作者:胡轩逸 来源:光明日报 发布时间:2014-7-31 10:16:25
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研究称环境影响基因表达

 

随环境改变“脾气”的小蜜蜂

几年前,美国伊利诺斯大学阿巴纳香槟分校昆虫学系的吉恩·E·鲁滨逊教授,请墨西哥南部的伙伴帮他捕获了1000只新生的小蜜蜂——500只性情温和的意大利蜜蜂和500只生性凶猛的非洲蜜蜂。这两个蜜蜂亚种在基因上相似得几乎难以分辨,但后者却在领地防御上厉害很多。

鲁滨逊与墨西哥国家动物生理学研究中心的研究人员合作,小心翼翼地把这两种蜜蜂的幼体与成体分开,并仔细地将这些实验小蜜蜂在胸背上一一标注好。然后,他们把非洲蜜蜂的幼体放进意大利蜜蜂的蜂窝里,同时把意大利蜜蜂的幼体放进非洲蜜蜂的蜂窝里,进行行为观察和基因研究。

科研人员想知道,这两种蜜蜂不同的“脾气”是否会随着环境的改变而改变?结果验证了鲁滨逊教授的怀疑——非洲小蜜蜂变得如意大利蜜蜂一样温和,而意大利小蜜蜂变得如非洲蜜蜂一样凶猛。

其实在这个实验之前,鲁滨逊教授已经在许多实验中发现了类似的改变,但他仍然没有搞清楚改变究竟是怎么发生的。他怀疑,改变的根源就在基因上。一般来说,基因不会在一个生命体一生中就发生改变,但生活方式或许会改变基因的运作方式,也就是说影响基因的表达,从而改变生物体的行为习性。

鲁滨逊的发现,在不同的动物研究中都得到了支持。他的同事、细胞与发育生物学教授戴维·F·克莱顿发现,如果雄性斑胸草雀听到另一只雄性斑胸草雀在附近鸣叫,其负责社会敏感性的前脑的一个主管鸣叫的特殊基因——ZENK将会做好准备,但到底做出什么样的回应,则取决于那一只雄性斑胸草雀是陌生、有威胁性的,还是熟悉、安全的。

美国斯坦福大学生物学家罗素·D·弗纳尔德发现,在非洲淡水鱼伯氏妊丽鱼群中,头号雄鱼要比第二号雄鱼体积大、吃得多、领地广,同时享有最大的繁殖权。其外表也与众不同,身上条纹色彩特别鲜艳。但当研究员把鱼群中的头鱼捞走后,二号雄鱼会迅速做出大规模基因表达的反应——体积在短短的几小时内就能增长20%,并且身上也开始出现红蓝的鲜艳条纹。

是什么在调控基因的表达

生物的习性与行为会受到基因的影响。那为什么即使同卵双胞胎也会有很多不同?这是因为基因的表达程度不一样。简单地说,生物体并不会表达出它所携带的所有基因,有些表达得强,有些表达得弱,有些甚至处于静默状态。

科学家们认为,在基因组中除了DNA和RNA序列以外,还有许多调控基因的信息,它们虽然本身不改变基因的序列,但是可以通过基因修饰,例如蛋白质与蛋白质、DNA和其他分子的相互作用,去影响和调节遗传的基因的功能及特性,并且通过细胞分裂和增殖周期影响遗传——这就是表观遗传学,其英文epigenetics的字面意思就是around the gene,意为“基因周围”。

许多时候,我们体内的一些基本的生物学事件,比如在子宫内生长组织、进入青春期或停止生长,都是受这些轮流启动的开关所控制的。其他时候,基因的表达则会随着人体环境的变化而变化——或者加速,或者减速。例如,某些基因开关会被启动以对抗感染、愈合伤口。基因表达的变化甚至可以让人变瘦、发胖。

那么,是什么在调控着基因的表达呢?

传统理论认为,环境对调控基因表达的影响不大。但越来越多的研究结果正在推翻这种假设——上文说的两组蜜蜂就是例证,这两组小蜜蜂的基因表达图谱日渐与其栖居的社群接近。

人类或许也是如此。生理心理学家们已经取得了一些实验成果。研究人员不断地在承受各种压力的人的身上发现类似的基因表达模式。他们发现,比起各种精神或生理压力,孤独感最具破坏力。一个对被虐待儿童的研究显示,如果他能得到适当的社会性支持,知道有人在关心他、支持他,那么这种密切的社会联系就可以减少其80%左右的健康风险。另一个研究则显示,犯哮喘病的儿童,如果内心觉得孤苦无依而对周围的环境常怀恐惧,则会导致其免疫系统失衡,从而使其发病概率大幅度提高。

美国加州大学洛杉矶分校大卫·格芬医学院医学与精神病学和行为科学教授斯蒂夫·科尔说:“说到杀伤力,与孤独感比较,其他各种压力都不能望其项背。”

杜克大学进化生物学家格雷格·雷说,这种基因表达的迅速与大规模是我们所无法想象的。这些实验研究均有力地表明,社会生活的确能够深刻地改变基因表达。那么,为何生命会进化出这种令人惊奇的特殊能力?最可能的答案是,对变化迅速的社会环境做出最快速回应的个体,将更有可能让自己活下去,并且个体不会——事实上也的确如此,傻傻地去等其物种层面进化出更好的基因。

近朱者赤 近墨者黑

如果环境能从某种程度上左右基因的表达,那么是不是有些疾病真的是由环境引起的?我们是否可以通过改变环境来控制基因呢?

科学家们已经发现,个人的感觉、情绪、思想和心态,都会影响到基因的表达。比如,人类的免疫系统。免疫系统失衡是影响健康的一大问题。在通常情况下,健康的免疫系统的操作尤如一只被拴住的攻击犬。当免疫系统发现病原体时,它就会起而攻击,以发炎的方式或其他反应摧毁入侵者;同时,免疫系统也会及时激活抗炎反应,在消灭病原体之后,立即终止发炎。但那些备受精神压力、心境孤独的人,其免疫系统却像一只没有被拴住的狗——虽然他们没有生病,但那只狗却到处乱咬。

科学家们也开始研究,是不是能通过改变环境来让我们的基因表达更健康。日前,美国洛约拉大学史迪奇医学院的研究人员对近2000名学生进行了调查,结果发现:一个体重超标的学生,如果交了一个瘦朋友,那么其日后瘦下来的可能性达到40%;但如果他交一个身材与其差不多的朋友,那么其日后能够瘦下来的可能性只有15%。

而早在2007年,美国哈佛大学医学院的研究人员也得出过类似结论。研究小组对有紧密社会联系的12067人分3组进行了长达32年的跟踪调查,结果发现:在固定时间内,如果调查对象的朋友变胖,那么其本人变胖的概率增加57%;如果调查对象的兄弟姐妹或配偶变胖,那么其本人变胖的概率将增加40%或37%;如果有一个极其亲密的胖子朋友,那么其本人变胖的概率就会增大3倍。

生命是如此奥妙。在基因组计划启动之初,人们以为可以很快参透生命的奥秘;然而随着科学研究的深入,却发现我们看到的只不过是冰山一角。不过这让我们知道,基因并不决定一切,你、我,都有改变的可能。(原标题:《环境影响基因表达》)

 
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