讓我們繼續(xù)來讀《植物知道生命的答案》這本書。今天是第28天。
昨天咱們說到，植物確實(shí)是有長(zhǎng)期記憶的，最典型的例子就是春化現(xiàn)象，它們可以記住自己有沒有經(jīng)歷過冬天。一個(gè)叫做FLC的基因會(huì)抑制植物開花，而植物在經(jīng)歷寒冷時(shí)，可以通過壓縮包裹在FLC基因外部的蛋白質(zhì)，來實(shí)現(xiàn)FLC基因的暫時(shí)關(guān)閉，植物就被允許在環(huán)境條件合適的時(shí)候開花。
一旦一株一年開一次花的植物開過花之后，F(xiàn)LC基因就會(huì)在開花過程中被重新激活，確保植物不會(huì)在不合時(shí)宜的季節(jié)胡亂開花。
但是大家有沒有發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，就是植物的種子似乎也是知道自己有沒有度過冬季的。如果某些植物的種子沒有經(jīng)過春化，那么它們第二年就不會(huì)發(fā)芽。
要知道，植物FLC基因的激活和關(guān)閉是通過包裹在基因周圍的蛋白質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的。我們一直以來都認(rèn)為，基因是唯一能夠?qū)崿F(xiàn)跨代遺傳的信息載體。而現(xiàn)在，我們觀察到的現(xiàn)實(shí)似乎在啪啪的打我們的臉啊。是否經(jīng)歷過冬季的記憶，不僅能夠從一個(gè)季節(jié)傳到下一個(gè)季節(jié)，而且還能從上一代傳遞給下一代。這太不可思議了。
1809年，法國生物學(xué)家拉馬克發(fā)表了他一生中最重要的著作《動(dòng)物學(xué)哲學(xué)》。1809年是非常值得大家記住的一個(gè)年份，不僅因?yàn)椤秳?dòng)物學(xué)哲學(xué)》的問世，還有一件更重要的事，就是另一本更重要的關(guān)于進(jìn)化論的書——《物種起源》的作者查爾斯·羅伯特·達(dá)爾文在這一年出生了。當(dāng)時(shí)的拉馬克已經(jīng)是65歲的老人了，而達(dá)爾文才剛剛出生。
拉馬克是進(jìn)化論的先驅(qū)者。在這本《動(dòng)物學(xué)哲學(xué)》里，拉馬克清晰的闡述了動(dòng)物從簡(jiǎn)單的單細(xì)胞逐漸過渡到多細(xì)胞最后進(jìn)化成人類的整個(gè)過程。他旗幟鮮明的提出：沒有任何生物是上帝創(chuàng)造的，物種都是在漫長(zhǎng)的時(shí)間里逐漸進(jìn)化出來的。在這本書里，拉馬克提出了他關(guān)于進(jìn)化的兩項(xiàng)基本原則，就是“用進(jìn)廢退”和“獲得性遺傳”，這就是現(xiàn)在在中學(xué)生物課上常常會(huì)提到過的用進(jìn)廢退學(xué)說。
現(xiàn)在我們都知道，拉馬克的用進(jìn)廢退學(xué)說是不正確的。一個(gè)強(qiáng)壯的武士，無論怎么努力，也沒有辦法把自己的劍法和武藝遺傳給他的兒子。一個(gè)偉大的學(xué)者，無論自己讀過多少書，也沒辦法讓他的兒子生下來就擁有知識(shí)，哪怕認(rèn)識(shí)一個(gè)字都不可能。
達(dá)爾文是拉馬克的粉絲，對(duì)拉馬克的學(xué)說非常了解。但是達(dá)爾文沒有止步于拉馬克的洞察，他經(jīng)歷了環(huán)球考察和長(zhǎng)達(dá)二十年的持續(xù)觀察思考，終于提出了自然選擇的觀點(diǎn)。而達(dá)爾文的觀點(diǎn)在我們了解了基因的存在后，也得到了進(jìn)一步的證實(shí)。
但是問題來了?，F(xiàn)在我們已經(jīng)實(shí)際觀察到，植物確實(shí)可以把上一代對(duì)于季節(jié)的記憶直接傳遞給下一代。這是不是說，我們否定了多年“獲得性遺傳”的觀點(diǎn)又復(fù)活了呢？
瑞士巴塞爾大學(xué)的芭芭拉·霍恩在實(shí)驗(yàn)中為植物的跨代記憶提供了直接證據(jù)。眾所周知，一個(gè)物種的變異應(yīng)該發(fā)生在產(chǎn)生種子的那個(gè)時(shí)刻。種子中發(fā)生的變異將會(huì)將基因的變化傳遞給下一代。但是，霍恩教授觀察到一些惡劣環(huán)境造成的基因變異，比如說強(qiáng)烈的紫外線照射或者病原體侵害，這些由于外界惡劣條件產(chǎn)生的變異會(huì)所有的后代所接受。
霍恩教授在她的實(shí)驗(yàn)中，用紫外線對(duì)擬南芥的植株進(jìn)行照射，使得擬南芥產(chǎn)生了只在紫外線環(huán)境里才會(huì)產(chǎn)生的變化。但是在這些擬南芥結(jié)出種子之后，霍恩教授吃驚的發(fā)現(xiàn)，所有的種子全部都遺傳了這些變化。要知道，一棵擬南芥是可以產(chǎn)生數(shù)千枚種子的，而這些種子從播種到發(fā)芽，都沒有經(jīng)歷上一代的那種紫外線照射，但是每一株幼苗，竟然都保留有上一代產(chǎn)生的性狀。
