本文來(lái)源：《科學(xué)美國(guó)人》中文版《環(huán)球科學(xué)》
本文作者：邁克爾·斯金納（Michael Skinner）系華盛頓州立大學(xué)生物科學(xué)教授，斯金納實(shí)驗(yàn)室（Skinner laboratory）首席研究員。他的研究方向包括環(huán)境表觀遺傳學(xué)及疾病病因?qū)W。
所謂物競(jìng)天擇，適者生存，現(xiàn)代生物學(xué)的許多主流研究方向都以查爾斯·達(dá)爾文（Charles Darwin）“自然選擇”的進(jìn)化論為基礎(chǔ)：只有最能適應(yīng)環(huán)境的生命體才能在物種演化的洪流中獲得生存和繁衍的權(quán)利。這個(gè)自然選擇的過(guò)程也被稱(chēng)為適應(yīng)，而最容易幫助個(gè)體存活下來(lái)的性狀則被看作是有適應(yīng)性的。隨著生命體的不斷變化以及新突變型的出現(xiàn)，物種不斷演化，數(shù)量也在不斷增多。19世紀(jì)50年代，在達(dá)爾文提出“自然選擇”才是推動(dòng)演化的驅(qū)動(dòng)力時(shí)，隱藏在驅(qū)動(dòng)力背后的分子機(jī)制還尚不清楚。但在過(guò)去的100年間，遺傳學(xué)與分子生物學(xué)的發(fā)展已經(jīng)逐漸架構(gòu)起了一種全新綜合的現(xiàn)代達(dá)爾文主義，用以闡述演化的機(jī)制：DNA序列隨機(jī)突變，具有最能適應(yīng)環(huán)境的特定序列的生命體在生存競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，更易繁衍與盛行。這些物種從而因此在生態(tài)位中占據(jù)主導(dǎo)地位，直到環(huán)境再次發(fā)生變化，演化的引擎再一次被點(diǎn)燃。
但是這種闡釋演化的理論并不能解釋在演化過(guò)程中觀察到的所有現(xiàn)象，這說(shuō)明在物種演化的過(guò)程中，還有其他分子機(jī)制在發(fā)揮作用。達(dá)爾文理論的一個(gè)問(wèn)題就在于，盡管物種確實(shí)演化出了更具適應(yīng)性的性狀（即生物學(xué)家們所說(shuō)的表型），但DNA序列的隨機(jī)突變率實(shí)在太低，這根本不足以解釋生物在進(jìn)化過(guò)程中出現(xiàn)的極為豐富的多樣性?？茖W(xué)家們也清楚地認(rèn)識(shí)到了這一問(wèn)題，對(duì)此，他們也提出了一些可能的遺傳機(jī)制對(duì)達(dá)爾文的進(jìn)化論進(jìn)行補(bǔ)充完善，比如遺傳漂變（genetic drift，指當(dāng)一個(gè)族群中的生物個(gè)體的數(shù)量較少時(shí)，個(gè)體因?yàn)闆](méi)有后代，或某些等位基因沒(méi)有傳給后代，而擁有和上一代不同的等位基因頻率的現(xiàn)象。可以理解為某些性狀因?yàn)樘俣趥鞔^(guò)程中遺失了），或基因的上位效應(yīng)。
然而，即便存在這些機(jī)制，在人類(lèi)等復(fù)雜生命體中，無(wú)論是代謝調(diào)節(jié)還是對(duì)疾病的抵抗機(jī)制，這些生物進(jìn)程所反映出的的遺傳突變率仍然遠(yuǎn)低于眾多性狀發(fā)生改變的頻率。僅僅依靠經(jīng)典遺傳學(xué)和新達(dá)爾文主義的理論很難解釋急速演變的諸多性狀。著名演化生物學(xué)家喬納森·巴德（Jonathan B. L. Bard）曾經(jīng)開(kāi)玩笑地改寫(xiě)了英國(guó)詩(shī)人艾略特（T. S. Eliot）的著名詩(shī)句：“在表型和基因型之間，總是有道陰影。”
