王大虎

王大虎:食品能改变人的遗传

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饮食是否能够影响生物进化一直使人感觉困惑,而下面的例子恰恰说明了饮食不仅能改变动物的遗传,还会影响人的性格,外貌。只有从包括动物体生态系统的角度,才能够更好的理解进化思维,才能够使进化论更完善。

南太平洋岛国所罗门X岛有一个人文奇观,在岛上的居民有着X的皮肤,但却拥有金黄色的头发,所罗门X岛上大约有5%至10%的人口DNA序列中拥有“金发碧眼”的基因,许多人认为这是基因流动的结果。比如来自欧洲的探险家、商人以及来X岛上旅游的金发人种将此基因融入这片X岛中。但是,通过最新的研究发现,所罗门X岛上部分人口的金黄色头发基因源自本土进化,与欧洲人的金发碧眼基因存在不同点,这是常年暴露在阳光照射以及大量食用海产品的结果。

图104 所罗门X岛上的金发基因之谜困扰了科学家数十年(图片及参考资料来源:《所罗门X岛“金发基因”或食用海产品所致》腾讯科技,Everett/编译,2012年5月7日,图片由迈尔斯(Myles)与尼古拉斯·廷普森(Nicholas Timpson)博士提供。)

这项工作在2009年,由迈尔斯(Myles)与尼古拉斯·廷普森(Nicholas Timpson)博士完成的,参与调查研究的遗传学家在海滩上进行了一次简单的统计,玩水嬉戏的孩子们中大约由5%至10%拥有金色的头发。他们发现,所罗门X岛居民DNA序列调查中存在一个惊人信号,明确指向一个基因,正是该基因的表达使得当地部分岛上居民拥有金黄色的头发。这个强烈的单一信号在9号染色体说明了所罗门X岛居民头发颜色存在50%的差异性原因。然后研究小组将TYRP1基因进行识别,该基因可编码与酪氨酸酶有关的蛋白质,这种物质是目前公认的可影响色素酶的产生。

进一步的研究发现所罗门X岛上居民染色体上控制金发基因的变异体并不存在于欧洲人的染色体内,因此,科学家可得出一个结论:从很大程度上来说,在赤道以及大洋洲出现的金发基因是在当地环境影响下而演化出来的。

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2013年7月,秘鲁科研人员称发现有助延寿的天然植物。秘秘鲁拉莫利纳国立农业大学的项目主任维达尔·维利亚戈梅斯介绍说,这种植物通常生长在海拔3000米以上的高原湖边浅水中、高原湿地及河流和泉水的发源地等,当地居民称这种植物为“库丘乔”或“长寿根”。库丘乔的营养价值主要在根茎部分,其形状类似萝卜,平均长3厘米至6厘米,可鲜食或晾干后磨成粉冲服,有甜味、易消化,很容易被人体吸收。

维利亚戈梅斯说,检测显示,库丘乔中含有大量高品质淀粉和钾等多种矿物质,其蛋白质含量高于其他谷物,钙含量为牛奶的2倍,磷含量为其他食品的4倍。他认为,由于这些营养物质可强身健体,因此长期食用即可延年益寿。他说,普诺省科遥地区的高原村落中已发现不少百岁老人,食用库丘乔已成为当地居民日常饮食的一部分。

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美国科学家发现迷幻蘑菇可改变人类性格:2011年10月,美国科学家发现一种神奇的蘑菇,如果大剂量摄入,可以改变一个人的性格,变的更具有开放性。更令人感到吃惊的是,这种改变并不是持续短短几个小时,至少可以持续一年。

含有致幻化合物裸盖菇碱,一次摄入大剂量裸盖菇碱造成的性格改变可持续相当长时间,这种改变并不是持续短短几个小时,有近60%的人至少持续一年时间。研究领导人教授罗兰—格里菲思表示,大量研究参与者在摄入裸盖菇碱一年后性格仍处在变化之中,这种改变可能是永久性的。研发成果可用于未来的抑郁症药物治疗。参与者性格方面的“开放性”受到持久影响,这种开放性包括想象力、审美能力、抽象思维以及开阔性思维。裸盖菇碱导致的性格改变相当于性格在几十年内缓慢发生的变化。格里菲思指出,他表示这项研究发现表明,对裸盖菇碱的摄入量进行控制可用于治疗癌症患者的抑郁症,也能帮助烟民戒烟。

