柳振浩/文
提到进化论，我们首先想到的是达尔文，达尔文是公认的现代生物学奠基人。而实际上,拉马克早在达尔文出生的那一年(年)就在《动物学哲学》里提出了自己的进化学说，但在生物学历史上，达尔文主义一直占据着统治地位，而拉马克主义则一直受着不公的待遇。但随着最近几年表观遗传学的发展，越来越多的证据表明，拉马克主义也是科学的。
拉马克表观遗传学与达尔文自然选择论的冲突在生物学上，有些生物基因没变，但能够把一些性状遗传给下一代，这被称为表观遗传学。这一理论的主要提出及代表人物就是拉马克。拉马克认为，生物经常使用的器官会逐渐发达，不使用的器官会逐渐退化，这就是进化领域的“用进废退”学说。
拉马克（JanBaptistLmarck，～）在年出版了《动物学哲学》。他在书中系统地阐述了他的进化学说，提出了两个法则：一个是用进废退，一个是获得性遗传。后人把拉马克对生物进化的看法称为拉马克学说或拉马克主义，其主要观点是：
1物种是可变的，物种是由变异的个体组成的群体。
生物存在着由简单到复杂的一系列等级阶梯，生物本身存在着一种内在的“意志力量”驱动着生物由低等级向高等级发展。
3生物对环境有巨大的适应能力，环境的变化会引起生物的变化，生物会由此改进并适应，环境的多样化是生物多样化的根本原因。
4环境的改变会引起动物习性的改变，习性的改变会使某些器官经常使用而得到发展，另一些器官不经常使用而退化，在环境影响下所发生的定向变异，即后天获得的性状是能够遗传的。
由于拉马克的观点与当时占统治地位的物种不变论产生了很大的冲突，他受到敌对势力的打击和迫害，导致他的一生都是在贫穷与冷漠中度过的。晚年的拉马克双目失明，忍受病痛的折磨，但仍顽强地让幼女柯尼利娅做笔录，自己坚持写作，把毕生精力奉献给了生物学的研究。
晚年拉马克（图片来源：wiki）
达尔文（..1～.4.19）从小就热爱大自然，喜欢打猎、采集矿物。16岁时便被父亲送到爱丁堡大学学医。他进入大学第二年，就加入一个专注于博物学的学生团体，并且成为罗伯特·爱德蒙·葛兰特（RobrtEdmundGrant）的学生，葛兰特是一位拉马克主义的拥护者。由于达尔文的父亲认为他“不务正业”，一怒之下于年送他到剑桥大学改学神学，希望他将来成为一个“尊贵的牧师”。达尔文对神学院的神创论十分厌烦，于是把大部分时间用在了听自然科学讲座，阅读科学书籍，收集甲虫等动植物标本上，学生时代的达尔文对神秘的大自然充满了浓厚的兴趣。
年，达尔文开始了历时五年的环球科学考察旅行，年经过0多年研究终于出版了《物种起源》。在这部书里，达尔文旗帜鲜明地提出了“进化论”的思想，说明物种是在不断的变化之中，由低级到高级、由简单到复杂的演变着的。这部著作的问世，第一次把生物学建立在完全科学的基础上，以全新的生物进化思想与确凿的大量证据，推翻了“神创论”和物种不变的理论。
达尔文自然进化论的核心思想是自然选择，物竞天择，优胜劣汰，适者生存。他认为：生物都有繁殖过剩的倾向，而生存空间和食物是有限的，所以生物必须“为生存而斗争”。同一种群中存在着变异，那些具有能适应环境的有利变异的个体将存活下来，并繁殖后代，不具有有利变异的个体就被淘汰。如果自然条件的变化是有方向的，则在历史过程中，经过长期的自然选择，微小的变异就得到积累而成为显著的变异，由此可能导致亚物种和新物种的形成。
长期以来，达尔文和拉马克的学说都各有支持者。以长颈鹿为例：达尔文主义认为，生物通过基因突变，导致下一代脖子长的长颈鹿能够吃到更多树叶而生存下来，而脖子短的长颈鹿因为不能获得更多的食物而饿死，这种基因突变导致脖子长的长颈鹿能够生存下来并繁衍下一代。
而拉马克主义认为，长颈鹿的祖先原本是短颈的，但是为了要吃到高树上的叶子经常伸长脖子和前腿，就使得颈和前肢逐渐变得越来越长，越来越发达，并且这些后天积累的“获得的性状”能够遗传给后代，通过遗传而演化为现在的长颈鹿。