此外，達(dá)爾文理論的缺陷已經(jīng)不再僅僅只是演化科學(xué)范疇里的內(nèi)部問(wèn)題，而是開(kāi)始波及生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)的其他領(lǐng)域。比如說(shuō)，如果基因遺傳決定了我們的性狀，那么為什么基因相同的同卵雙胞胎會(huì)患上不同類(lèi)型的疾病？為什么在許多特定疾病的患者中，通常僅有不到1%的人具有相同的基因突變？如果突變率是隨機(jī)而穩(wěn)定的，那么為什么許多疾病的發(fā)生率會(huì)在僅僅幾十年內(nèi)增長(zhǎng)至原有的十倍之多？為什么上百種環(huán)境污染物能誘發(fā)疾病的發(fā)生，卻沒(méi)有改變DNA序列？在演化和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，表型發(fā)生差異的速率要遠(yuǎn)高于遺傳變異和突變的速率，而這又是為什么？
讓-巴蒂斯特·拉馬克 （Jean-Baptiste Lamarck）提出的學(xué)說(shuō)或許能夠解釋其中的一部分問(wèn)題。拉馬克的“用進(jìn)廢退”理論提出于進(jìn)化論問(wèn)世的50年前，如今早已被科學(xué)界冷落到了無(wú)人理會(huì)的犄角旮旯，不過(guò)拉馬克的理論并不是沒(méi)有絲毫可取之處，他提出“環(huán)境能夠直接改變性狀，并且這些性狀能夠被后代承襲”。拉馬克是法國(guó)國(guó)家自然歷史博物館的無(wú)脊椎動(dòng)物學(xué)教授，在18世紀(jì)末及19世紀(jì)初，他研究了包括昆蟲(chóng)和蠕蟲(chóng)在內(nèi)的許多生物，“生物學(xué)”（biology）和“無(wú)脊椎動(dòng)物”（invertebrate）這兩個(gè)詞語(yǔ)最早就是由他引入科學(xué)界；此外，他還撰寫(xiě)了多本與生物學(xué)、無(wú)脊椎動(dòng)物和演化相關(guān)的學(xué)術(shù)著作。然而，盡管擁有這些顯赫的學(xué)術(shù)成果，拉馬克在當(dāng)時(shí)所提出的演化理論依舊因?yàn)橐C瀆神明而遭到了諸多同時(shí)代人的仇視，而之后200年內(nèi)的科學(xué)家又因另一個(gè)原因反對(duì)他的理論。
長(zhǎng)頸鹿是拉馬克進(jìn)化論的標(biāo)志之一。圖片來(lái)源：giraffeconservation.org
起初，拉馬克被嘲笑很可能是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的人們認(rèn)為他懷有宗教上的異端思想；但在近代社會(huì)，他被嘲笑卻是因?yàn)樗睦碚撆c所謂“正統(tǒng)”的科學(xué)思想——即在某些人眼中不容置疑的達(dá)爾文進(jìn)化論——格格不入。然而，晚年時(shí)期的達(dá)爾文卻開(kāi)始轉(zhuǎn)變自己的想法；即便并未借助分子生物學(xué)的研究手段，他也能夠發(fā)現(xiàn)，隨機(jī)變化的速率根本不足于完全支撐他的理論。
達(dá)爾文進(jìn)化論的問(wèn)題在于：如果自然選擇不是僅僅作用于基因突變，那么又是什么其他的分子作用造成了數(shù)量如此磅礴的多樣性狀，令自然選擇可以從中游刃有余地“精挑細(xì)選”？1953年，在達(dá)爾文理論發(fā)表將近100年后，也就是沃森和克里克揭示DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的那年，一條線(xiàn)索終于出現(xiàn)了。愛(ài)丁堡大學(xué)的發(fā)育生物學(xué)家康拉德·沃丁頓（Conrad Waddington）報(bào)道稱(chēng)，處于胚胎發(fā)育階段的果蠅在受到外部化學(xué)刺激，或在周?chē)鷾囟拳h(huán)境變化的情況下會(huì)發(fā)育出不同的翅膀結(jié)構(gòu)。而且這種在第一代果蠅中被科學(xué)家誘發(fā)得到的性狀改變會(huì)遺傳給此后所有的后代。沃丁頓創(chuàng)造了“表觀遺傳學(xué)”（Epigenetics，希臘語(yǔ)前綴epi-意味著“在…之上”或“除…之外”，意味著表觀遺傳學(xué)研究傳統(tǒng)分子水平遺傳之上或之外的遺傳。）這一術(shù)語(yǔ)來(lái)描述這種表型（注意，不是基因型）快速變化的現(xiàn)象。值得注意的是，哪怕是在沃森和克里克揭示DNA結(jié)構(gòu)之前，沃丁頓就已經(jīng)意識(shí)到他的研究對(duì)演化理論可能產(chǎn)生的潛在影響：?jiǎn)未壍某岚蜃兓С至恕爱惤掏健崩R克的思想——看上去環(huán)境似乎真的能夠直接影響性狀。
