【人的創造-6】獲得性遺傳否定之否定

文：格致夫

生物界通過物競天擇機制，以“摸着石頭過河”的試錯演化模式獲得蔚為大觀的進化成果——特別是“萬物之靈”人類這個最大成果。雖然學界主流觀點否定進化具有目的性，但上一篇《【人的創造-5】動物進化的“目的性”》通過對動物肢體演化眾多實例的討論，得出的基本推論卻有些不同：從生物種群的宏觀角度審視，生物進化是有目的的！眾多動物的肢體都在向着最適宜其生存（適應環境和提升技能）的方向準確進化。例如，古猿在向人類進化過程中，不僅進化出靈巧無比的雙手，而且“有目的”地進化出適宜於人類活動特徵的雙腳！

如何令人信服地解釋這一進化現象？

首先，一種獨闢蹊徑的解釋是，廣義勞動促進了這種“定向”進化。當古猿從樹上下來，開始直立行走、奔跑和跳躍的時候，就開始了對雙腳的“改造”進程。當然，這一進程極其漫長！從古猿嘗試直立行走至今，幾百萬年過去了，猿進化成了人，那雙類似於猩猩的猿類腳，才進化成我們今天的人類腳。

其次，拉馬克的獲得性遺傳說認為，因環境變化及生物習性等導致的一些後天習得的新“成果”可以反映在遺傳子代中。上一篇曾提到，這一假說曾被後世壓倒性主流認識所否定。而在這位先驅提出該假說兩個世紀之後的今天，這種否定卻重新受到懷疑和挑戰，其主因是表觀遺傳學取得重大進展。

本篇將從廣義勞動和獲得性遺傳兩個方面對生物進化的貢獻展開討論。

1)“勞動創造人本身”的論證難題

上一篇曾強調，對拉馬克理論持開放態度是必要的，還有另一個更大膽的假說，同樣需要科學界持開放態度。這就是前面曾討論過的，恩格斯在《勞動在從猿到人轉變過程中的作用》一文中，提出的那個驚世駭俗的觀點：勞動創造人本身！

這位馬克思的密友，並非一位受過良好訓練的科學家，其學術身份應算一位政治理論工作者。一位“門外漢”提出一個純科學假說，這本身就相當令人意外。而比其不夠格的身份更令人意外的是，這個論斷本身的難以想象：勞動創造人？這比上帝造人更需要想象力！而比特殊身份、“奇葩”論斷都更加難以企及的是，如何證明或證偽這個論斷？

無需太多複雜的分析，也不難理解：欲證明勞動對人的進化是否存在促進作用，是不可能找到直接證據的！首先是進化的時間尺度。進化不是以百年、千年為單位，而是以萬年、甚至百萬年為尺度！其次，該領域任何直接證據的來源，僅限於考古發現和基因分析兩條途徑。顯然，化石和基因都不可能體現出直觀的勞動因素！由於這兩個因素，決定了恩格斯假說的證實或證偽，都只能依賴間接證據，以及必要的邏輯推理。

2）逆向思維的邏輯論證

本系列《【人的創造-3】勞動造就每一個人！》一文，與其說是對恩格斯假說的擴展應用，倒不如說是從邏輯上論證恩格斯論斷的另一種新嘗試。將勞動對人類進化的影響轉移到探究勞動對個體人這個小對象的直接影響，時間尺度便縮小到個體人約20年的成長期，這就把尋找直接證據的難度大大降低了。也就可以通過考察個體從出生到成人的過程，來分析勞動在每個階段扮演的角色。

如前所述，就勞動創造人本身這個命題而言，理應把“廣義勞動”定義為生物對其進化有影響的一切活動，且根據勞動是否具有規劃目的性，區分為高級勞動和低級勞動兩類。值得一提的是，廣義勞動對人的影響並不限於肌體本身和智能兩方面，還包括諸如反應敏捷度、與外界交流模式與水平、甚至性格氣質等方面。