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2012年1月,美国研究人员吉恩·鲍曼等发现,可乐、薯条等X食品不仅腐蚀牙齿、增加腰围,还有损大脑,加速大脑老化,容易“脑残”。而富含维生素的食物和鱼则能延缓大脑X,有助预防老年X症。研究人员分析了104名、平均年龄87岁的健康老人血液样本。他们发现血液中维生素B族、C族、D族和E族水平较高的老人,在记忆力和思维测试中表现更佳;血液中欧米茄—3脂肪酸水平高的志愿者,测试得分也较高;得分最低的老人血液中反式脂肪酸较多。反式脂肪酸一般由植物油经氢化技术处理后产生。常见于蛋糕、饼干、油炸食品等加工食品中。反式脂肪会阻塞动脉、增加人患心血管疾病的风险,有害心脏,也有损大脑。

影响动物及人性格的因素是多种的,从狼到狗的驯化来看,有饮食结构、生存环境的变化,同时也有人工选择的迹象。康奈尔大学的丽诺尔·帕普斯(Lenore Pipes)在2013年5月10日的基因组生物学会议上,将他的关于驯养狐狸的研究做了相关介绍。他的研究表明,被驯养的狐狸改变的不仅仅是其本身的行为,还有它们的脑化学。20世纪50年代后期,一个叫德米特里·贝尔耶夫(Dmitry Belyaev)的前苏联科学家使用了狐狸代替狼模拟驯化过程。贝尔耶夫和他的同事挑选了最不具侵略性的狐狸养育,在之后培育的每一代狐狸后代里继续挑选最温顺的进行X。这样一直持续到现在,经过50多年的发展,这些狐狸的行为看起来更像狗,摇着尾巴,快乐地跳来跳去,或者依偎在看护人的手臂里寻求X。同时,科学家还在农场里培育了最具侵略性的狐狸。这些狐狸的后代会蹲伏,X着耳朵,咆哮,露出它们的牙齿并冲向那些接近它们笼子的人们。

狐狸的温顺以及侵略X都源于自身的基因,但是科学家并没有发现任何DNA的改变能够解释这些差别。帕普斯和她的同事并没有寻找基因本身的改变,而是采取了间接的方法,寻找狐狸大脑里基因活动的差别。

帕普斯发现大脑区域里的上百种基因的活动在两组狐狸个体中都不相同。例如,侵略性的狐狸为了感知多巴胺会导致某些基因活动增加。温顺的狐狸大脑里具有更多的血清素,在它们大脑里只有一种与感知血清素有关的基因表现出较高的活跃性。

在另一种不同的分析里,帕普斯发现所有侵略性狐狸都携带有一种形式的GRM3谷氨酸受体基因,而大多数温顺的狐狸则具有该基因的不同变体。在人类身上,GRM3的基因变体被认为与精神分裂症、躁郁症和其他情绪紊乱疾病有关。在传输谷氨酸信号过程中涉及的其他基因,后者能够帮助调节情绪,在温顺狐狸X体中也表现出较高的活动性。

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食用淀粉食物导致狗从狼X中分化:很多人都知道,狗是从狼驯化而来的,一项最新研究发现,狗因长期与人居住,为了适应我们的淀粉饮食,导致狗狗的遗传发生变化,具备了消化淀粉的基因。这项研究的负责人瑞典乌普萨拉大学的克尔斯汀—林德布劳德—托赫及其科研组研究发现。狗拥有比狼更多的AMY2B基因的副本,这种基因对消化淀粉产品至关重要。狗胰腺里的这种基因比狼体内的活跃28倍。该科研组还发现10个对狗消化淀粉和分解脂肪有帮助的基因。林德布劳德—托赫说:“虽然有可能是人类到野外捕捉了狼的幼崽,并对它们进行驯化,但是狗在现代农业开始后开始食用人类的剩饭剩菜,导致它们自行驯化的观点,可能更有吸引力。”

很多案例说明,生物基因本身并不是X的,在古细菌、病毒领域,基因交换频繁,而且动植物等与微生物也有基因交换现象,最新例子也证明了基因在植物之间的转移。实验证明了大型动物包括人的基因对环境相应是非常迅速的。