盡管沃丁頓描述出了表觀遺傳學(xué)的一般規(guī)律，但他和拉馬克、達(dá)爾文一樣，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)構(gòu)成這一現(xiàn)象的分子元件或是在現(xiàn)象背后暗藏著的分子機(jī)制。不過(guò)，隨著分子生物學(xué)揭開(kāi)了越來(lái)越多生命的運(yùn)行規(guī)律，沃丁頓及拉馬克學(xué)說(shuō)的意義開(kāi)始逐漸顯現(xiàn)了出來(lái)。實(shí)際上，盡管絕大多數(shù)環(huán)境因素并不能直接改變DNA的分子序列，但它們確實(shí)調(diào)控著一系列能夠影響DNA功能的表觀遺傳學(xué)機(jī)制，比如上調(diào)或是下調(diào)某些基因表達(dá)量、或是控制蛋白質(zhì)（基因轉(zhuǎn)錄翻譯后得到的產(chǎn)物）在特定細(xì)胞中的表達(dá)。
如今，表觀遺傳學(xué)的精確定義是：在不改變DNA序列的前提下，能夠調(diào)節(jié)DNA功能、決定基因表達(dá)或關(guān)閉的，可遺傳的分子生物學(xué)因素。表觀遺傳學(xué)涉及到許多微觀的分子反應(yīng)，這些反應(yīng)過(guò)程在不改變基因DNA序列的情況下，顯著影響了基因組的的各項(xiàng)微觀活動(dòng)。
其中最常見(jiàn)的調(diào)控方式之一就是DNA甲基化（DNA methylation）。DNA甲基化，即將甲基原子團(tuán)填加至DNA分子上，造成基因的關(guān)閉或轉(zhuǎn)錄起始，調(diào)控基因的表達(dá)水平。研究表明，溫度或情感壓力等環(huán)境因素的變化將會(huì)影響DNA的甲基化水平，而這些DNA修飾的改變能被永久地寫(xiě)入基因組并遺傳給后代——這一過(guò)程被稱(chēng)為表觀遺傳的隔代效應(yīng)（transgenerational epigenetic inheritance，或Transgenerational epigenetics）。
近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的另一種表觀遺傳學(xué)的主要調(diào)控機(jī)制則被稱(chēng)作“組蛋白修飾”（histone modification）。組蛋白是包裝DNA的一類(lèi)蛋白質(zhì)，能夠改變DNA的結(jié)構(gòu)。舉個(gè)形象的比喻，DNA就像串珠的繩子，而組蛋白就是一顆顆被串起的小珠（見(jiàn)下圖）。DNA與組蛋白的復(fù)合體被稱(chēng)作染色質(zhì)（chromatin）；染色質(zhì)結(jié)構(gòu)中的螺旋、環(huán)和扭曲結(jié)構(gòu)在環(huán)境壓力的影響下將會(huì)產(chǎn)生變化，而這種變化能夠永久性地改變基因表達(dá)。
近期，研究人員已將RNA甲基化（RNA methylation）——顧名思義，即將甲基原子團(tuán)加在RNA分子上——納入了表觀遺傳學(xué)的調(diào)控機(jī)制之中。同樣，另一類(lèi)能與DNA、RNA及蛋白質(zhì)結(jié)合的小片段RNA分子——非編碼RNA（non-coding RNA）——也能在不改變DNA序列的情況下改變基因的表達(dá)。
