人生這場戲，誰才是導演？

中學生物課上，我們都學過基因決定血型的原理（忘掉的小夥伴請去翻課本），你是否就此認為，基因與性狀都是一一對應的關係？

也許你知道許多性狀都是由多個基因共同決定的，但你是不是也覺得，只要一個人攜帶著容易導致肥胖、酗酒或痛風的基因，TA就一定會是個胖子、酒鬼或者痛風患者？

如果你認為我們的生命和結局都早已寫在基因里，那後天的經歷和環境還會產生影響嗎？我們的基因組，是一錘定音的藍圖？還是能指導生活的腳本？

Lily 翻譯的這一篇科普小文，就能給你解答上面的問題。你還能在文中看到蜂王養成記、會變性的Nemo，以及戒酒為什麼這麼難。

原文作者：Nessa Carey原文標題： The Genome in Turmoil原文鏈接：http://nautil.us/issue/2/uncertainty/the-genome-in-turmoil。。。。

2009年，奧巴馬總統在MIT的一次演講中，用到了一個為人熟知的科學比喻：「我們一直在創新，我們一直在尋求發現。這寫在我們的DNA里。」DNA包含著我們的遺傳信息，經常被拿來隱喻人類的本質和本性。美國學者Evelyn Fox Keller在《The Century of the Gene》一書中說到：「至少在大眾的想像中，基因組是生命的秘密，如同聖杯一樣。基因是生命的建造者，是終極程序，是靈魂的回聲。」然而在過去的幾十年間，遺傳學家們發現基因和性狀的關係遠沒有那麼簡單。

不是藍圖，而是腳本

說到DNA，人們普遍認為它們是機體的藍圖，在基因和性狀（即「表型」）之間有著一一對應的關係，這是早期遺傳學留給我們的認知。人們認為基因就像是串在繩子上的珠子，整齊地排列進染色體里，每一個基因決定著一個表型。然而，雖然某些基因確實直接對應著特定的性狀，比如眼睛顏色或者血型，但大部分表型遠比這複雜得多。許多表型不僅受多個基因的影響，而且也受生物體所處環境的影響。

事實上，遺傳密碼其實不是藍圖，而更像是電影腳本。腳本是可以被導演修改和重新解讀的；在基因層面，這個過程就叫做表觀遺傳修飾。修改腳本的時候，你可能會劃掉一些詞句或者場景；同樣的道理，表觀遺傳修飾可以激活或抑制一整段DNA。就像演員在舞台上會根據指令做出各式各樣的表演，基因也可以被精細調控。（換句話說，表觀修飾可以改掉祖傳的基因給你預設的情節。）

這些調控基因的指令通過特殊的化學物質，被編碼進我們的DNA和組蛋白里。最常見的表觀遺傳編輯形式是甲基化，表現形式是把甲基（—CH3）加到DNA或者組蛋白上。DNA的甲基化會引起基因的失活，而組蛋白的甲基化可能促進或抑制基因的表達，具體要取決於甲基化的類型和位置。

蜂王和工蜂的基因是一樣的，但蜂王的個頭是工蜂的兩倍；蜂王能繁殖，工蜂卻不能；蜂王能活兩年，工蜂只能活六個星期。誰能變成蜂王？多吃蜂王漿的會變成蜂王。被選中的蜜蜂在幼蟲期會吃上六天的蜂王漿，而其他蜜蜂只能吃兩天。所以蜂王和工蜂的區別其實只在於他們的飲食。（插圖/Katie Scott）

塗改液與便利貼

這些修飾不會改變遺傳密碼本身，但會影響基因的表達。有一些基因修飾可能會持續人的一生，讓一些基因永遠處於失活狀態，就好比用塗改液塗掉基因腳本上的一些場景。正因為DNA甲基化的存在，你才沒有在牙上長隻眼睛，或者在膝蓋上長個肝臟。還有一種修飾更像是便利貼，影響著基因表達的程度，這種影響取決於環境條件，幫助人體針對環境變化做出快速反應。