狗是从狼进化来的,这本身涉及另一个长期的疑惑,狗与狼已经分化成两个不同的种X。按照达尔文主义,狗的进化似乎脱离了传统的自然选择概念,就是生物进化为何与达尔文的自然选择如此矛盾。就像本书开篇序里的照片一样,那是高中笔记本里的记录,其实作者本人从高中时候开始进行了质疑,这必然涉到拉马克主义,更深层的原因,涉及基因遗传的本质、非基因之外的蛋白质等有机物在遗传中的作用、基因在生物体内的本质,更深的探究就是生物量子本质的一种协调。

总结:表观遗传与达尔文主义的融合

“表观遗传”使获得性遗传再次引起科学家的兴奋,短短数年,它已成为生命科学界最热门领域之一,科学家发现人类不仅有作为遗传物质的基因组信息,还有一套管理、调控、修饰基因组的密码指令系统。不同的个体,指令系统也不同。另外,这套密码指令还能在特定环境下发生改变。

另外,表观遗传的印记在没有环境压力的数代之后,可能会渐渐丢失。事实上,以DNA为载体的中心法则仍是传递遗传信息的主要方式,而表观遗传可作为它重要的有益补充,而非你死我活的针锋相对。

基因遗传与基因突变困境:究竟是基因突变导致了生物的自我优化选择,还是环境长期积累导致了基因的选择,这似乎已经有越来越多的证据证明环境因素的重要性,当然这种环境外部环境与内部环境两部分因素。

南京大学张辰宇教授团队的研究具有颠覆性的意义,他的研究令人惊奇的是——植物的微小RNA可以通过日常食物途径进入人的体内。这些微小的RNA能够通过调控靶基因表达的来影响人体的生理功能,当然这对动物界也是通用的。该研究证明除了水,蛋白质,碳水化合物等外,植物微X糖核酸可能是食物中的“第七种营养成分”。该发现的潜在意义还在于:该研究为我们提供了动植物之间跨“界”相互作用以及共进化(co-evolution)的新线索,该研究为我们打开了一条新的思维通道,就是植物以及昆虫的外源性微小RNA在猎物和捕食者间的是如何相互影响的。

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狼因为长期被人类驯化及饮食习惯的原因慢慢演变成现在的狗,南太平洋岛国所罗门X岛的居民因为常年暴露在阳光照射以及大量食用海产品的导致X的皮肤,却拥有金黄色的头发。

内外环境都在遗传方面有其影响性,比如在非洲人的基因组里,存在抗艾滋病和抗疟疾的遗传变异,但是亚洲人和欧洲人基因里面却没有。亚洲人在消化牛奶方面没有欧洲人有优势,因为欧洲人体内含有更高活性的乳糖酶的糖类消化酶,能够将牛奶中的乳糖分解为可吸收的物质。传统达尔文主义认为,这是由于过去一万年间,奶制品是欧洲人们的重要食品之一,体内乳糖代谢酶的活性高,有效地代谢乳糖对于欧洲人是一种选择优势,因而决定这种表型特征的遗传变异在欧洲人中保存下来。

同样,如果让习惯进食肉类的欧洲人像亚洲国家的人一样每天吃面条和馒头以及米饭,也会给他们带来困扰。因为中国和许多亚洲国家的人X的唾液淀粉酶的活性高于其他人X,这也是由于淀粉类食物是亚洲很多国家的重要食品之一。但是包括中国,韩国等亚洲各个国家的人在欧洲生活,并不会因为自己肠胃里没有乳糖酶,导致不能更有效的吸收牛奶,而被自然淘汰,相反事实证明,亚洲人会在欧洲能生存的很好。

这之前文章及后面章节的证据都在都说明,遗传是复杂的,不是DNA独有的。蛋白质,卵细胞环境,DNA,RNA,外部环境,动物与植物,及生物体内的微生物等对于生命进化都具有长期的互相影响,正是因为这些因素互相作用才激励了生命的进化。

蛋白质在生物体细胞中扮演着重要角色,传统认为基因DNA才是生物遗传的核心,但是在遗传学领域,表观遗传学越来越受到重视,因为很多证据证明,动物可以不通过基因的转变就能够遗传性状。那么在遗传领域除了基因,我们必须开拓其他思路,考察生命体的真正本质。而且我们也要重新审视,基因DNA遗传物质核小体组蛋白与非组蛋白在基因遗传信息中的作用,寻找生命真正的核心密码信息传播方式。

