王大虎

王大虎:拉马克表观遗传学与达尔文自然选择的冲突

王大虎

在现X物学上,有些生物不改变基因,就能把一些本能遗传给下一代,比如花的颜色,并不是基因主导,但能够遗传下一代,这被称之为“表观遗传学”,这一理论的主要提出及代表人物就是拉马克。拉马克认为,生物经常使用的器官会逐渐发达,不使用的器官会逐渐退化,这被称为进化领域的“用进废退”学说。

1809年,拉马克((Jean Baptiste Lemarck,1744~1829)出版了《动物学哲学》。他在书中系统地阐述了他的进化学说,提出了两个法则:一个是用进废退;一个是获得性遗传。后人把拉马克对生物进化的看法称为拉马克学说或拉马克主义,其主要观点是:1.物种是可变的,物种是由变异的个体组成的X体。2.生物存在着由简单到复杂的一系列等级阶梯,生物本身存在着一种内在的“意志力量”,驱动着生物由低等级向高级发展。3.生物对环境有巨大的适应能力,环境的变化会引起生物的变化,生物会由此改进其适应,环境的多样化是生物多样化的根本原因。4.环境的改变会引起动物习性的改变,习性的改变会使某些器官经常使用而得到发展,另一些器官不使用而退化,在环境影响下所发生的定向变异,即后天获得的性状能够遗传。拉马克的观点有其历史局限性,因为在1809年前,既没有现代化的科技手段,也没有大量的生物学积累,而基因DNA是在150年后才被发现的。拉马克对于现X物学的贡献,更像其书《动物学哲学》的本意,具有哲学指导意义,但是拉马克的思想无疑是具有前瞻性的。

由于拉马克的观点与当时占X地位的物种不变论者产生了很大的冲突,他受到敌对势力的打击和X,导致他的一生是在贫穷与冷漠中度过的。他晚年双目失明,忍受病痛的折磨,但他仍顽强地工X柯尼利娅笔录,坚持写作,把毕生精力贡献于生物科学的研究上。

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达尔文(1809~1882)从小就热爱大自然,喜欢打猎、采集矿物。16岁时便被父亲送到爱丁堡大学学医。他进入大学第二年,就加入一个专注于博物学的学生团体,并且成为罗伯特·爱德蒙·葛兰特(Robert Edmund Grant)的学生,葛兰特是一位拉马克主义的拥护者。由于达尔文的父亲认为他“不务正业”,一怒之下,于1828年又送他到剑桥大学改学神学,希望他将来成为一个“尊贵的牧师”。达尔文对神学院的神创论等十分厌烦,仍然把大部分时间用在听自然科学讲座上,自学大量的自然科学书籍,并热心于收集甲虫等动植物标本,学生时代的达尔文对神秘的大自然充满了浓厚的兴趣。

1831年,达尔文开始了历时5年的环球科学考察旅行。1859年,经过20多年研究,他终于出版了《物种起源》。在这部书里,达尔文旗帜鲜明地提出了“进化论”的思想,说明物种是在不断的变化之中的,是由低级到高级、由简单到复杂逐渐演变的。这部著作的问世,第一次把生物学建立在完全科学的基础上,以全新的生物进化思想,X了“神创论”和物种不变的理论。

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无疑,拉马克与达尔文在生物进化历史中的贡献是巨大的。用现X物学说看,拉马克认为“用进废退”这种后天获得的性状是可以遗传的,因此生物可把后天锻练的成果遗传给下一代。如长颈鹿的祖先原本是短颈的,但是为了要吃到高树上的叶子,经常伸长脖子和前腿,由于经常使用,颈和前肢逐渐变得越来越长,越来越发达,并且这些后天积累的“获得的性状”能够遗传给后代,通过遗传而演化为现在的长颈鹿。又如有人上一代擅长运动,身体强壮,而子代则很容易通过非DNA遗传获得来之父母的这种性状使肌肉容易X,拥有运动天赋。

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而达尔文进化论认为,生物通过基因突变,通过自然选择,物竞天择,优胜劣汰,适应者生存下来。比如基因突变导致下一代脖子长的长颈鹿能够吃到更高树上的树叶而生存下来,而一些基因突变导致脖子短的长颈鹿不能获得更多的食物,这种基因突变的自然选择饿死了短脖子的长颈鹿,从而使长脖子的长颈鹿能够生存下来并繁衍下一代。

达尔文自然进化论核心思想是优胜劣汰,即物竞天择,适者生存。他认为:生物都有繁殖过剩的倾向,而生存空间和食物是有限的,所以生物必须“为生存而斗争”。同一种X中存在着变异,那些具有能适应环境的有利变异的个体将存活下来并繁殖后代,不具有有利变异的个体就被淘汰。如果自然条件的变化是有方向的,在历史进程中,经过长期的自然选择,微小的变异就得到积累而成为显著的变异,由此可能导致亚物种和新物种的形成。

获得性遗传,也就是我们所说的“表观遗传学”(获得性和遗传)。获得性指的是通过后天的(非先天的)外界环境的影响所表现的性状特征;遗传是指这种外界影响的改变能够遗传给下一代。在当时的历史条件下,达尔文和拉马克的学说都各有支持者,后来在大量实验的验证下,尤其是遗传学的发展,也就是我们熟知的孟德尔定律被证实,达尔文的进化论逐渐得到肯定。

德国的科学家魏斯曼曾经做过一个实验:将雌、雄的老鼠尾巴都切断后,再让其互相X来产生子代,而生出来的结果也依旧都是有尾巴的。再将这些没有尾巴的子代互相X产生下一代,而下一代的老鼠也仍然是有尾巴的。他一直这样重复进行至第二十一代,其子代仍然是有尾巴的,就此在历史上X了拉马克的学说。

现代分子遗传学已非常清楚,有些生物的性状功能不管是否常用,也不会编码到染色体中。由于基因在拉马克的学说中不为参考因素,不符合现代的遗传学,因此在近代科学界中,拉马克的学说普遍不被接受,长久以来科学家一直用达尔文主义来解释生物的演化。

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随着现代科学的研究,分子生物学的知识和技术手段日渐成熟。人们揭示出了遗传的基本规律,那就是遗传信息的复制、转录、翻译,不同的基因序列会决定不同的结果。我们生命的特征和意义都存在于基因序列中。比如黑头发、黑眼睛与金发碧眼,都是由基因决定的。如果由基因不发生变化,那么后代都会稳定地遗传下去。

然而,随着近十几年来微观科学与技术手段的不断发展,最近越来越多的科学研究证明,一些证据表明后天性状可以继承。最有名的例子是二次世界大战时期的荷兰出现大面积X事件。长期处于饥饿状态的母亲生出的孩子更容易出现肥胖和其他代谢紊乱疾病,这一患病风险延续到了他们的后代。控制实验也表明了类似的结果,比如有两篇论文讲了两个实验涉及表观遗传学:一个实验介绍了用高脂肪食物喂养雄鼠,其雌性后代会变胖;另一实验表明外因来改变老鼠体内胆固醇的新陈代谢,其后代体内的胆固醇含量也会随着发生改变。更早实验中,当雌性老鼠食用了某些特定的食物后,会改变其后代的毛色。至于在低等动物和植物中,这种类似的例子则更多。在这些案例中,都没有改变基因,却都发生了性状的遗传,也就是都具有获得性的遗传,后天获得的特征可以不改变基因密码而传给后代。

本质来讲,拉马克主义与达尔文主义的尖锐对立,还是由后来的科学界的互相争论而引发的,如果他们生活在现代,也许他们观点基本一样了,就是遗传具有多种因素。

 

 

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