上述提到的所有表觀遺傳機(jī)制（DNA甲基化，組蛋白修飾，RNA甲基化以及非編碼RNA的調(diào)控）都至關(guān)重要，這些機(jī)制在DNA功能的分子調(diào)控中發(fā)揮著不可或缺的作用。由此觀之，生命的調(diào)控過(guò)程永遠(yuǎn)不會(huì)只是單方面地依靠經(jīng)典遺傳學(xué)發(fā)揮作用，也絕不會(huì)一面地倒向表觀遺傳學(xué)；相反，表觀遺傳學(xué)與經(jīng)典遺傳學(xué)的作用方式是相輔相成的，二者都不能脫離彼此而單獨(dú)發(fā)揮作用。
如果表觀遺傳學(xué)想在演化過(guò)程中起到重要的影響，一個(gè)必要的先決條件就在于，它所帶來(lái)的改變必須要能夠遺傳給下一代——就像DNA序列和DNA序列上的基因突變一樣。但是，與表觀機(jī)制相關(guān)的遺傳卻并不遵循適用于經(jīng)典遺傳學(xué)和新達(dá)爾文演化論的孟德?tīng)栠z傳定律。孟德?tīng)柖烧J(rèn)為，DNA序列和基因就像粒子一樣分散排布、作用；在繁殖過(guò)程中，來(lái)自親本的相互匹配的（同源）“粒子”將會(huì)隨機(jī)結(jié)合，從而產(chǎn)生新的DNA序列組合，表達(dá)新的遺傳性狀。
與之相反，即便缺少直接持續(xù)作用的環(huán)境因素，表觀遺傳的隔代效應(yīng)也能通過(guò)將表觀遺傳信息傳遞給生殖細(xì)胞（即精子或卵細(xì)胞）而順利發(fā)生。環(huán)境壓力以及外界環(huán)境的接觸對(duì)生殖細(xì)胞系的發(fā)育過(guò)程尤其重要，比方說(shuō)，胚胎時(shí)期胎兒發(fā)育的性器官將會(huì)在之后發(fā)育成為男性的睪丸或女性的卵巢，在今后產(chǎn)生精子或卵細(xì)胞。因此，在這一關(guān)鍵時(shí)期（性器官發(fā)育時(shí)期）的所處的外界環(huán)境就能夠通過(guò)DNA甲基化、組蛋白修飾及非編碼RNA的形式永久性地改變個(gè)體的表觀遺傳。
2000年，我在華盛頓州立大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)就已為非經(jīng)典遺傳原理的表型繼承提供了頗有說(shuō)服力的研究證據(jù)。本團(tuán)隊(duì)2005年發(fā)表于《科學(xué)》（Science）期刊的研究成果表明，環(huán)境中化學(xué)物質(zhì)對(duì)大鼠產(chǎn)生的致病影響能夠在停止對(duì)后代繼續(xù)用藥的情況下至少維持三個(gè)世代，甚至能夠?qū)⒓膊∵z傳給曾孫代及更遠(yuǎn)的子代。在過(guò)去十年里，許多實(shí)驗(yàn)室都在不同物種中對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了深入研究。英國(guó)南安普頓大學(xué)的格拉哈姆·伯奇（Graham Burdge）及其實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)就曾報(bào)道，在大鼠實(shí)驗(yàn)中，過(guò)量的營(yíng)養(yǎng)攝入將會(huì)導(dǎo)致表觀遺傳機(jī)理誘發(fā)的代謝異常，并可遺傳到三代以后。
在其他研究中，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的Sibum Sung及其同事發(fā)現(xiàn)，干旱及溫度變化會(huì)誘發(fā)植物的表觀遺傳演化，改變植物生長(zhǎng)及開(kāi)花的相關(guān)性狀，并遺傳多代。最近的一系列研究也發(fā)現(xiàn)，環(huán)境壓力能夠促進(jìn)生命體發(fā)生表觀遺傳上的改變，誘發(fā)病癥，且將這些改變傳遞給隨后的世代。加拿大萊斯布里奇大學(xué)的格琳德·梅斯（Gerlinde Metz）及其同事就發(fā)現(xiàn)，被抑制懷孕或被強(qiáng)迫游泳的大鼠會(huì)產(chǎn)生表觀遺傳機(jī)理的遺傳損傷，從而令其后代處于高患病風(fēng)險(xiǎn)的“風(fēng)口浪尖”。即使是到了受影響懷孕母鼠的曾孫代，這種來(lái)自祖先的壓力依舊能夠通過(guò)表觀遺傳的機(jī)制，促進(jìn)畸形表型的代際遺傳。目前，許多研究都支持環(huán)境壓力能夠促進(jìn)疾病的表觀代際遺傳。