由于历史的局限，在过去大量实验的验证下，孟德尔定律被证实，达尔文的学说逐渐获得了更多的优势，达尔文主义长期占据着生物学的主流。
科学家魏斯曼曾经做过一个实验：将雌、雄的老鼠尾巴都切断后，再让其互相交配来产生子代，而生出来子代依旧都是有尾巴的。再将切掉尾巴的子代互相交配，产生的下一代也仍然有尾巴。他一直这样重复进行至第二十一代，子代仍然是有尾巴的，拉马克的学说就此在历史上被推翻了。
由于基因在拉马克的学说中不作为参考因素，不符合现代的遗传学，因此在近代科学界中，拉马克的学说普遍不被接受，长久以来科学家一直用达尔文主义来解释生物的演化。
随着现代科学发展，分子生物学的知识和技术手段日渐成熟，人们借此揭示出了遗传的基本规律，那就是遗传信息的复制、转录、翻译，不同的基因序列会决定不同的结果。我们生命的特征和意义都存在于基因序列中。比如黑头发、黑眼睛与金发碧眼，都是基因决定的。如果基因不发生变化，那么后代都会稳定地遗传下去。
然而，随着近十几年来微观科学与技术手段的不断发展，最近越来越多的科学研究证明，后天性状可以继承。最有名的例子是：二次世界大战时期的荷兰出现大面积饥荒事件。长期处于饥饿状态的母亲生出的孩子更容易出现肥胖和其它代谢紊乱疾病，这一患病风险延续到了他们的后代。控制实验也表明了类似的结果，比如有两篇论文讲了两个实验涉及到表观遗传学：一个实验介绍了用高脂肪食物喂养雄鼠，其雌性后代会变胖；另一实验表明通过干预老鼠体内胆固醇的新陈代谢，其后代体内的胆固醇含量也会随之发生改变。更早期的实验中，当雌性老鼠食用了某些特定的食物后，会改变其后代的毛色。在一些低等动物和植物中，这类例子也比较多。在这些案例中，基因都没有变化，但性状遗传给了下一代，也就是都具有获得性的遗传，后天获得的特征可以不改变基因密码而传给后代。
就本质而言，拉马克主义与达尔文主义的尖锐对立，是因为历史的局限而导致的，如果他们生活在现代，也许都会认识到，遗传是受多种因素影响的。
非基因表观遗传有一种叫做柳穿鱼的普通花卉，大多数是以镜面对称的方式长着白色的花瓣，但是，一些柳穿鱼的花则长着黄色的五角星，柳穿鱼将“黄色”和“五角星”这两种性状传递给它们的后代，但这种差异并不是DNA变化导致的，而是因为DNA的甲基化遗传引起的。
01年月，科学家在加拿大永久冻土区域的金矿中发现了3万年前古野牛的骨骸，其骨骼竟然还保留了部分DNA，研究者们将这些DNA提取出来，发现由于曾经的末次冰期的气候变化非常剧烈，动物们需要承受着强烈的自然选择压力，它们需要迅速地做出反应才能生存下来，最终使野牛发生了表观上的改变，并帮助它们适应剧烈变化的气候，这种DNA甲基化现象可能持续影响数代。
年，斯坦福大学的安妮·布鲁内特(AnnBrunt)的小组与哈佛大学的研究者共同发表于《自然》(Natur)杂志网络版上的研究表明：有一种生长于泥土中的线虫，当其发生突变而成为长寿线虫后，即使其后代没能从基因水平上继承这一长寿突变，也会将这一长寿特质遗传给下一代。
科研人员很多时候以线虫为研究长寿基因的对象，这是一种研究细胞衰老和长寿最常用的模式生物之一，因为科学家对其相关的基因和蛋白功能了如指掌，而且，线虫寿命有限，一般就是两三周，倘若有基因或其他因素影响到线虫的寿命，能随时观察到。
他们发现，一种名为ASH－的蛋白质在老化基因的开放与关闭中扮演着很重要的角色，当有这种蛋白存在时，基因会呈现一种开放表达增强的状态，这时线虫会正常衰老死亡。而缺乏这种蛋白时，基因就是一个封闭结构，抑制表达，从而延长寿命。实验观察结果表明，当线虫缺乏ASH－时，其寿命平均可延长30%。