表觀遺傳學加劇了先天決定論與後天培養論的分歧。然而先天與後天的界限其實並沒那麼涇渭分明。比如在每個小丑魚（如上圖，就是Nemo那種魚）種群里，都有一個「女上司」和幾個「男下屬」。如果「女上司」死亡，其中一名「男下屬」會經表觀修飾而產生激素變化，然後變成雌性，成為新的「女上司」。

與之相似，雌雄鱷魚的差異也不是寫在DNA里的。如果孵化溫度保持在32-33攝氏度，就會孵出雄性鱷魚；而當溫度在30攝氏度及以下，就會孵出雌性。這也是表觀修飾在起作用。

科學家還發現處於相同環境且基因相同的大鼠會出現明顯的體重差異，或者同卵雙胞胎中的一個會出現精神分裂而另一個完全健康，這些現象的發生都是因為表觀修飾的存在。壓力、飲食、環境毒素等都是能觸發表觀修飾的常見因素，只不過科學家對其完整過程還不夠了解。

水蚤是一種體型不到蚊子三分之一的甲殼綱生物，它們是自造堡壘方面的專家。每當遇到危險，比如有鯉魚、黃鱸魚等天敵逼近，水蚤會在表皮上長出尾椎、頭盔或者頸牙，就像長出一層外殼。經過這一次武裝，水蚤看上去變大了，小一點的天敵也很難吃掉它們了。如果環境一直不太安全，水蚤一代長出的武裝可以傳遞給第二代、第三代……而一旦天敵消失，水蚤N代又會收起武裝，節省自身資源。（插圖/Katie Scott）

所有的生物體其實都在經歷兩個版本的歷史故事：一個是由祖先在數萬年間遺傳下來的進化歷史，一個是生物體在自己生命周期里完成的個人歷史。表觀遺傳學是這兩個版本之間的橋樑，會幫助人們根據現實需要，來調整遺傳下來的特徵。遺傳哲學家Paul Griffiths和Karola Stolz建議我們不要把基因看成不能修改的信息，基因其實是基因組可以處理和操縱的元素。

就拿喝酒來說，剛開始喝酒的人很容易喝醉，但如果你經常飲酒，你對酒精的耐受度可能會增加。養成持續飲酒的習慣以後，控制酒精代謝的基因會受到調控，這些基因的表達程度會被提高，以便肝臟可以更快代謝酒精。而一旦你開始降低飲酒量，那些基因的表達又會受到抑制，因為合成多餘的代謝酶會浪費身體的資源。表觀修飾可能也與嗜酒有關：人們長期飲酒的時候，會促進某個基因的表達，導致神經肽Y的水平提高，而這種神經肽會降低焦慮。但如果飲酒量開始下降，那個基因的表達會被關閉，神經肽Y水平隨之下降，就會導致焦慮的產生。（原來「借酒澆愁」是有科學道理的，終於知道為什麼戒酒那麼難...）

雲蘭屬植物可以開出幾種不同的花。兩株基因相同的植株可以長出性狀不同的花瓣，取決於控制花瓣對稱性的LCYC基因是否失活。如果LCYC基因啟動表達，花瓣會捲曲纏繞在雄蕊上，心皮也會柔軟得像舌頭一樣。當LCYC發生甲基化而失活，花瓣就會變得像飛鏢一樣挺立。（插圖/Katie Scott）

隨著科學家對錶觀遺傳學的了解進一步加深，新的醫療手段也逐漸被開發出來。研究發現，有些慢性疾病在基因方面找不到明確根源，可能是因為有些基因因為表觀修飾而被鎖定在異常的表達形態里。比如，伏立諾他是一種治療皮膚T細胞淋巴瘤的藥物，這種藥物會改變表觀修飾，通過抑制一些酶的作用而使得組蛋白乙醯化，進而啟動某些抑癌基因。阿扎胞苷是一種治療骨髓增生異常綜合症的藥物，和伏立諾他的作用類似，通過抑制DNA甲基化來啟動抑癌基因。

