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生命信息遗传学(一)《下》

 cwcqiao 2011-05-03

生命信息遗传学(一)《下》

(2007-07-20 13:38:51)
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文化

科学

分类: 科学探索
 

“小超人”站在父亲的胳臂上  文/图田跃

广西壮族自治区妇幼保健院保健科的专家于2002年8月10日对梁耀坤进行了检查,检查结果表明,他除了动作发育、社交能力、场所适应性为优外,其他方面都仅是中等水平。“小超人”的父亲也说,梁耀坤并不如社会上传得那么神,他只不过是在某些方面有着超出一般婴儿的功能,他能在父亲的手上站立,这要靠他父亲不断的摆动手来保持平衡,能提半桶水也是父亲抱着他往上提,并不是他自己提起来的。梁耀坤只是具有较好的平衡能力、拉力、握力而已。(63)。尽管这是一个很特殊的事例,但它对我们的提示却是重要的,因为这对孟德尔的遗传法则提出质疑。基因学的理论核心――-孟德尔的遗传法则认为:基因以DNA的形式传递,所有生物体都必须接受这种亲本遗传和突变。DNA的化学或结构变化可能关闭基因,这些变化会代代相传,这种现象叫做后生遗传修饰。很显然,小超人与其父并不相符的后生变化却并没有改变DNA的实际序列。这种现象并非只存在于动物界,在植物界也同时发生。2005年3月,印第安娜州柏杜大学的罗伯特·普鲁伊特领导的研究小组在进行遗传学研究的模式植物―――拟南芥身上发现具有一个基因的两个突变副本的拟南芥似乎能纠正他们传递的DNA,确保至少一些后代恢复正常。研究小组认为,拟南芥能够利用从比父母更远的祖先那里已传来的RNA模板修复突变基因。可能这种现象只出现在这种植物身上。但普鲁伊特研究小组在2005年3月《自然》杂志上发表论文推测,这也许是一种更为普遍的机制,让植物能在“尝试”新突变的同时保持RNA作为备份。如果经证实突变有害,下一代的部分植物会在DNA帮助下恢复其祖父母的DNA排序。(71)那么“小超人”的表现是否属于同种情况呢?不得而知,但至少这种可能性是存在的,因为植物与动物共同具有一个祖先,而人类的返祖现象如“毛人”等的存在也证实了这一点。科学研究已经发现,人刚一生下就具备73种潜能。新生儿不仅具有惊人的感知、运动能力,而且还具有注意、记忆、学习能力和社交行为。例如,出生8小时后,婴儿就会模仿成人吐舌头;婴儿出生时便有颜色视觉,4个月时接近成人水平,24个月时能认识和说出15种颜色。0~3个月的婴儿共存在73种无条件反射,像爬行反射、行走反射、游泳反射等。这些都是人与生俱来的本能。而这一切之所以未被我们人类所关注,那是因为绝大多数婴儿的潜能在人类目前所处优越的生活环境下并未受到家长的重视,得不到适当的练习而在3~4个月后消失所致。这已使无数个孩子失去了成为天才的机会。专家认为:幼稚教育从3岁开始已经太晚了(11)。生物学的最新研究也证实了这一推论。2001年,日本大阪大学细胞生物工学中心的八木健教授利用老鼠调查了在脑神经细胞中发挥作用的、被称为“CNR“的遗传基因的突然变异的情况,据认为CNR在神经细胞形成网络中起到调节作用。八木健教授发现出生后60天的老鼠比通常老鼠以极高的几率发生着突然变异。这就是说,人的脑为迅速发育,神经细胞的遗传基因在婴儿诞生前后很可能发生过高频度的突然变异。这种突然变异随着婴儿的成长会减少,但是因突然变异而产生的神经细胞的多样性使脑更能适应学习以及新的环境,变得更加聪明、灵活。人们已经通过免疫细胞,了解到从父母那里继承的遗传信息通过突然变异而变得多样化的情况,但通过脑细胞表明这种情况还是第一次。