Science特刊：基因与环境

　　2016年10月07日讯 在人类的进化过程中，环境一直在施加压力，选择对我们有利的遗传学突变。最新一期（10月6日）Science杂志推出特刊GENES AND ENVIRONMENT，从进化适应性、跨代遗传、细胞环境对免疫应答的影响。

　　进化适应性

　　进化是由于一组自发出现的遗传突变结合环境压力所引起，普林斯顿大学的研究人员对40个酵母种群1000代的适应性进行了研究，发现生物体要在进化中取得成功，需要不止一个，而是7个特异的突变。

　　研究人员当个体基因组经历自发性的有益突变，使得其适应环境的能力提高时，便发生了进化。普遍的观点认为，单个突变可以促进个体的生存，然后个体会复制突变，并将其传给它的后代。

　　与之相反，普林斯顿大学的研究人员发现，并非是单个突变促进了生存，而是需要5-7个突变。这些额外的突变看起来没有对生物体增强的适应性做出贡献，因此被命名为“搭车客”。

　　研究探讨了在遗传水平上，随着时间推移突变和选择过程展开的机制。为了观测突变及生存，研究人员对无性繁殖达1000代的40种不同的酵母菌株进行了观察。研究人员指出，随着时间推移，一些特异突变的出现赋予了一种生存优势，使得某些酵母克隆得以旺盛生长。随着时间的推移，另外的突变突然出现，研究人员发现所有最好的生存者都包含了相同一组5-7个突变。

　　跨代遗传

　　作为20世纪最具灾难性的政治思想和科学碰撞事件之一，俄罗斯植物学家Trofim Lysenko提出了与基因学说相对立的遗传学说，来否定淡化孟德尔遗传概念。他认为在一代人生活的环境能改变后代的表型，而这正是现代往往被认为是拉马克Lamarckian的遗传概念。Lysenko认为，孟德尔遗传和达尔文的进化论都是强调竞争，但他认为生物学基于合作，也就是说一代人的辛勤工作能快速导致物种的改善发展。

　　Lysenko应该说是最著名的支持“生物生活环境会影响后代表型”这一概念的宣传人之一了，同时他被认为是个江湖骗子，因为他为了达到自己的目的伪造了结果。然而，在过去的几十年里，科学家们越来越发现“获得性性状可以被遗传”这并不完全错了。一些表观遗传标记，基因组序列中未编码的信息，生物生命周期中对环境条件的应答都表明这些信息也许是可以遗传的。、

　　父母遗传给孩子是生活中我们普遍都知道的规律，这也是进化的核心所在。然而我们对生物遗传机制的理解却远没有跟上进化的脚步--当1859年Charles Darwin出版物种起源的时候，Gregor Mendel才刚刚开始他基于豌豆的遗传学概念实验，而且我们也花费了近一个世纪的时间才阐明了DNA双螺旋结构，清晰的解析了遗传物质如何被拷贝和传递给后代。

　　更复杂的还在后面：除了基因组序列外，所谓表观遗传学的机制，一个相对简单的例子就是细胞命运遗传。虽然你身体中每一个细胞都具有基本上相同的基因，但当肝细胞分裂时，它总是生成两个肝细胞，从来没有出现过一个皮肤细胞。

　　在一点上，研究人员推测认为分化成特殊细胞类型会永久丢失某些基因组成分。然而1958年，英国发育生物学家John Gurdon发现如果将一个分化细胞注射到青蛙卵胞浆中，就有可能产生一个完整蝌蚪。因此细胞类型的遗传是由转录因子，以及基因组表观遗传学标记介导的。

　　表观遗传在多个方法发挥着作用，近年来的研究证明父母可以把表观遗传信息传递给他们的孩子，跨代表观遗传学逐渐被接受，不少科学家们开始尝试了解祖辈的环境条件对未来几代人表型的影响。

　　细胞环境对免疫应答

　　免疫系统是人体对疾病的主要防御机制。斯坦福大学医学院的一项双胞胎研究显示，人类免疫状态主要取决于环境而不是遗传，上了年纪的人尤其如此。

　　为了把环境和遗传的影响分开，研究人员对同卵双胞胎和异卵双胞胎进行了比较。同卵双胞胎遗传了相同的基因组，虽然细胞分裂时难免会出现复制错误，但同卵双胞胎之间的遗传学相似性几乎是百分之百。异卵双胞胎在遗传学上跟普通手足差不多，平均共享50%的基因。

　　这两种双胞胎都经历了同样的子宫环境，一般来说双胞胎的童年环境也是一样的，因此他们是分辨遗传影响和环境影响的理想研究对象。

　　结果他们发现，在四分之三的检测中，非遗传影响（比如细菌或毒素接触史、疫苗接种、饮食和口腔卫生）完全盖过了遗传因素。在老年同卵双胞胎（六十岁以上）中，环境影响的这种优势更为显著。

　　这项研究显示，免疫系统有着惊人的可塑性。举例来说，一种慢性病毒感染就会对免疫系统的组成和响应能力产生很大的影响。发展中国家十分之九的人和五分之三的美国人都是巨细胞病毒的长期携带者，这种病毒一般是无害的，但对免疫缺陷的人有威胁。在60%的检测中，巨细胞病毒存在与否在双胞胎之间引起了很大的差异。