目前，環(huán)境誘發(fā)的表觀代際遺傳研究已涉及植物、昆蟲(chóng)、魚(yú)類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)、嚙齒類(lèi)動(dòng)物、豬和人類(lèi)等諸多物種。因此我們可以斷定，這是一種高度保守的遺傳現(xiàn)象（保守性，在生物學(xué)中指能夠同時(shí)發(fā)生或存在于不同物種間，或由相同生物產(chǎn)生的不同分子間的性質(zhì)，這種生物現(xiàn)象的分子基礎(chǔ)在于不同物種間共有相似或相同的核酸序列、蛋白質(zhì)序列、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)或多聚糖序列。這意味著一些特定的序列在物種形成的演化過(guò)程中被保留了下來(lái)）。研究發(fā)現(xiàn)，基于表觀遺傳機(jī)制的疾病和表型性狀的改變?cè)诖蠖鄶?shù)物種中至少可以持續(xù)10代；而目前在植物已明確的遺傳代數(shù)極限更可持續(xù)至上百代。舉例來(lái)說(shuō)，卡爾·林奈（Carl Linnaeus）早在18世紀(jì)就觀察到的熱誘導(dǎo)開(kāi)花性狀，后來(lái)就被發(fā)現(xiàn)是由于在最初那株植物中發(fā)生了DNA甲基化修飾，這種表觀遺傳的修飾及其造成的性狀改變?cè)谥参镏姓S持了100代。在蠕蟲(chóng)中，營(yíng)養(yǎng)條件改變所導(dǎo)致的性狀變化也可持續(xù)50代以上。而在世代周期更長(zhǎng)的哺乳動(dòng)物中，我們也發(fā)現(xiàn)有毒物質(zhì)所誘發(fā)的畸形性狀穩(wěn)定維持了近10代。在大多數(shù)研究中，這些代際遺傳的性狀并沒(méi)有隨著世代更迭而消失，反而一直保持了下去。哪怕是沃丁頓最初的果蠅實(shí)驗(yàn)，也做了16代之多，而改變的性狀依舊通過(guò)繁殖存續(xù)至今。
正如拉馬克所說(shuō)，環(huán)境的變化確實(shí)能夠從根本上改變我們的生物信息。而且，甚至無(wú)需持續(xù)地暴露在環(huán)境誘因當(dāng)中，生物信息一旦發(fā)生改變，就能以性狀變化或是疾病的形式，一代代地傳遞下去。
環(huán)境在演化過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在達(dá)爾文主義者看來(lái)，環(huán)境決定了哪些個(gè)體和物種能夠在無(wú)情的自然選擇中存活下來(lái)。但是大量的環(huán)境因素同樣也能夠通過(guò)表觀遺傳的途徑更加直接地影響演化和生物信息：哪怕只是改變溫度或是光照暴露的時(shí)間、哪怕只是攝入了某些高脂肪或熱量限制的飲食，機(jī)體為了響應(yīng)營(yíng)養(yǎng)參數(shù)的變化，遺傳性狀也能發(fā)生改變。植物中提取所得的許多化學(xué)物質(zhì)和毒素、我們每天生活所處的日常環(huán)境都能通過(guò)表觀遺傳的方式產(chǎn)生表型變異，影響我們的健康。
我們實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)研究案例就是關(guān)于環(huán)境化學(xué)物質(zhì)的暴露對(duì)性狀變異及疾病的影響。在研究中，我們著手研究了環(huán)境毒物——當(dāng)前農(nóng)業(yè)最常用的殺菌劑農(nóng)利靈（vinclozolin）——是如何通過(guò)表觀遺傳的途徑來(lái)改變生命體性狀的。首先，我們將懷孕的雌性大鼠短暫暴露于殺菌劑的環(huán)境當(dāng)中；接下來(lái)，我們?cè)跓o(wú)任何持續(xù)暴露的條件下，將其向后飼養(yǎng)三代至曾孫代。我們發(fā)現(xiàn)在得到的世系中，幾乎所有雄性個(gè)體的精子數(shù)量和活力都有所下降，并且存在與年齡呈相關(guān)性的不育癥發(fā)病率。同時(shí)我們也觀察到，在脫離直接暴露條件的三代世系中，無(wú)論是雄性還是雌性，其中均出現(xiàn)了一系列其他疾病，包括睪丸、卵巢、腎臟、前列腺、乳腺和大腦的畸形發(fā)育。精子中與之相對(duì)應(yīng)的表觀遺傳信息的變化包括DNA甲基化及非編碼RNA表達(dá)量的改變。