八木健教授推测:如果CNR发生突然变异的数量增加,神经细胞将只同特定的对象结成神经网络;因此,即便脑形成丰富多彩的网络也不会发生混线,各网络可以有效地发挥作用。八木健教授认为:“看起来人和动物在刚刚生下来时,脑中就几乎拥有全部必要的神经细胞,伴随脑的成长,只有那些必不可少的神经细胞才能在网络的选择中生存下来(41)。然而,由于理论研究的滞后,人类还很难接受和解释这一复杂的生命信息的遗传突变现象。当然,谈到生命信息的遗传,就不能不谈到人类的智商,因为智商是生命信息遗传的表象。在当今的社会中,你可以说自己遗传了家族的鼻子,没人会反对。但是要说智力也会遗传,人们会不以为然。如果说家族的遗传决定了你的智力高低,你很可能会被嗤之以鼻。然而,这正是美国和芬兰科学家最近得出的结论:基因在很大程度上影响着我们大脑某些部分的生长。而受基因影响最大的分支恰好支配着我们的认知能力。也就是说,智商是遗传的。洛杉矶加州大学的保罗·汤普森说,这并不是说人的智力就是一成不变的,但它说明基因决定了你的智力水平的极限。神经学家说,这也许有助于我们着力研究大脑中对环境刺激反应最强烈的区域,也可能是最有可能使智力提高的部分。汤普森和他的研究小组对10对同卵和10对异卵的双胞胎进行了研究。研究发现,同卵的双胞胎基因完全相同,异卵的双胞胎平均有半数基因相同。因为双胞胎一般都在差不多的环境下长大,因此这两组双胞胎的不同之处基本上可以归因于基因。研究还发现,大脑的某些区域确实是遗传的。其中包括语言区域,也叫白洛嘉和韦尼克区域,以及前额区,这是与认知能力有很大关系的区域之一。同卵的两个双胞胎在这些区域有95%~100%的联系——几乎完全相同。汤普森说,前额结构受基因的影响与指纹一样大。“它们简直太相似了。”结果还显示,包括双胞胎的个人经历、他们认识的人和事物在内的环境因素对大脑这部分的形成影响很小。异卵双胞胎有类似的韦尼克区,约有60%~70%的联系。但他们其它区域的类似较少。而随意的两个人绝不会有任何相似。更有趣的是,不仅这部分的智力区域会遗传,它还会影响人整体的智力水平。志愿者每人接受了一组评估17项能力的测试,包括文字和空间有效记忆、专注任务、文字知识和运动速度。这些测试主要针对的是人们所说的“g”,它是智商测试的一般内容。汤普森说,其中一项完好的人基本上所有项目的成绩都不错。“g”到底是什么还不清楚,但这些新的研究成果表明,它并不仅是一些统计的抽象概念。伦敦精神病研究所的罗伯特·普罗明认为,“g”在大脑中有其生物基质。但哈佛大学的斯蒂芬·考林斯对“g”是否可以被称作智力提出了质疑。它类似于能够根据规则指导如何安排事情之类的能力。他认为,这项研究可能最终帮助我们把教育集中于大脑最易受环境刺激的区域,如感官区域(39)。科学实验还证明,人类语言基因大约形成于20万年前,2002年8月,德国马克斯——普朗克进化人类学研究所的研究人员说,他们将人体中一个名为FOXP2的变异基因与其它物种的基因对比后发现它们之间存在很大的差异,虽然这种基因并不是使人具有说话能力的基因,但却可以使人的语言变得更加清晰。而这一发现与目前人们广泛认为人类更为熟练地运用口语促进了现代人的数量大大增加的推论是相一致的(56)。我们知道,智力与语言有着直接关系,一个智力水平低下的人,其语言功能会受到严重的影响,而语言功能的增强取决于历史的遗传——也就是生命信息的遗传。因为我们不可能使得除人类以外灵长类动物具有熟练述说及理解人类语言的能力,而人类在掌握母语过程中所具有强大优势的行为也充分的证明了这一点。这就是说,由于社会的进步和发展,人类在原有语言文化遗传基础上进行语言水平快速提高的同时,人类智商水平的提高也将会同步进行。