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让我们继续来读《植物知道生命的答案》这本书。今天是第28天。 昨天咱们说到，植物确实是有长期记忆的，最典型的例子就是春化现象，它们可以记住自己有没有经历过冬天。一个叫做FLC的基因会抑制植物开花，而植物在经历寒冷时，可以通过压缩包裹在FLC基因外部的蛋白质，来实现FLC基因的暂时关闭，植物就被允许在环境条件合适的时候开花。 一旦一株一年开一次花的植物开过花之后，FLC基因就会在开花过程中被重新激活，确保植物不会在不合时宜的季节胡乱开花。 但是大家有没有发现一个问题，就是植物的种子似乎也是知道自己有没有度过冬季的。如果某些植物的种子没有经过春化，那么它们第二年就不会发芽。 要知道，植物FLC基因的激活和关闭是通过包裹在基因周围的蛋白质来实现的。我们一直以来都认为，基因是唯一能够实现跨代遗传的信息载体。而现在，我们观察到的现实似乎在啪啪的打我们的脸啊。是否经历过冬季的记忆，不仅能够从一个季节传到下一个季节，而且还能从上一代传递给下一代。这太不可思议了。 1809年，法国生物学家拉马克发表了他一生中最重要的著作《动物学哲学》。1809年是非常值得大家记住的一个年份，不仅因为《动物学哲学》的问世，还有一件更重要的事，就是另一本更重要的关于进化论的书——《物种起源》的作者查尔斯·罗伯特·达尔文在这一年出生了。当时的拉马克已经是65岁的老人了，而达尔文才刚刚出生。 拉马克是进化论的先驱者。在这本《动物学哲学》里，拉马克清晰的阐述了动物从简单的单细胞逐渐过渡到多细胞最后进化成人类的整个过程。他旗帜鲜明的提出：没有任何生物是上帝创造的，物种都是在漫长的时间里逐渐进化出来的。在这本书里，拉马克提出了他关于进化的两项基本原则，就是“用进废退”和“获得性遗传”，这就是现在在中学生物课上常常会提到过的用进废退学说。 现在我们都知道，拉马克的用进废退学说是不正确的。一个强壮的武士，无论怎么努力，也没有办法把自己的剑法和武艺遗传给他的儿子。一个伟大的学者，无论自己读过多少书，也没办法让他的儿子生下来就拥有知识，哪怕认识一个字都不可能。 达尔文是拉马克的粉丝，对拉马克的学说非常了解。但是达尔文没有止步于拉马克的洞察，他经历了环球考察和长达二十年的持续观察思考，终于提出了自然选择的观点。而达尔文的观点在我们了解了基因的存在后，也得到了进一步的证实。 但是问题来了。现在我们已经实际观察到，植物确实可以把上一代对于季节的记忆直接传递给下一代。这是不是说，我们否定了多年“获得性遗传”的观点又复活了呢？ 瑞士巴塞尔大学的芭芭拉·霍恩在实验中为植物的跨代记忆提供了直接证据。众所周知，一个物种的变异应该发生在产生种子的那个时刻。种子中发生的变异将会将基因的变化传递给下一代。但是，霍恩教授观察到一些恶劣环境造成的基因变异，比如说强烈的紫外线照射或者病原体侵害，这些由于外界恶劣条件产生的变异会所有的后代所接受。 霍恩教授在她的实验中，用紫外线对拟南芥的植株进行照射，使得拟南芥产生了只在紫外线环境里才会产生的变化。但是在这些拟南芥结出种子之后，霍恩教授吃惊的发现，所有的种子全部都遗传了这些变化。要知道，一棵拟南芥是可以产生数千枚种子的，而这些种子从播种到发芽，都没有经历上一代的那种紫外线照射，但是每一株幼苗，竟然都保留有上一代产生的性状。 这绝对无法用基因突变的理论来解释，即使是存在基因突变，也应该是几千枚种子中的一小部分产生随机的变异才对，怎么可能所有的后代齐刷刷的都学会了上一代植株在紫外线胁迫下产生的变化呢？ 后来，越来越多的这种亲代身上的变化被直接遗传给下一代的例子被发现了。我们发现在纳粹集中营中受到过心理创伤的人，虽然他们的孩子并没有亲身经历同样的苦难，但也会有类似的心理问题。集中营、大屠杀幸存者的孩子求助于心理医生的比例远远高于普通人。我们把这种现象叫做“创伤代际遗传”。 这些不通过基因突变，就能从亲代传递到子代的遗传现象，现在已经有一个专门的学科去研究，就叫做表观遗传学。 那么，拉马克的获得性遗传学说是否已经复活了呢？事实上并没有。拉马克所说的获得性遗传，是说生物能够把后天学习获得的变化遗传给下一代。但是表观遗传却不是这样的。表观遗传实际上是一个指令开关系统，无论这个开关有多少种不同的状态，都是事先已经在漫长的岁月中进化好的。表观遗传真正能够遗传的，只不过是这些开关的状态而已。 一颗种子之所以能够知道自己并没有经历过冬天，是因为在开花的过程中，FLC基因的表达已经被开启了，所以这时候产生的所有种子，都记住自己并没有经历过冬天，一定要过冬之后才能发芽。 抑郁和悲观情绪能够帮助人类在极端压迫的恶劣环境里更好的存活下来。这也是一个基因开关。集中营幸存者会把这个开关的状态传递给他们的子女，以确保他们具备同样的抗压能力。当他们的子女生活在自由的国度里的时候，这些特征就成了心理疾病了。只要放松自己，让自己经历足够多的自由快乐的环境，这个抑郁悲观的基因就能被再次关闭，他们的下一代自然也就会是积极乐观的了。 拟南芥为了在极端环境下能够成活，也会打开一些基因开关。在这种环境里，拟南芥的种子就都会携带同样的开关状态信息。这就能够很好的解释，为什么拟南芥会把自己在紫外线环境里产生的变化齐刷刷的遗传给它们的种子了。科学家发现，如果用一种能够清除表观遗传信息的化学药剂处理那些种子，这些种子就会失去来自上一代的能应对紫外线环境的特征。 当然，表观遗传学目前还是一门相当新的学科。很多表观遗传学的新发现都没能得到科学界的普遍接受。那些质疑的声音也会促使科学家做更多的实验去深入验证他们的新观点。 表观遗传学的理论在园艺学的领域得到的验证是最多的。很多观赏植物看起来样子极为不同，它们有的具有极具特色的花纹，有的具有特别的叶片形态，有的则是具有锦斑或者变异。但是很多这些特征都并不是实实在在的基因变异，很多变异都是因为受到环境刺激而造成的表观遗传层面的变异。 表观遗传层面的变异可以迅速的让下一代就具备同样的特征。这可能会出现某种新的观赏植物品种只需要很短的时间就能够大量繁殖。但是，由此带来的问题则是，如果没有能够在合适的环境中养护这些植物，它们产生的新的后代，特征就会逐渐退化，甚至特征完全消失都是非常常见的。 不管怎么说，我们现在知道了植物跨代记忆的基础，那就是表观遗传。在这一点上，植物与动物乃至人类都有相似跨代记忆传递方式。我记得有一部科幻小说，写的就是把人类的知识编码到卵细胞的蛋白质当中，实现了用遗传方式传递知识的故事。早晨送孩子上学的时候，看着那些背着超大书包的孩子们，我还真的很渴望未来的知识能够通过生物学的方式传递。如果真能做到这一点，能为孩子们争取到多少美好的童年时光啊。 |
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