我們的研究表明，祖先暴露于有毒物質(zhì)（農(nóng)利靈）也會(huì)影響到三代后的性選擇。自從達(dá)爾文首次提出進(jìn)化論后，性選擇（sexual selection，同一性別的個(gè)體通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)有限的交配機(jī)會(huì)將占優(yōu)勢(shì)的性狀遺傳給下一代，促進(jìn)性狀的演化，也被稱(chēng)為擇偶偏好，mate preference）就一直被視為演化的主要驅(qū)動(dòng)力。在我們的研究中，我們讓其他無(wú)關(guān)種群的雌性在“農(nóng)利靈暴露”的雄性后代與“未暴露”的雄性后代之間自由選擇交配對(duì)象，以此來(lái)判定哪方具有性選擇優(yōu)勢(shì)。研究結(jié)果顯示，未暴露于農(nóng)利靈的雄性（即不存在代際表觀遺傳改變的雄性）獲得了壓倒性數(shù)目的雌性青睞?？傊┞队跉⒕鷦?huì)永久性地改變后代精子的表觀遺傳信息；這轉(zhuǎn)而又能決定這些特征是否能在性選擇中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，其基因能否在更大群體中得到傳播，即可從微觀進(jìn)化的層面上直接影響演化進(jìn)程本身。
在近期一項(xiàng)另外的研究中，我們又從宏觀演化層面對(duì)物種形成進(jìn)行了探索。物種形成的經(jīng)典案例之一就是達(dá)爾文對(duì)加拉戈帕斯群島雀鳥(niǎo)的調(diào)查：同一種群的一群雀鳥(niǎo)以輻射式進(jìn)化成體型、性狀各異（比如喙結(jié)構(gòu)不同）的16個(gè)不同的物種。我們的研究團(tuán)隊(duì)與合作者著手分析了其中5種被鑒定為不同物種的雀鳥(niǎo)的DNA。盡管我們的確在不同物種間觀察到了DNA的序列突變，但是物種間DNA甲基化水平的變化（表觀遺傳突變）不僅在數(shù)量上更多，其與象征遺傳種間相關(guān)性的進(jìn)化樹(shù)的契合度也更高。盡管演化領(lǐng)域當(dāng)前更傾向于新達(dá)爾文主義的遺傳理論，但我們的研究發(fā)現(xiàn)暗示著表觀遺傳學(xué)在達(dá)爾文雀鳥(niǎo)的物種形成和演化過(guò)程中也發(fā)揮著一定的作用。
越來(lái)越多的研究證據(jù)都支持著表觀遺傳學(xué)在演化中發(fā)揮了作用。一項(xiàng)有趣的研究對(duì)比了尼安德特人與智人的DNA信息，兩者間的遺傳差異明顯不如表觀遺傳差異顯著（表觀遺傳差異涉及基因組中DNA甲基化的改變）。簡(jiǎn)而言之，新拉馬克主義和新達(dá)爾文主義可以綜合形成一種統(tǒng)一化的進(jìn)化論，從而為解釋演化進(jìn)程提供更為有效的分子基礎(chǔ)。
進(jìn)化論概述
新拉馬克主義：環(huán)境直接影響世代表型
達(dá)爾文進(jìn)化論：自然選擇篩選表型
新達(dá)爾文主義：基因突變?cè)斐杀硇偷亩鄻有?，自然選擇篩選表型
統(tǒng)一的進(jìn)化理論：環(huán)境造成表觀遺傳差異，促進(jìn)了基因突變，即基因型的多樣性（未有定論）；表觀遺傳學(xué)和遺傳學(xué)共同作用于表型的變化，自然選擇再加以篩選