對腳本的修改也能遺傳？

但是表觀遺傳學背後的許多機制仍然與我們的認知不符，表觀修飾的可遺傳性就是其一。科學家在荷蘭發現了一個奇怪的現象。1944年開始，佔領荷蘭的德軍封鎖了北部和西部區域，食物變得非常緊缺，荷蘭境內出現饑荒。戰後，科學家發現饑荒期間出生的孩子，患上肥胖、心血管疾病風險明顯增高，而饑荒之前和之後出生的孩子都沒有這種現象。饑荒中出生的孩子長大後，他們的後代卻跟他們一樣，肥胖、患心血管疾病的風險也比一般人要高，而這些第二代孩子並沒有經歷過饑荒，哪怕在娘胎里也沒挨過餓。在1968-1970年的奈及利亞比夫拉饑荒、1958-1961的中國饑荒里，也出現了類似的現象。最恰當的解釋可能是，饑荒期間導致的表觀遺傳改變，經由父母傳給了後代。

表觀遺傳修飾為什麼會傳給後代？這個傳遞是如何實現的？這些都是未解之謎。在形成卵子或者精子的過程中，大部分的表觀遺傳信息都會被我們體內的酶抹去。卵子和精子保留下來的表觀修飾痕迹只夠維持這些細胞的正常功能而已。當卵子與精子融合成為受精卵，又一波酶會抹掉卵子和精子的表觀修飾痕迹，在這個階段，雖然仍存在調控細胞表達的修飾信息，但也只是和胎兒早期發育過程有關。根據科學家們在饑荒倖存者後代基因組內發現的信息，父母傳給後代的表觀修飾信息肯定還是存留在後代體內的，只是我們不知道這些信息是什麼，它們又保存在哪裡。

基因相同的實驗用大鼠可能有棕色、黃色或者斑點幾種不同體征，具體取決於一種Agouti基因的表達情況。如果這種基因只在大鼠毛囊部位被啟動表達，那大鼠就是棕色的；如果在大鼠全身每個細胞都被啟動表達，那大鼠就是黃色的。同時這種基因還會影響大鼠的食慾，黃色大鼠更容易患上肥胖症、糖尿病和癌症。如果黃色大鼠在懷孕前兩周到幼崽斷奶期間，都攝入葉酸、膽鹼、維生素B12等富含甲基的補充劑，Agouti基因就會受到甲基化調控，就會有更多的幼崽變成棕色大鼠，體型更瘦，也不容易患上糖尿病和癌症。（插圖/Katie Scott）

後天經歷會傳遞給下一代的說法，其實不是什麼新鮮事兒。希臘名醫希波克拉底描述過一種半神化的人種——巨頭人，他們會人為改變新生兒柔軟顱骨的形狀，於是漸漸整個族群都有了很長的腦袋。19世紀初期，法國博物學家拉馬克（Jean-Baptiste Lamarck）認為機體後天獲得的特徵可以遺傳給後代，儘管他的觀點受到達爾文支持者的抨擊。即使到了20世紀，許多支持表觀遺傳修飾的證據開始浮現，很多生物學家還是很抵觸這個概念。

一方面來說，在任何科學領域，每當新觀點挑戰傳統理論，都會出現抵觸情緒。但對錶觀遺傳的抵觸可能還與我們的文化意識有關。表觀遺傳學否定了關於基因的傳統觀點，認為人類並不存在穩定不變的本質和本性，我們可能再也沒法說「這寫在我們的DNA里」了。（譯文完）

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DNA不是一成不變的藍圖，而是可以編輯修改的腳本。

出生前的溫度能決定鱷魚的性別，幼蟲期的飲食能決定蜜蜂的地位，而鱷魚和蜜蜂本身並沒有辦法做出選擇。作為人類，雖然我們的特徵也受到環境的影響，但我們仍然可以主動做出選擇和改變。壓力、飲食、作息、生活習慣和經歷都會影響表觀遺傳的結果，這些都是我們可以選擇的道具。不管腳本怎樣，你仍然有機會改寫結局。

說到底，你才是自己人生的導演。

人生如戲記得帶上你的腳本

 

微基因－《肉體研究所》－嚴肅地聊聊肉體這件小事

編輯 by Lily
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