該文一個逆向思維的推論是：沒有廣義勞動，個體人會退化為廢人（不會講話，不會走路，肌肉無力，行動困難等）！事實例證除該文提供的，還包括因傷失去行走能力者腿會變細、僵硬等。而狼孩連大腦的發育也受到影響，以致於回到人間很多年，仍不會講話，智力低下。這就凸顯出缺失廣義勞動的負面效應。

設想一下：假如完全沒有廣義勞動的廢人，繼續很多代繁衍下去，且每一代都完全缺失廣義勞動，那會演變成一種什麼狀態？歷經足夠多代後，他們的四肢和大腦還能跟正常人一樣嗎？四肢會不會逐漸萎縮？大腦發育會不會受到影響？

這種逆向思維的關鍵邏輯就是：既然沒有廣義勞動，人類從軀體到大腦都會退化，那麼，這就從反面證明了，廣義勞動必然促進人類的進化！

3）表觀遺傳學的異軍突起

關於進化論先驅拉馬克的貢獻，除了前面提到的，還包括幫助創造了“biology（生物學）”這個詞。但他去世時卻相當悲慘，除了又病又盲，窮困潦倒，孑然一身，死後屍首竟被扔在石灰坑裡，還被人嘲弄。作為偉大的達爾文的陪襯，他離世後更成了糟糕演化理論和壞科學的典型代表。好在他的獲得性遺傳理論，在歷經兩百年之久的屈折歷程之後，似乎走到了否定之否定的新節點——迎來重生的曙光！而帶來這一轉折希望之光的主要“功臣”，正是生物學前沿領域表觀遺傳學。

研究在DNA序列不變條件下，基因表達發生改變的學科稱為表觀遺傳學（epigenetics）。人類不僅有作為遺傳物質的基因組（DNA）信息，還有一套管理、調控、修飾DNA的密碼指令系統。不同的個體，指令系統也不同。更重要的是，這套密碼指令還能在特定環境下發生改變。更神奇的是，改變後的指令很可能會遺傳下去！科學家們已經陸續發現一些這類例證。如2007年，日本科學家在試驗小鼠中發現，一種稱為stella的蛋白質就能有效保護卵子中某些基因的甲基化修飾，並傳給下一代。

有評論認為，“表觀遺傳學可能是自發現基因後另一項最重要的發現。”近年來，它已成為生命科學界最熱門的領域之一。就目前所知，表觀遺傳現象至少包括DNA甲基化、RNA干擾、組蛋白修飾、染色體失活四類。

表觀遺傳學首次暗示另一個演化指向系統的存在——這個系統能與達爾文的理論互補，是對環境的有序回應，而不僅僅是像遺傳漂變一樣的隨機變化。與傳統遺傳學不同，表觀遺傳學關注的是非DNA序列變化引起的變異，而環境因素對這類變異和遺傳的影響至關重要。

最顯而易見的例子是同卵雙胞胎。他們擁有完全相同的遺傳物質，理論上應該長得一模一樣。剛出生的雙胞胎也確實很難區分，但隨着年齡的增長，他們的差異會越來越大，包括外貌、性格甚至性取向。其主要原因就是隨着年齡的增長，不同個體DNA的修飾狀況（如甲基化水平）的差異會越來越大，造成具有相同DNA序列的個體具有不同的表型。

DNA甲基化通常會導致DNA失去轉錄活性。反之，細胞也有去甲基化的功能使某些區域的DNA恢復表達。有些基因被甲基化以後，可以重新恢復到去甲基化的狀態；而某些基因卻可能一直保持甲基化狀態。已經發現，有一些基因的甲基化將會持續保留到其後代中。例如，通過小RNA干擾技術沉默某個昆蟲的基因以後，這些昆蟲後代的基因在一定程度上也被沉默了。雖然並非所有的DNA甲基化都可以遺傳，但某些DNA片段上的甲基化信息確實可以遺傳至後代。

反轉錄酶的發現使獲得性遺傳問題的爭論重新開始。實驗證明，遺傳信息的傳遞，並非只有中心法則所指出的DNA——RNA——蛋白質這一個方向。實驗證明，從RNA到DNA方向也是客觀存在的。表觀遺傳學成果告訴我們，獲得性遺傳很可能是存在的。例如，當用一種酶把枯草桿菌的細胞壁去除後，在特定的生長條件下，它們可以繼續繁殖，後代也是無壁的，並且這種狀態可以穩定地遺傳下去，只有把它們放在另外的一種生長條件下，細胞壁才會重新生長出來。