目前看有几个证据证明非核物质的遗传记忆特征:1.蛋白质等大有机分子的自组性。2.蛋白质朊病毒的感染性。3.蛋白质决定神经细胞的记忆性。4.细胞质决定胚胎细胞增长特性。5.克隆证据表明细胞质有遗传特性。6.器官移植带来的性格转移问题。7.在生物界遗传主体DNA与组蛋白严密配合,首先构成核小体,然后再构成染色体主体。这都说明组蛋白的重要性,不再仅仅是记忆体的配角(详见第五章核小体部分)。

细胞胚胎学说明,细胞质中的结构物质比如蛋白质、生长因子、激素等在生物遗传中同样对细胞具有决定性的作用。

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前文我们已经讲到,在自然界中,很多非生命有机分子,都能够进行自我组装,而且大量资料证明,量子具有系统性、记忆性。量子组成的纳米分子成长也能够进行自我组装,自然界中晶体、非晶体都有自己的组装方式。

许多超级分子构造(如DNA核小体,蛋白质朊病毒、多酶系、核糖体和膜等)都能在没有外来信息的环境下,通过亚基非共价连接(疏水性相互作用、离子键和氢键)能够自行装配形成。这一过程称为大分子的自装配。大多数超分子X中,自装配所需的信息是由蛋白质亚基提供的,而在另一些X(如烟草花叶病毒、核糖体等)中,蛋白质亚基和RNA都能提供装配信息。此外,在膜层建造中,磷脂分子也能提供这类信息。

由遗传决定的蛋白质亚基的氨基酸顺序包含有形成超分子构造的双重信息。在一个水平上,亚基多肽链的一级结构(氨基酸顺序)决定该亚基的三维构象。同时,在另一个水平上,每一个亚基的三维构象又含有同相邻亚基间的识别和结合的部位,各亚基借此按一定的空间关系形成特定蛋白质大分子的四级结构。然后,再通过蛋白质大分子之间以及蛋白质同核酸、磷脂分子之间特定的相互作用,从超分子构造到细胞器,逐级地装配成越来越复杂的形态构造。

在核糖体30S亚基的重组实验中已发现,21种蛋白质和一个16S的rRNA分子同样是按一定顺序并协同地自装配的。此外,还发现细胞的各种基本结构和功能单位(如微管、细菌鞭毛、各种多酶X以及肌原纤维的粗丝等)的建造,都表现自装配现象。值得注意的是,细菌鞭毛的亚基,在必需有一段现成的鞭毛作为“晶种”的情况下,自装配过程才能进行。

蛋白质组成基因中的核小体,按照量子物质本身的逻辑及蛋白质本身的细胞外活性,蛋白质本身就是一种信息库,蛋白质不可能在染色体中的基因里面仅仅扮演结构的角色。相反蛋白质构成的组蛋白是基因信息的持续记忆的储存核心,甚至其功能与DNA一样重要。

在生物信息领域,对于核仁结构、核糖体扮演的角色及染色体端粒扮演的角色,我们应该赋予更多的信息与控制价值研究,这些都与蛋白质的作用是分不开的。

在人们研究大脑神经,记忆形成机制的时候,很多的证据说明,长期记忆形成以为着神经突触的变化,并伴随着蛋白质的增加。

现X物学已发现,有些动物是以分裂或芽式方式繁殖的,如海星、蚯蚓。海星的再生能力甚强,若把它撕成几块抛入海中,每一碎块都会重新长出失去的部分,从而长成几个完整的新海星来。因此,某些种类的海星通过这种超强的再生方式演变出了无性繁殖的能力。蚯蚓也具有较强的再生能力,身体被切断以后,在断掉的地方会生出好似胚胎的组织,很快将失去的部分补偿好,长成一条新的蚯蚓,且从头至尾都有再生能力。

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海星与蚯蚓的行为以及表观遗传学研究都在说明,生物细胞是有活性的有机分子构成的集合,细胞是各种有机分子合作的集体表现。在生命进化中,有机分子在细胞中逐渐形成不同的角色,有的负责遗传记录信息,有的负责传递信息,有的负责构成生命的骨架,从量子角度,构成生命的一切物质的大部分空间都是电磁场,有机分子元素非常类似,本质来讲这些空间都可以储存信息。

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