科研人员通过基因改造阻断了ASH－的形成，再次证实延长了线虫的寿命，然后继续培育这个长寿线虫的后代，跟踪观察后代及再后代的寿命。结果发现，虽然后代线虫的基因都已恢复正常，但是它们的老化基因都没有被正常表达，这些线虫保留了祖先的长寿记忆，仍旧都是长寿，这一现象一直持续到第四代。
以往科学家们都是通过改变基因来影响线虫的寿命，而这次的研究结果表明仅通过改变基因外的蛋白就可以开关基因功能，这种长寿也可以遗传。
表观如何得以遗传
由于发现了一些与经典孟德尔遗传学遗传法则不相符的许多生命现象，表观遗传学在0世纪80年代逐渐兴起。
一般认为，倘若外界影响了基因，比如常见的甲基化，就是在DNA上某些特定部位结合了甲基，就称为表观基因标记，到受精时，生殖细胞的表观基因标记都会被抹掉，甲基化过的基因会完全去甲基化。所以，通常情况下，这种标记不会传递下去，即先辈获得的性状，后代无法继承，但是现在，以上实验证明了传统认识的错误。斯坦福的布鲁内特推测，线虫实验的长寿遗传有可能是细胞通过某种RNA分子或代谢产物对表观遗传学修饰的位置进行了标记，从而让后代记住这一优良特性。虽然具体的分子机制则仍旧让人难以理解，基因序列没有变化，但从DNA到蛋白质，中间却有太多的步骤可以对基因的最后表达有调控作用，比如DNA甲基化，还有乙酰化，小RNA在其中调控，组蛋白的修饰，染色质的重塑等，这些都会对最终的结果产生影响。
DNA甲基化
甲基化修饰是指一种甲基分子（-CH3），它就像一个帽子：带上它，基因关闭；摘掉它，基因表达——被分别称为甲基化和去甲基化。这些甲基有些直接附着在DNA上面，有些则附着在某些和DNA纠结在一起的组蛋白上。当机体不希望某些基因信息被读取时，基因的“启动子”DNA就被戴上很多甲基帽，使得基因无法从那里读取，启动功能。
据报道，7岁的奥利维亚和伊莎贝拉来自英国，她们是一对同卵双胞胎，拥有近乎完全一致的遗传信息。不过，两个女孩的命运却迥然相异。年6月，1岁的奥利维亚忽然高烧不退，血液化验的结果证明奥利维亚患上了急性白血病。因为是同卵双胞胎，医生连忙对伊莎贝拉也进行了检查，但她一切正常。经过治疗，小奥利维亚最终恢复健康，但医学专家们却遇到了一个困惑多年的难题：既然是同卵双胞胎，为何奥利维亚不断生病，而伊莎贝拉却非常健康呢？这些经典遗传学无法解释的现象，表观遗传学有望部分揭示其中的秘密。
年，西班牙和美国的科学家在全基因组水平分析了一对同卵双胞胎的基因组：他们一方正常，一方患有红斑狼疮。研究人员发现，虽为同卵双胞胎，但双方个体对遗传信息的“表观修饰”存在大量差异——DNA甲基化水平不同。
同样是年，来自拉什大学医学中心和塔夫茨大学医学院的科学家对一些小鼠的遗传基因进行人为突变，使其智力出现缺陷。当这些小鼠被置于丰富环境中进行刺激，并频繁与各物体接触两周后，它们原有的记忆力缺陷得到了恢复。数月后，小鼠们受孕，虽然它们的后代也出现了和母亲同样的基因缺陷，但没有接触复杂丰富的环境并受刺激的新生小鼠丝毫没有记忆力缺陷的迹象。
因此，即使携带遗传信息完全一样的两个个体，由于表达修饰上的差异，也可能会表现出完全不同的性状。
年，科学家们做了这样一个实验。研究者采用遗传背景完全相同的小鼠作为实验对象,来观察其皮毛的颜色，结果发现，小鼠们皮毛的颜色各种各样，从黄色到各种杂合色都有。让人意外的是，皮毛颜色的不同竟取决于它们从母鼠中继承的“agouti基因”甲基化程度的高低。
人们此前认为，在形成精子和胚胎前的植入阶段，细胞中的DNA甲基化几乎会完全重新洗牌，也就是说“基因修饰”没有遗传下去的可能。然而近些年来，越来越多的研究证明，某些甲基化是可以遗传的。
年，日本科学家在小鼠中发现，一种称为stlla的蛋白质能够有效保护卵子中某些基因的甲基化修饰，并传给下一代。研究人员还得出结论，基因的甲基化或者去甲基化，和环境的改变息息相关。也就是说，虽然遗传信息没有改变，但环境的改变、丰富的经历、甚至不良的习惯，都有可能遗传给后代。
