正传：41.表观遗传
上一回说到，老鼠在遭受了电击酷刑之后，会把这种情绪遗传给孩子。这与拉马克的理论有某种相通之处。拉马克说用进废退，获得性遗传。也就是必须有一种办法能够把后天获得的某种性状，遗传给孩子。可是随着遗传学的发展，我们没发现有这种可能性存在。当年很多科学家做了很多实验，妄图来证明这一点，但是他们都没成功。
到了分子生物学大发展，很多人更加相信这一点，那就是DNA里面包含的信息只能通过RNA传给蛋白质，倒过来是不行的。不过这话不能说死，生物学很多话都不能说的那么绝对。偶尔有反过来的情况，不过很少见罢了。那么，如何解释上文书我们说的那个老鼠实验呢？你想啊，一群雄老鼠，接受了电击和气味的训练，以后闻到苯乙酮的气味就浑身栗抖体如筛糠。他们跟雌性交配以后，生下了小老鼠。小老鼠根本没和老爹有过任何接触，是老妈独自把孩子生下来的。小老鼠也没被电击过，此前也从来没闻到过苯乙酮的气味。结果，当小老鼠闻到苯乙酮的气味以后，居然也有反应。而且不仅儿子这一代有反应，孙子这一代仍然有反应，不过变弱罢了。
那么一个大问题就摆在大家的面前了，老爹是如何把这个情绪，这个记忆遗传给孩子的呢？情绪和记忆都是后天获得的，难道拉马克的理论诈尸了。一帮生物学家们脑袋都大了。
要想解答这个问题，那么就必须借用一种比较新的理论，叫做“表观遗传学”。因为比较新，所以很多东西还不是定论。要知道很多生物学实验都无法重复，毕竟生物是个复杂的东西，不像物理学可以那么纯粹。我只能大致说一下有关这方面的基本知识。
什么叫表观遗传学呢？表观遗传是指DNA序列不发生变化，但基因表达却发生了可遗传的改变。这样的改变是细胞内除了遗传信息以外的其他可遗传物质发生的改变，且这种改变在发育和细胞增殖过程中能稳定传递。( 这是我从百度百科上抄来的 )
要是当年发现DNA的那帮人听说还有这么一回事儿，他们估计能哭晕在厕所里。难道还有什么DNA以外的遗传物质吗？这事儿可新鲜。其实一点儿也不新鲜。你想啊，人体的细胞里面，遗传物质都一样啊。一个人也是从受精卵慢慢分裂生长出来的。为何有的细胞长成了心脏细胞，有的长成了脑细胞呢？谁来控制这个过程。必然是有些额外的信息要记录的，这事儿大约70年代科学家们就已经知道了。
遗传基因的甲基化是很常见的一种情况。一个正常的碱基，甲基化以后，多了个外挂。就等于这个基因上贴了个标签。这就是一个额外的信息。甲基化并不能改变基因，但是人家可以改变基因的表达。因为多了这么个外挂，这个基因就发挥不了作用。过去以为这些都是胚胎时期发生的事儿。现在发现，成人的细胞也一样能被化学修饰。
表观遗传学就是研究这些外挂的学问。当然，除了甲基化以外还有其他的标记。比如基因组印记，这个东西可以区分基因来自于谁，是来自于爹还是来自于妈。现在发现好几种癌症可能与此有关系。还有母体效应、基因沉默之类的，后边还有一大串呢。反正再说名词，大家还是一头雾水。
这是打印到一半没墨了吗？
我们还是举个例子，看看这种表观遗传到底是起了什么作用。就拿最常见的三花猫来举例子吧。我还是很喜欢猫咪的。以前我讲过，为什么三花喵咪是母的，公的极为罕见。原因就是控制毛色的基因是在x染色体上的。白色是底色，是另外的基因控制，公猫只有一个X染色体，因此只能有一个颜色。母猫有两个X染色体，假如一个显性一个隐性，就会呈现三花的颜色。这是我当年的高考生物学考试的一道考题。因此我记忆非常深。