這絕對(duì)無法用基因突變的理論來解釋，即使是存在基因突變，也應(yīng)該是幾千枚種子中的一小部分產(chǎn)生隨機(jī)的變異才對(duì)，怎么可能所有的后代齊刷刷的都學(xué)會(huì)了上一代植株在紫外線脅迫下產(chǎn)生的變化呢？
后來，越來越多的這種親代身上的變化被直接遺傳給下一代的例子被發(fā)現(xiàn)了。我們發(fā)現(xiàn)在納粹集中營中受到過心理創(chuàng)傷的人，雖然他們的孩子并沒有親身經(jīng)歷同樣的苦難，但也會(huì)有類似的心理問題。集中營、大屠殺幸存者的孩子求助于心理醫(yī)生的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通人。我們把這種現(xiàn)象叫做“創(chuàng)傷代際遺傳”。
這些不通過基因突變，就能從親代傳遞到子代的遺傳現(xiàn)象，現(xiàn)在已經(jīng)有一個(gè)專門的學(xué)科去研究，就叫做表觀遺傳學(xué)。
那么，拉馬克的獲得性遺傳學(xué)說是否已經(jīng)復(fù)活了呢？事實(shí)上并沒有。拉馬克所說的獲得性遺傳，是說生物能夠把后天學(xué)習(xí)獲得的變化遺傳給下一代。但是表觀遺傳卻不是這樣的。表觀遺傳實(shí)際上是一個(gè)指令開關(guān)系統(tǒng)，無論這個(gè)開關(guān)有多少種不同的狀態(tài)，都是事先已經(jīng)在漫長(zhǎng)的歲月中進(jìn)化好的。表觀遺傳真正能夠遺傳的，只不過是這些開關(guān)的狀態(tài)而已。
一顆種子之所以能夠知道自己并沒有經(jīng)歷過冬天，是因?yàn)樵陂_花的過程中，F(xiàn)LC基因的表達(dá)已經(jīng)被開啟了，所以這時(shí)候產(chǎn)生的所有種子，都記住自己并沒有經(jīng)歷過冬天，一定要過冬之后才能發(fā)芽。
抑郁和悲觀情緒能夠幫助人類在極端壓迫的惡劣環(huán)境里更好的存活下來。這也是一個(gè)基因開關(guān)。集中營幸存者會(huì)把這個(gè)開關(guān)的狀態(tài)傳遞給他們的子女，以確保他們具備同樣的抗壓能力。當(dāng)他們的子女生活在自由的國度里的時(shí)候，這些特征就成了心理疾病了。只要放松自己，讓自己經(jīng)歷足夠多的自由快樂的環(huán)境，這個(gè)抑郁悲觀的基因就能被再次關(guān)閉，他們的下一代自然也就會(huì)是積極樂觀的了。
擬南芥為了在極端環(huán)境下能夠成活，也會(huì)打開一些基因開關(guān)。在這種環(huán)境里，擬南芥的種子就都會(huì)攜帶同樣的開關(guān)狀態(tài)信息。這就能夠很好的解釋，為什么擬南芥會(huì)把自己在紫外線環(huán)境里產(chǎn)生的變化齊刷刷的遺傳給它們的種子了?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，如果用一種能夠清除表觀遺傳信息的化學(xué)藥劑處理那些種子，這些種子就會(huì)失去來自上一代的能應(yīng)對(duì)紫外線環(huán)境的特征。
當(dāng)然，表觀遺傳學(xué)目前還是一門相當(dāng)新的學(xué)科。很多表觀遺傳學(xué)的新發(fā)現(xiàn)都沒能得到科學(xué)界的普遍接受。那些質(zhì)疑的聲音也會(huì)促使科學(xué)家做更多的實(shí)驗(yàn)去深入驗(yàn)證他們的新觀點(diǎn)。
表觀遺傳學(xué)的理論在園藝學(xué)的領(lǐng)域得到的驗(yàn)證是最多的。很多觀賞植物看起來樣子極為不同，它們有的具有極具特色的花紋，有的具有特別的葉片形態(tài)，有的則是具有錦斑或者變異。但是很多這些特征都并不是實(shí)實(shí)在在的基因變異，很多變異都是因?yàn)槭艿江h(huán)境刺激而造成的表觀遺傳層面的變異。
表觀遺傳層面的變異可以迅速的讓下一代就具備同樣的特征。這可能會(huì)出現(xiàn)某種新的觀賞植物品種只需要很短的時(shí)間就能夠大量繁殖。但是，由此帶來的問題則是，如果沒有能夠在合適的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)這些植物，它們產(chǎn)生的新的后代，特征就會(huì)逐漸退化，甚至特征完全消失都是非常常見的。
不管怎么說，我們現(xiàn)在知道了植物跨代記憶的基礎(chǔ)，那就是表觀遺傳。在這一點(diǎn)上，植物與動(dòng)物乃至人類都有相似跨代記憶傳遞方式。我記得有一部科幻小說，寫的就是把人類的知識(shí)編碼到卵細(xì)胞的蛋白質(zhì)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)了用遺傳方式傳遞知識(shí)的故事。早晨送孩子上學(xué)的時(shí)候，看著那些背著超大書包的孩子們，我還真的很渴望未來的知識(shí)能夠通過生物學(xué)的方式傳遞。如果真能做到這一點(diǎn)，能為孩子們爭(zhēng)取到多少美好的童年時(shí)光啊。
聯(lián)系客服