实际统计情况也是如此。2002年6月,新西兰一位政治科学教授詹姆斯·弗林发现,人类的智商一直呈上升趋势,平均每10年提高3分。此外,现实生活中的一些事例也证明人类的智力水平越来越高:全球的科技论文数量逐年增加,专利成果越来越多,人们在智力游戏中的表现也越来越突出,例如自1991年以来,最年青的国际象棋大师的年龄已降低了4次。通过以上叙述,我们不禁感觉到在达尔文的“进化论”中似乎缺少了一些什么东西。幸好在达尔文发表《物种起源》的第六年,即1865年,历史为我们造就了另一位科学巨匠,那就是奥地利的生物学家孟德尔。孟德尔遗传理论的基础与过去错误的融合遗传观截然相反。这是一种颗粒遗传理论,他假设:遗传物质是由一颗颗彼此独立互不掺杂的微粒——遗传因子(后来称作基因)所组成。遗传学的实验证实了这一点。此后经典遗传学与“自然选择”的有机结合产生了“综合进化论”,杜布赞斯基(Theodosius Dobzhansky,1900-1975)的名著《遗传学与物种起源》则是代表作。在经典遗传学中,达尔文所谓可遗传的不定变异,终于获得它正当存在的根据。变异现在被称作是突变。由于摩尔根(T·H·Morgan,1866-1945)学派的工作,对突变的性质有了比较清晰的理解。即大多数的突变,乃是染色体上基因的变化,所以,突变是可以遗传的。突变所导致的性状变异程度有大有小,其间呈现出一种光谱似的连续性,最大的改变可以使个体在早期发育阶段致死,而最微细的改变甚至都难以用技术手段觉察到。自然界正是依靠这些涓涓细流,才最终汇合成进化之洪流。但是对于突变的产生,杜布赞斯基认为:“重要的是,每一个突变的产生,与生物体的功能需要无关。突变是随机的、自发的、偶然的、不定的。生物虽然并没有具备天赋的产生适应环境所需要的突变能力,但是,变异的产生仍取决于生物体本身的结构,而这种结构的形成是一个历史的、进化的过程,而环境在这个过程中是起了部分作用的。”杜布赞斯基的这种观点实在是令人费解。在动物世界中,捕食动物的眼睛大都长在正前方,这样有利于眼睛聚焦锁定被捕食猎物,以及确定距离和方向。而被捕食动物的眼睛大都长在头部的两侧,以便在低头吃草时也可以大范围的观察周围危险的动向。在动物之间在绝少发生杂交的情况下产生相同的与环境、生物体的功能极为相关的进化结果。这能说成是在在随机的、自发的、偶然的、不定的过程中形成的吗?杜布赞斯基的论述显然是不正确的。1920年到1935年,麦道格(W·Mc· Dougal)在连续32代小白鼠身上,以电击教会它们从暗道跑出箱子的本领。一只白鼠一旦学会就会终身不忘,但它的后代又要重新学习后才能掌握。然而,按八代一划分,出错误挨电击的次数越往后越少;平均数分别是56次41次29次20次.这说明,前代学会的本领可以在它们未经训练的后代身上遗传。更令人奇怪的是,实验者在对照组(未经训练的小白鼠的后代)中也发现了学习速率变快的现象。为了证实后一结果,埃格又花费了二十年对50代小白鼠做了类似、周密的测试,在对照组中得到了与上述实验相同的结果,从而引起了科学界的注意。这种现象用达尔文的“进化论”和杜布赞斯基“综合进化论”的观点,是无法解释的。随着科学的不断推进,达尔文进化论也开始面临着以下一些不能解决的问题。第一:大约5亿到6亿年前的寒武纪的开始之时,绝大多数无脊椎动物和脊索动物在几百万年的很短时间内出现了。但是用达尔文进化论的从“量”到“质”的渐进发展观点不足以解释为什么会在短短的几百万年时间里会出现如此多的新动物;第二:达尔文从“适者生存”的角度,勾勒了生物进化的树状演化图景。