核小体组蛋白甲基化
然而，对基因的表观修饰是通过怎样的方式进行，它们又是靠怎样的机制遗传下去的呢？这一切曾经是个谜。不过近年来，科学家们已经获得了一些信息。
英国伦敦国王学院与韦尔科姆基金会桑格研究所合作，发现了一组“老化”基因，这组基因的开关是由表观遗传因素的作用所控制的，相关论文发表在《公共科学图书馆?遗传学》上。
该研究调查了两组双胞胎，一组是17对年龄在3岁到80岁之间的双胞胎，另一组为44对年龄在岁到61岁之间的双胞胎。他们对双胞胎进行了表观遗传基因组范围关联扫描，分析其DNA中的表观遗传变化和人逐渐衰老之间的关系，发现了个与衰老相关的表观遗传变化。通过分析老化特征中的DNA修饰，还发现了4个基因的表观遗传变化与胆固醇、肺功能和生育寿命有关。而且，在个与老化有关的表观遗传变化中，许多也出现在更年轻的双胞胎组。研究人员解释说，表观遗传过程受到饮食、生活方式、环境等外部因素的影响。这些结果表明，在人的一生中，老化造成的外表改变随年龄增长而自然发生，这在生命早期就开始了，并持续终生。
中国科学院北京基因组研究所刘江研究员和他的团队以斑马鱼为模型，发现了子代选择性地继承父代而抛弃母代的DNA甲基化图谱，相关研究成果被国际学术期刊Cll（《细胞》）于年5月9日以封面文章的形式特别报道。斑马鱼与人类的基因相似度高达85%，研究结果证明，在斑马鱼中除了DNA可以从父母传递到子代外，精子的DNA甲基化图谱也可以被遗传到子代中，并用于指导胚胎早期发育。
小RNA分子也能够进行表观遗传年，哥伦比亚大学医学中心(CUMC)的研究人员通过RNAi（RNA干扰）首次发现，获得性性状可以通过小RNA进行遗传，而不需要基因组DNA的参与。该发现表明，长期以来遭受人们误解的生物学家拉马克的观点并非完全错误。该研究报告的主要作者教授乌迪德·瑞卡维说：“在我们的最新研究中，具有抗病毒病免疫力的线虫能将这一性状传给它们连续几代的后代。免疫力通过RNA干扰的方式遗传，而不依赖于DNA遗传。”
为了进一步研究这些现象，CUMC的研究人员转向研究线虫，因为线虫有不寻常的利用RNAi抗病毒的能力。在目前的研究中，研究人员利用一种昆虫病毒感染线虫，发现线虫通过RNA干扰的方式沉默病毒基因，从而获得了针对这一病毒的免疫力。当它们的后代被暴露在病毒中，它们仍然能够用免疫力保护自己。科学家利用一年的时间里对超过代的线虫进行了追踪，发现它们持续地保有了这一免疫特性。由于实验被设计成使线虫无法通过基因突变获得抗病毒性，研究人员由此得出结论，抵御病毒的能力是通过某些病毒RNA分子而非DNA储存的形式传递到后代体细胞中的。
CUMC研究团队现正研究其它性状是否也通过小RNA继承。瑞卡维博士说：“在一项实验中，我们在培养皿里复制了荷兰饥荒事件，我们让蠕虫挨饿，由于饥饿，我们看到小RNA分子正在生成，并传递给了下一代。”通过这些研究，CUMC的研究人员验证了拉马克的“获得性遗传”理论。
“表观遗传”使获得性遗传再次引起科学家的兴奋，短短数年，它已成为生命科学界最热门领域之一。科学家发现人类不仅有作为遗传物质的基因组信息，还有一套管理、调控、修饰基因组的密码指令系统。不同的个体，指令系统也不同。另外，这套密码指令还能在特定环境下发生改变。
只是表观遗传的印记在没有环境压力的数代之后，可能会渐渐丢失。事实上，以DNA为载体的中心法则仍是传递遗传信息的主要方式，而表观遗传可作为它重要的有益补充，而非你死我活地针锋相对。
摘自《生命藏在量子中》（白山出版社，年3月），《赛先生》获作者授权发表，发表时经再次修订补充。
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