我們周圍的環境以及我們所作出的反應都可能影響我們的表觀遺傳。生物通過對DNA的修飾改變基因的表達，從而更加適應環境，而這些修飾有可能遺傳給他們的子代。已經有理由相信，表觀遺傳在嚴重肥胖症乃至哮喘中發揮着作用。例如，一項實驗研究證實，長期高脂肪飲食的雄性大鼠生育的雌性子代更容易出現肥胖。

不難設想，環境通過表觀遺傳學修飾所造成的改變，增加了生物的複雜性，給種群賦予了適應新環境的能力。儘管生物不能將全部的自身經歷傳遞給下一代，長頸鹿也不可能通過天天伸長脖子來幫助後代吃到更高處的樹葉，但生物能夠通過為後代留下某些個寶貴的遺傳學武器，增加它們在困境中生存的機會。換句話說，環境壓力與種群遺傳多樣性之間那遺失的一環就是表觀遺傳學，而它與隨機性點突變並不矛盾，可以並行不悖。

生命通過表觀修飾，比如甲基化，來傳遞“前世記憶”，這裡有人們更熟悉的例子。譬如，一棵樹可以讓它的子孫知道環境正在乾旱等；再如，植物如何記得在春天開花？答案是被低溫激活的VALs轉錄因子，給開花調控因子FLC扣上一個個甲基化“帽子”，令它們都沉默，花遂開；等天氣轉暖，花開花謝，Pioneer轉錄因子再把FLC叫醒（去甲基化），最終實現果樹不在秋天開花。

4）獲得性遺傳的例證

該領域研究者們已經陸續有不少這類發現。這裡選列幾個例證：

—— 小鼠獲得性免疫遺傳。1980年代初, 加拿大安大略癌症研究所的兩位免疫學家在《美國國家科學院報》上提出, 小鼠通過注射骨髓細胞、淋巴細胞, 可後天獲得抗原耐受性, 並能將此耐受性傳給下一代。該論文掀起了拉馬克主義在免疫學中復活了的小浪潮, 英國《自然》也為此發表評論文章和後繼論文。但後來由於試驗的嚴格性受到懷疑, 這一浪潮並未維持多久。

—— 2005年，有人在《科學》上發表論文指出，將懷孕的大鼠暴露在高劑量的殺蟲劑和殺菌劑中，大鼠的後代成年後都出現了器官損傷，其中雄性後代的精子異常DNA甲基化至少持續了4代。這項研究是該領域早期的幾篇重大論文之一，但它至今依舊飽受質疑。而懷疑者們主要理由是，人們對這些現象背後的機制所知甚少。有評論認為，當你研究的是遺傳特徵這類東西時，不知道現象“如何發生”，和不知道現象“是否存在”，可以說並沒有那麼大的差別！

—— 2011年11月，哥倫比亞大學研究者發表於《細胞》的一篇論文，利用一種昆蟲病毒FHV感染線蟲，發現線蟲通過RNA干擾的方式沉默了病毒基因，從而獲得針對該病毒的免疫力。之後，研究人員通過基因突變方式讓線蟲後代失去病毒耐受能力，發現這些遺傳變異的線蟲後代仍然顯示出對抗病毒的能力。“我們在近一年的時間裡對超過100代的線蟲進行了追蹤，發現它們持續地保有這一免疫特性，”研究人員推斷，這種抵禦病毒的遺傳信息，是通過某些病毒RNA分子而非DNA儲存的形式，傳遞到了後代中去。

—— 2014年，《Nature Neuroscience》發表的“父母的嗅覺體驗影響後代的行為和神經結構”一文，利用嗅覺分子特異性，對試驗鼠F0代在受孕前進行氣味恐懼條件反射訓練，發現隨後的F1和F2代對F0代過敏氣味表現出敏感性增加，但不包括其它氣味。