道理讲到这里，好像大家都懂啊。可是邪门的还在后头呢。如今这年头，克隆技术很发达。于是有人就去克隆猫咪，也就克隆了一只三花猫。接下来，麻烦来了。克隆出来的当然还是一只三花的母猫。但是花纹图案与被克隆的那一只不同。它俩基因可是一模一样的。怎么会花纹不同呢？因为这事儿不仅仅是DNA决定的，表观遗传也起了作用。母猫不是有两条X染色体吗？只有一条在起作用，另外一条不管事儿了。两条X染色体，到底是那一条不管用，这事儿不好说。胚胎细胞分化的时候，受到各种因素的影响。某些部分黄毛X染色体起作用，某些部分黑毛X染色体起作用。三花猫，两条X染色体，身体各个部分开关随机切换。小猫长开了以后，身上就黄一块黑一块的，而且有一定的随机性。克隆猫与模板不一样，也就好理解了。
核小体
再说细一点儿，DNA通过缠绕在一种叫核小体的蛋白复合物上完成DNA的一级组装。这个核小体要是带着各种化学基团修饰，那么雌性动物两条X染色体，就会有一条萎缩，这是化学基团修饰决定的。这种修饰有可能后天发生。因此这东西就给遗传带来了不确定性。
我们再来举一个生活中常见的例子。比如说双胞胎，这个很常见。同卵双胞胎，我们认为他们的基因理所应当是一样的。那么为啥双胞胎长得总有差异呢。虽然很像，但是父母却能够毫不费力的分辨出谁是谁呢？这里面的原因很复杂。大略有如下几个原因：
环境因素，营养不一样，高矮胖瘦当然有区别。这种差异可能娘胎里就已经存在了。
表观遗传，就如同三花猫克隆一样。基因完全相同，长相都还是有偏差的，脾气秉性也有差异。很可能是表观遗传在起作用。科学家们怀疑，表观遗传是引起某些癌症的罪魁祸首，双胞胎就提供了很好的观察对象。天生的对照组嘛。
DNA未必真的全一样。
我们这里讲的表观遗传，虽然带了遗传两个字。但是大家别望文生义。这不是描述老爹传儿子那种遗传。其实是分子级别的事儿，是基因复制过程中的事儿。那么这种表观遗传能不能传给下一代呢？这玩意儿很复杂啊。按理说不行。因为在生殖细胞形成过程中，还有受精卵向胚胎分化的过程中，有一次大清洗过程。DNA上各种标记都被擦光了。这也好理解，很多东西还是不能遗传给孩子才对嘛。到底是如何那么快的把DNA上杂七杂八的标记给擦掉，这还费了科学家们不少劲呢。但是生物领域嘛，话不能说绝。估计会有漏网之鱼。于是各种表观遗传信息，是有可能遗传给孩子的。不过不确定性很大。因为清洗的过程里，也不保证什么能留下来。研究这东西，难度很大。
不过呢，医学领域的一些发现很可能与表观遗传有关系。孕妇吸烟的话，会造成DNA损坏。其实就是被化学修饰了。研究者们分析了889名新生儿的血样，其中大约三分之一的新生儿的母亲报告说自己在孕期头三个月吸过烟。研究团队对 DNA上的表观修饰标记甲基进行了检测。研究结果吓人一跳：吸烟者的小孩儿会在DNA上出现特有的表观遗传变化。与母亲不吸烟的小孩儿相比，这些小孩儿在超过100个基因区域上都发生了变化。在这些受影响的基因中，有的与胚胎发育相关，有的与尼古丁上瘾相关，还有的与戒烟能力相关。
所以啊，大家都懂，吸烟有害健康。不仅仅是自己的健康，还有下一代的健康。孕妇吸烟会造成孩子的DNA的化学修饰改变。那孩子可就不仅输在了起跑线上，也输在了娘胎里。不过，新生儿的甲基化不是不可改变的，这与基因不一样。在新生儿中检测到的表观遗传变化不一定会一直存在。说的是“不一定”，这说明，现在还没定论。引起甲基化因素很多，不仅仅是母亲吸烟。吸二手烟算不算啊，空气污染算不算啊。饮食起居和精神压力也会啊。