但是,在分子水平上,许多变异(突变)并不显著地影响生物的生存能力,因此不会由自然选择的力量为主导决定其在进化历史中的去留,这些变异导致的微小的进化不是经典的“达尔文学说”能合理解释的;第三:某些遗传结构本身具有适应意义和进化意义,能够在自然选择的力量所不及的情况下,“驱动”生物进化,但是达尔文进化论并不涉及遗传因素。1907年法国人亨利·柏格森(Henry Bergson)发表了《创造的进化》一书,柏格森认为:“自然的进化过程通常是从被动适应开始,稍后,她就建立起一个主动的适应机制。生命进步的真正原因在于生命的原始冲动,生命是作用于惰性物质的一种倾向。这种作用的方向并不是预先决定的,但他具有瞬时性、延续性。而且,遗传学上的事实已经表明,变异是DNA复制中的差错、例外。运动中神经系统的存在,正是不确定性的丰富源泉。生命冲动的主要能源就用于创造、完善神经系统的构造了。神经系统越是发达,享有的自由度也就越大。”爱因斯坦曾有一句名言:“想象力比知识更重要”,可以说从另一个侧面丰富了柏格森对本能与理智两种认识方式的分析与阐述。随着时间的延续我们也可明显看出,柏格森与拉马克的观点有着惊人的相似。它们都主张进化的主动性。以他们两人主动性进化论的观点,我们就很容易地解释麦道格电击小白鼠中出现的遗传功能水平进化的现象。这就是说,在自然界残酷的竞争环境中,草食性动物在被食肉性动物的追捕并且在多次地失去幼子的情况下,主观意识上产生了要求幼子在刚刚生出来时就能够立即站起来并掌握奔跑的技能和吸允的本领。就像电击小白鼠一样,将从暗道跑出箱子本领的意识信息通过获得性遗传机制,即——基因遗传给了下一代,在通过多代的进化突变后形成了稳定的遗传特性,这个推测不是凭空想象,而是有科学实验作为依据的。科学家们一直对亚洲巨蜂总是能回到它们最喜爱的筑巢地、即便是在离开数年以后也是如此的这一绝技感到迷惑不解:因为巨蜂常常随着花季的变化迁徒几百公里,最后却能返回到原先它们曾经居住过那棵树上的巢穴之中。这种本能如果对候鸟来说并不会引起人们的惊奇。众所周知,哺乳动物和鸟类通过利用体内的生物罗盘或借助太阳辨认方向,以返回到同一个栖息地冬眠或繁殖。但令人疑惑的是,寿命比迁徒期还短的昆虫是如何做到这一点的。在亚洲巨蜂迁徒的过程中,负责探路的蜜蜂能够找到蜂群原先的筑巢地,例如树枝或屋檐,尽管蜂群上一次使用这个地方时它们还没有出世。南非和德国的研究人员在2000年英国《自然》杂志上介绍了他们对此问题的研究结果。他们分别于1995年和1997年在马来西亚的丹南对两棵蜂树上的五个回归的蜂群进行了基因结构检测。有一个蜂群在离开两年后蜂王没有变,还有两个蜂群所携带的基因序列与两年多前在它们蜂王体内发现的基因序列相同。这表明这三个蜂群回到了它们原先的筑巢地点。至于另外两个蜂群,在1995年的分析结果和1997年所采集的蜜蜂样本中没有发现一致的基因特征。科学家们经过研究后认为,这种蜜蜂通过遗传获得了一种基因导向系统,使它们能够沿着正确的途径返回原地[108]。亚洲巨蜂就是这样在自然选择规律的驱使下,直接的将含有迁移路途标记的基因通过生命信息的遗传机制传给了下一代。这同时也说明,在从事相同的技能活动中,有着多代延续相传历史的动物(包括人类),其后代在从事这项技能活动时,具有其他同类所不具有的极大的优势(尽管有时这个动物的后代从未有过学习这项技能的历史)。其实,即使在被家养的草食性动物中,这种情况也没有什么大的改变。而对食肉性的动物来说,由于根本就不存在这种突变所需要的环境,因此肉食性动物(包括人类)也就不会产生这种突变的生物体内在的需求,所以人类以及食肉类动物的幼子,在刚生下来时,甚至连主动性吸允和识别母亲的本领都没有,则是完全适应自然选择的一个合理的结果。

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