—— 在另一項小鼠研究中，研究人員發現環境壓力導致雄性鼠產生攻擊性行為，並且其後代也遺傳了同樣的行為。值得注意的是，這些子代小鼠體內特定基因的DNA甲基化模式發生了改變。這類研究都支持一個觀點，即環境的選擇性壓力會通過表觀遺傳學影響DNA並傳遞給子細胞及後代。

—— 2018年8月，《Nature Medicine》發表的一篇論文是蘇黎世聯邦理工學院的Christian Wolfrum團隊的發現：女性冬季受孕的話，將來生的孩子更不易肥胖，因為體內負責耗能產熱的褐色脂肪含量會更多。通過小鼠試驗，也證實了這一效應。 

而通過對自然界的觀察，也不難發現，植物中似乎也不乏這方面的例證。在茂密的森林環境中，某些樹木(如加州紅衫)為了獲得足夠陽光進行光合作用，會有目的地"拼命"長高，經歷無數代後，這種後天獲得的長高能力似乎“固化”到了基因中——如果你把這類樹種移植到陽光充足的後院，它們仍然會比一般樹木高得多。

5）獲得性遺傳的評價

首先，獲得性遺傳的存在，雖然已經發現不少實驗證據，但到目前為止的肯定性結論仍然具有很大局限性。屬於某些生物某些性狀在有限代際間的遺傳，而非拉馬克規模與水平的後天獲得性狀普遍性永久性遺傳。Graham Templeton評論說：就算如一些研究結果所暗示的那樣，童年創傷引起的特定基因甲基化水平變化在後續幾代中都能檢測得到，也並不一定對演化有多少意義。只有當它真的能萬世長存下去的時候，它才能算作是一種演化機制。而在大鼠實驗裡，時間好像真的能治癒一切。假如效果一代代總會衰退下去，那就算電擊引發的應答能延續幾代，仍不能指引演化的方向。

其次，目前水平的研究尚不足以得出完全否定拉馬克理論的結論。畢竟今天的遺傳學仍有大量的問題沒有搞清楚，並不能解釋生物進化中的所有問題，所得出的某些結論也就並非那麼可靠。上一篇對魏斯曼切除老鼠尾巴試驗缺陷的分析，就是一例。某些後天獲得性狀被“固化”於表觀遺傳機制而恆久遺傳下去的可能性尚不能完全排除，有待進一步研究。一種審慎的開放性態度是十分必要的。有評論認為，表觀遺傳學對生物學家來說是個“黑匣子”，它仿佛是個巨大的未知空間，但其自身性質卻抵制着深入研究。

第三，即使在最好的情況下，表觀遺傳學最終完全證實了拉馬克理論對諸多後天性狀成立，也並不構成對達爾文自然選擇進化機制的挑戰。獲得性遺傳並非生物進化的主要方式，它只反映進化的部分外因。以DNA為載體的中心法則仍是傳遞遺傳信息的主要方式，表觀遺傳可作為它的重要補充。兩種理論在歷經200年的相互牴觸後，最終可能回歸一種互為補充、相輔相成的關係。值得一提的是，達爾文的態度也有折中的一面，他也不曾否認用進廢退和獲得性遺傳！

第四，即使考慮最悲觀的結局——表觀遺傳學最終否定大部分後天獲得性狀的遺傳可能性，此類研究仍具有重要價值，儘管對演化生物學家來說會失去大部分意義。例如，表觀遺傳機制對醫學和遺傳學家們就具有重要的實用價值，包括對癌症發病機制和藥物的研究，以及對遺傳疾病的研究等。目前已有這方面的實例。

最後，即使表觀遺傳學尚不能直接證明勞動效應的遺傳機制，只要能夠最終證實大部分後天獲得性狀的有限遺傳機制（如3、4代），仍將是對勞動在人類進化中促進作用相當給力的間接證明。原因在於，勞動效應不僅屬於後天習得性狀，而且屬於每一代都在不斷累積的效應！只要這種勞動效應存在遺傳機制，哪怕每一代的微小勞動效應只能遺傳有限幾代，無數代勞動效應的不斷累積與疊加，仍將意味着對人類進化具有重大促進作用！

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