我们还是回到一开始的那个老鼠的实验。这也是表观遗传一个比较典型的实验。只看老鼠害怕发抖是不够的。实验人员还解剖了老鼠。他们发现它们鼻腔里的M71神经纤维球明显要比其他小鼠大一些，导致他们对于苯乙酮的敏感性极高。在这些老鼠的儿孙们身上也看到了这种情况。这是确确实实的生理结构被改变。
但是要感知杏仁味还需要有一种气味受体，这个气味受体就是由Olfr151基因编码表达的。 迪亚斯等人对从试验小鼠中获得的精子样本进行研究，发现每100个精子中大约有86个存在Olfr151基因甲基化修饰的现象，在用另外一种气味进行试验的平行试验组中，每100个精子中大约有95个存在Olfr151基因甲基化修饰的现象。因此可以推论，这种表观遗传恐惧因子通过精子细胞遗传给了下一代。
那么这算不算获得性遗传呢？说实话，不是拉马克想要的那种“获得性遗传”。因为目前看，表观遗传是不稳定的。很可能传几代就没了。基因的突变可不一样，一旦发生了突变，那么就会一直带着，除非自然选择大剪刀起作用，带有这个基因的个体被全部淘汰了。这是很难发生的事儿。只有积累起来，才能导致物种的变异从量变积累到质变。可是表观遗传是不是能积累到那么显著的程度，目前看来，不会。
不过，表观遗传属于非孟德尔-摩尔根遗传。两者是互补关系。生物体适应自然不能等着基因突变啊，那玩意儿太慢了。要想立马立竿见影的出效果，那么表观遗传是个好办法。迅速就能起作用。算是个临时性的应对吧。所以啊生物体应对自然界的变化手段也没那么单一。从这里也体现出了生物的复杂性。很多生物学的实验都饱受质疑。因为难以复现。我们作为吃瓜群众，一时也搞不清楚到底怎么回事儿。还是让消息飞一会儿吧。
当年，人们打开了这本叫做“基因”的天书的时候，以为找到了一切的根源。好像搞懂了一切基因的排列组合就可以掌握生命的奥秘，其实哪有那么简单啊。表观遗传实实在在的告诉大家，差得远呢。生命的奥秘还远远没有揭开。
就比如说，生命是如何产生的，这个问题就绕不过去。进化论只能解释生物产生以后的事儿。从非生命到生命的飞跃却无法描述。但是这又是一个终极的问题。是个人学了进化论以后都会问出这一点。生命到底怎么来的？
1929年，生物学家阿列克桑德·奥帕瑞和约翰·霍尔丹猜测早期的地球大气层缺少氧气。那时候哪来的氧气啊。在这种恶劣的情况下，如果单分子受到紫外线或者闪电等强能量刺激，它们将形成复杂的有机物分子，霍尔丹说，那时候的海洋只是这些有机分子的“原生汤”。他们只管挖坑不管埋啊。到了1953年，有人动手做实验了。
米勒尤里实验
1953年，美国化学家哈罗德·尤里和斯坦利·米勒进行了著名的米勒-尤里实验。他们建立了一个密封系统，用来模拟地球早期大气层环境。他们在长颈瓶中装上温水来模拟当时的海洋，当水蒸气蒸发时，会被收集在另一个烧瓶中。尤里和米勒在这里边引入了氢气、甲烷和氨气，模拟早期大气层没有氧气的状况。然后，他们电火花来模拟闪电。最终，利用冷凝器将这些气体冷却成液体，收集进行分析。
实验开始了一个礼拜，在观察中发现，冷却的液体中大量地存在着有机化合物。大约有10%~15%的碳以有机化合物的形式存在。其中2%属于氨基酸，以甘胺酸最多。而糖类、脂质与一些其他可构成核酸的原料也在实验中形成。那么DNA或者RNA有没有出现呢？一个也没有。由此，尤里和米勒得出结论称，有机分子形式能够来自于无氧大气层，同时最简单的生命体也可能孕育在这种早期环境中。
米勒尤里实验引起的争议很大，一大串的疑问就摆在了大家面前，有人就来挑毛病了。原始的地球大气是你瓶子里的这几种气体吗？我们怎么觉得不对劲啊！我们下回再说……