新達(dá)爾文主義和新拉馬克主義提出的機(jī)制都驅(qū)動(dòng)著演化，二者似乎相互交織、錯(cuò)綜復(fù)雜。實(shí)際上，由于環(huán)境造成的表觀遺傳機(jī)制能夠直接增加群體中的性狀差異——這讓自然選擇如虎添翼，畢竟自然選擇的作用原理就是從許多性狀中篩選出最具適應(yīng)性的那些。經(jīng)典的新達(dá)爾文主義將遺傳突變和遺傳變異視為變異產(chǎn)生的主要分子機(jī)制，現(xiàn)在又加入了能夠直接增加性狀變異的表觀遺傳現(xiàn)象。理論中環(huán)境介導(dǎo)的自然選擇和演化的能力也就隨之提高。
我們實(shí)驗(yàn)室還有另一項(xiàng)重要的考量：表觀遺傳是否能夠改變基因組的穩(wěn)定性？也即是說(shuō)，表觀遺傳能否直接誘發(fā)在癌癥生物學(xué)中觀察到的某些基因突變的現(xiàn)象（癌癥組織中基因組不穩(wěn)定，細(xì)胞脫離了正常的復(fù)制、分化、表達(dá)途徑）。目前已經(jīng)觀察到的基因突變包括后代中出現(xiàn)的拷貝數(shù)變異和點(diǎn)突變。我們的研究發(fā)現(xiàn)，直接接受環(huán)境暴露的第一代僅具有表觀遺傳上的改變而沒(méi)有基因突變，但是經(jīng)過(guò)幾代后，基因突變率就會(huì)逐漸提高。這樣看來(lái)，表觀遺傳既能直接促進(jìn)性狀變異，又能提高DNA序列的突變水平，所以它加速了演化的進(jìn)程；而單靠達(dá)爾文進(jìn)化論是不能解釋這整個(gè)演化系統(tǒng)的。
有許多人對(duì)這種統(tǒng)一化的進(jìn)化論（經(jīng)典遺傳+表觀遺傳）表示懷疑，畢竟遺傳決定論已經(jīng)在超過(guò)100年的時(shí)間里持續(xù)地影響著生物科學(xué)，早已深入人心。遺傳決定論將DNA視為生物遺傳信息的基礎(chǔ)單元，而DNA序列則是根本的分子調(diào)控手段。
或許，讓人們對(duì)遺傳決定論信心滿(mǎn)滿(mǎn)的原因就在于人類(lèi)基因組的測(cè)序技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)被人們寄予厚望，學(xué)界希望通過(guò)完成人類(lèi)全基因組的測(cè)序，真正奠定DNA序列在生命進(jìn)程中的核心地位。人們本以為全基因組廣度的研究能夠?yàn)樯姓＜胺钦５纳铿F(xiàn)象提供生物學(xué)標(biāo)記（意思是生物現(xiàn)象可以從靜態(tài)的DNA序列找到解釋的源頭），揭示疾病發(fā)生的基礎(chǔ)。但全基因組測(cè)序得到的結(jié)果卻給所有人潑了一頭冷水——遺傳決定論的主要預(yù)測(cè)撲了個(gè)空：人類(lèi)生物學(xué)及疾病的許多方面根本不能從遺傳學(xué)的維度來(lái)解釋。
歷代的科學(xué)家與群眾都或多或少學(xué)過(guò)一些遺傳學(xué)，但不少人都沒(méi)有真正接觸過(guò)表觀遺傳學(xué)這個(gè)新興的科學(xué)概念。實(shí)際上，仍有人反對(duì)將表觀遺傳學(xué)納入生物學(xué)與演化的分子機(jī)制當(dāng)中。事實(shí)上，發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的沃森（就是那個(gè)和克里克一起的沃森）以及美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院主任、在人類(lèi)基因組計(jì)劃中擔(dān)任重要職位的弗朗西斯·柯林斯（Francis Collins），最初都曾質(zhì)疑過(guò)表觀遺傳學(xué)的重要性，但是現(xiàn)在他們的態(tài)度都有所轉(zhuǎn)變。這并不奇怪，畢竟遺傳決定論已經(jīng)影響了人們將近100多年，要改變慣性思維并不容易。
