致了癌症的发生。
如此看来，癌症也是一种“表观基因疾病”。
那么，有没有可能使被打乱的“表观基因标签”重新排列归位呢？
这就是表观基因疗法。
2004年，一些患者开始服用一种能去除关闭促癌基因的甲基“标签”的药物，结果近半数接受治疗者的癌症消失。
这种疗效简直前所未有。
随着表观基因疗法的起飞，人们期望它最终能治愈从阿耳茨海默氏病（早老性痴呆病）到自闭症（孤独症）的一系列疑难杂症。
以自闭症为例，13岁的美国女孩布里奇特患自闭症，她整天坐在电脑前，沉溺在自己的世界中，不愿进行任何社交，就连跟自己的双胞胎姐妹詹娜也不说话。
事实上，婴儿时期的布里奇特和詹娜没什么区别，身体的相似尤其明显。
然而，从1岁开始，布里奇特的自闭倾向越来越强烈，她和詹娜的差异也越发明显。
在很长的时间里，医生对治疗严重自闭症毫无办法。
尽管科学家多年来耗费巨资调查自闭症的病因，却始终未能找到自闭症基因。
大约11年前，美国科学家开始运用强力成像设备扫描自闭症儿童及非自闭症儿童的大脑，以寻找这种疾病的生理原因。
结果发现，一对双胞胎中的自闭症患儿的大脑海马区（负责学习、记忆和情感的大脑区域）明显比双胞胎中的非自闭症儿童的小得多。
这就怪了，一对双胞胎的基因根本就没有不同，那为什么同样的基因却造成不同的大脑结构？
科学家突然想到了表观基因假说，即：
尽管双胞胎的基因组并无差异，但其中一方可能发生了一种表观基因改变，从而导致了大脑的内在差别。
现在，科学家正在寻找那个导致自闭症的“表观基因标签”。
可怕的遗传在不同辈人之间遗传的不仅仅只有基因。
越来越多的证据表明人类代代相传的不仅仅是基因，其中一个证据来自北极圈内的一个瑞典乡村——欧瓦卡里克斯。
在过去相当长的时间里，这个村子由于所处地理位置特殊，很容易闹饥荒。
尤其是在19世纪，与世隔绝造成它无法得到外界的帮助。
瑞典公共卫生专家奥洛夫·比格伦研究这个村子已有20多年了。
在研究村民的健康状况同营养水平之间的关系时，他惊奇地发现，每一次饥荒似乎都会影响到一个世纪之后的人的寿命，也即是说，祖父母是否遭遇饥荒似乎影响到了孙辈的寿命，尽管后者从未遭遇过饥荒。
这是否意味着，在过去一代人和将来一代人之间，除基因外还可能存在着其他的联系？
通过对糖尿病患者的调查（糖尿病的发病率似乎更能显示环境的影响），比格伦发现，假如祖父在其从少年向青年过渡期的食物过于丰富，那么孙子死于糖尿病及其并发症的概率就会高出4倍以上。
科学家的进一步调查发现，祖父和祖母对孙辈造成的影响各不相同：
祖父是否会对孙辈造成严重影响，要看他在即将进入青年期时遭遇的饥荒的程度；而祖母是否会对孙辈造成严重影响，则要看她自己还在母亲子宫里时所遭遇的饥荒的程度。
举例来说，如果一名男性在他10岁时遭遇了饥荒，另一名男性在其10岁时营养过剩，那么，前者的孙子可能比后者的孙子长寿得多；如果一名女性在胎儿时期遭遇饥荒，那么，她的孙女的寿命就会大大缩短。
这些敏感时期显然与精子和卵子的形成时期相对应。
这或许就是环境因素在正处于形成期的精子和卵子上面留下的烙印（“标签”）。
上述研究提出了一种实实在在的可能性：
饥荒的影响可以被基因记忆，进入卵子和精子，最终影响到孙辈。
这项研究还暗示基因和环境之间是相互交织的。
因此，要想读懂“生命天书”不能光看基因，还应该同时考虑环境因素的影响——其实这正是表观基因学理论的核心内容。
在美国华盛顿州，科学家迈克尔·斯金勒找到了更惊人的证据。
斯金勒通过实验发现，用杀虫剂处置过的怀孕母鼠产下的小鼠易患乳腺癌、皮肤癌、前列腺病、肾病和免疫功能紊乱等一系列疾病。
在检查核实未发生基因变异的情况下，斯金勒着手繁殖下一代老鼠，结果同样的疾病又发生了。
到第四代，情况也是一样的——多达85%的第四代老鼠发病。
这个发现是惊人的，因为它显示了环境毒素的祸害如此深远：
一代老鼠受害，后面好几代老鼠都会跟着遭殃。
进一步研究显示，受影响老鼠的DNA中多达25个片段的“表观基因标签”发生了改变。
这个结论要是同样适用于人类，那前景就太悲观了。
假如你的祖母在怀孕期遭遇环境毒素侵害，那么即使你并未遭遇同样的侵害，你也有可能受害，并且还会把这种危害传给你的下一代、下下一代……此外，除了疾病可以这样遗传之外，压力、吸烟、醉酒等会不会也这样遗传呢？
也就是说，我们的生活方式会不会遗传给尚未出生的下一代呢？
科学家认为，表观基因现象研究是继人类基因组计划之后的一个同等重要的计划。
科学家曾经以为，只要了解了生命体内的每个基因，也就了解了基因组，从而也就读懂了“生命天书”。
但现在他们开始认识到，如果说人类基因组计划所辨识的成千上万个基因代表着“生命天书”中的一个个“字母”的话，那么表观基因则决定着这部“天书”究竟应该怎么解读。
人类基因组计划其实只是一个开头，其作用是为我们打开了一扇新世界之门，让我们发现生命竟然如此复杂；而对表观基因的研究最终可能让我们恍然大悟：
哦，生命原来真的如此复杂！
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