2015年，在我提出統(tǒng)一的進(jìn)化論（經(jīng)典遺傳+表觀遺傳，且作用于進(jìn)化）并在《基因組生物學(xué)及演化》（Genome Biology and Evolution）期刊上發(fā)表論文的一個(gè)月后，新西蘭梅西大學(xué)的戴維·佩尼（David Penny）就表示，沒(méi)有必要把表觀遺傳學(xué)同普通遺傳學(xué)割裂開(kāi)來(lái)看待，表觀遺傳學(xué)研究的組分和過(guò)程都是由DNA編碼的，仍然屬于遺傳學(xué)的組成成分。包括澳大利亞拉籌伯大學(xué)的艾瑪·懷特洛（Emma Whitelaw）研究成果在內(nèi)的其他近期論文，都對(duì)哺乳動(dòng)物中拉馬克主義的表觀遺傳學(xué)概念持懷疑態(tài)度。
盡管有質(zhì)疑的聲音存在，但我仍然確信，改變“基因決定論”的慣性思維的時(shí)機(jī)已經(jīng)到來(lái)。人們應(yīng)該逐步接受表觀遺傳學(xué)在演化中發(fā)揮著重要作用——這一觀點(diǎn)并不會(huì)推翻經(jīng)典遺傳學(xué)；接受新拉馬克主義也并不會(huì)否定經(jīng)典新達(dá)爾文主義的科學(xué)意義?，F(xiàn)有的已成體系的、早就被人們接受了的科學(xué)從來(lái)都是重要的、比較準(zhǔn)確的，但它也只是一個(gè)更宏大的、更精妙的故事的一部分——這個(gè)故事將會(huì)不斷擴(kuò)大我們的認(rèn)知，將我們對(duì)這個(gè)世界的所有觀察整合成一個(gè)凝聚的、密不可分的完整。正如上圖所繪，統(tǒng)一的進(jìn)化論解釋了環(huán)境是如何直接影響表型的變異并直接促進(jìn)了自然選擇的機(jī)制。
隨著越來(lái)越多的演化生物學(xué)家對(duì)表觀遺傳學(xué)產(chǎn)生興趣，目前已經(jīng)出現(xiàn)了一些計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，將遺傳學(xué)與表觀遺傳學(xué)綜合為一個(gè)系統(tǒng)，這些研究都獲得了一定的成效。將表觀遺傳學(xué)看作一種額外的分子機(jī)制已經(jīng)幫助實(shí)驗(yàn)者更好地理解了遺傳漂變（genetic drift）、遺傳同化（genetic assimilation），甚至是演化中性（neutral evolution）的理論。通過(guò)為生物學(xué)家的觀察提供一種額外的分子解釋途徑，此類(lèi)新模型讓進(jìn)化生物學(xué)家們能夠更深入、更細(xì)致、更精準(zhǔn)、更全面地闡釋演化發(fā)生的路線(xiàn)。
總而言之，這些發(fā)現(xiàn)表明我們一直堅(jiān)持的老觀點(diǎn)“遺傳決定論”與現(xiàn)實(shí)出現(xiàn)了差距。所以，是時(shí)候該把這些理論的“裂縫”暴露在陽(yáng)光底下，仔細(xì)審視問(wèn)題到底出在了哪里。1962年，托馬斯·庫(kù)恩（Thomas Kuhn）就已經(jīng)告訴我們，若現(xiàn)有的思維定式在應(yīng)用的過(guò)程中出現(xiàn)了異?，F(xiàn)象，那么這就說(shuō)明新的科學(xué)到了應(yīng)運(yùn)而生的時(shí)機(jī)——這往往就是科技改革的誕生之源。
統(tǒng)一化的進(jìn)化論應(yīng)當(dāng)結(jié)合新拉馬克主義和新達(dá)爾文主義的觀點(diǎn)，擴(kuò)展我們對(duì)于環(huán)境影響演化機(jī)制的理解。拉馬克在200多年前對(duì)演化論做出的貢獻(xiàn)不應(yīng)因達(dá)爾文進(jìn)化論的提出而被廢棄，相反，我們應(yīng)該將他的觀點(diǎn)整合，產(chǎn)生一種更具影響力、更有遠(yuǎn)見(jiàn)的理論。同樣，遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)也不應(yīng)爭(zhēng)個(gè)你死我活，而應(yīng)彼此取長(zhǎng)補(bǔ)短，幫助人們更好地理解生命在微觀層面的分子機(jī)制，從而闡釋調(diào)控生命的真諦。
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