一旦获得性遗传得到证实，无论是对生物界还是对人类社会，都将是一个极大的冲击

在进化论中有两种互相对立的假说：拉马克主义（Lamarckism）和达尔文主义（Darwinism），两者最主要的分歧在于对于获得性遗传的看法。所谓获得性遗传（Heritability of Acquired Characteristics）是指父母在后天获得的性状能够遗传给下一代。拉马克主义认为获得性遗传是生物进化的主要动力。一个著名的例子是对长颈鹿的脖子变长的解释，拉马克认为长颈鹿的脖子之所以长，是因为父辈长颈鹿为了吃树顶上的叶子，所以脖子越伸越长，而通过获得性遗传，就可以把这个长脖子的性状传给下一代，久而久之，长颈鹿的脖子就越来越长了。这种思想被简单（有点误导地）概括为四个字“用进废退”。达尔文主义则否定获得性遗传的机理，它认为物种是通过生存竞争把不利的基因从物种的基因库中淘汰从而达到整体进化的效用。就长颈鹿的例子来看，达尔文认为在长颈鹿这个群类中，既有长脖子的，也有短脖子的，但是长脖子的更容易吃到树顶的树叶，处于竞争优势，所以其存活和繁衍能力比短脖子的大。久而久之，长脖子的长颈鹿越来越多，短脖子的长颈鹿越来越少，于是长颈鹿的脖子就越变越长了。这种思想也被简单都概括成四个字“优胜劣汰”。

两相比较，拉马克主义较为直观，达尔文主义较为复杂，但是两者都能说得通。哪种是正确的，只能通过实验验证。在拉马克和达尔文时代，遗传和基因的概念还没有流传（孟德尔开创性的遗传学研究迟至在20世纪初才被“重新发现”），所以哪一方都没有决定性的胜利。直到基因和遗传的机制被科学家们认识了之后，达尔文的思想才取得最终压倒拉马克主义。在遗传学看来，基因亦即遗传物质以DNA为载体，DNA先转录为RNA，再翻译为蛋白质，蛋白质通过复杂的互相作用，决定了生物体的形态。在这个过程中DNA的顺序是决定性的因素，生物的形态最终由DNA的顺序决定。上一代生物的生殖细胞中的DNA通过细胞减数分裂和受精过程传给下一代，而上一代后天获得的性状不会影响生殖细胞中的DNA顺序，所以后天获得的性状不会遗传到下一代，换而言之，获得性遗传并不存在。遗传学完美的揭示了遗传的分子机制，群体遗传学又从宏观的角度解释了个体变异和群体进化的关系，所以达尔文主义有了坚实的科学基础。

然而，自然界的规律可能远不止这么简单。最近兴起的表观遗传学（epigenetics）揭示了获得性遗传的可能性，它也许能够成为达尔文进化思想的一个补充。这个领域是如此吸引视线，以致自然杂志（Nature）在最近的一期以专题的形式对它作了全面分析和介绍。表观遗传学的研究对象是一类不需要改变 DNA序列但是影响生物性状的机制。简单说来，DNA虽然决定蛋白质的表达，但是从DNA到蛋白质的过程中却有很多可以调控的步骤，例如DNA的甲基化、组蛋白的甲基化和乙酰化、siRNA的作用，甚至蛋白质的不同折叠都能影响蛋白的表达和功能。而对这些可调控的步骤的研究都可以纳入表观遗传学的范围之中。本来epigenetics这个名词早在上世纪40年代就出现了，而这些调控机制很多都是发现已久的东西，并不新鲜。表观遗传学的红火和走入公众视线却是得益于近年的一些实验的新发现。这些发现揭示了这些调控的机制的两个特征：一是它们长久地可以受到自然性的后天影响（可获得性），二是它们可以遗传（可遗传性）。如果这两种因素可以结合在一起，那么获得性遗传就是有可能的了。若果真如此，拉马克主义就能复活了，至少在某种程度上如此。

说明第一种特征的其中一个例子是一组老鼠（rat）的实验。科学家米尼（Michael Meaney）发现后天的照顾对于初生老鼠细胞的DNA甲基化有很大影响。老鼠妈妈对初生老鼠的照顾各不相同，有细心的，也有粗心的。米尼按照老鼠妈妈对老鼠的舔舐和整理毛发（licking，grooming）的频密程度把老鼠妈妈分为粗心妈妈和细心妈妈两类，然后让它们抚养初生老鼠（包括它们自己的子女和别人的子女）。实验检测的是对老鼠的神经系统发育至关重要的糖皮质激素受体（glucocorticoid recepter）基因上的一段序列（first exon）的甲基化程度。甲基是一个化学基团（-CH3），它能够结合在DNA上某些特定部位，这个甲基和DNA结合过程就叫做甲基化，相反，甲基从 DNA上脱落的过程就叫做去甲基化。如果这段序列被甲基化，那么这个基因就不能被表达，从而导致老鼠的神经系统发育迟缓。小老鼠在没有出生前，这段基因是没有被甲基化的，但是初生后第一天就会迅速被甲基化。但是在细心妈妈的照顾下，这段基因会去甲基化，从而使得这个基因得到表达。相反在粗心妈妈的照料下，去甲基化的过程非常缓慢，而且去甲基化的程度最终也非常低，因此基因的表达量就大大减少。这种去甲基化的过程和结果的区别是长久性的，最终造成两类小老鼠的神经发育有很大的差异。科学家们随后又进行了一系列实验，证明了去甲基化的快慢多少不同是由老鼠妈妈的照顾细心程度不同导致的，两者是因果关系，而不仅仅只是相关的关系(Sapolsky 2004)。这个实验表明了外界的环境刺激会导致表观基因的长久变化，这种过程就是拉马克主义里的后天获得性的性状变化。

第二种特征即可遗传性对于拉马克主义来说更加重要。DNA的甲基化和组蛋白的甲基化可以通称表观基因标记。这些生殖细胞的表观基因标记一般在受精前都会抹去：甲基化过的DNA和组蛋白都会完全去甲基化。所以通常说来，这种表观基因标记不会传到下一代。也就是说，在下一代的细胞中，不会“记住”父母的表观基因标记，换言之，父母后天获得的性状，也不能被下一代记住。但是，近年来，一些表观基因标记的保护机制逐渐被发现，比如对小鼠（mouse）的实验表明，一种叫stella的蛋白质能够有效的保护卵子中的部分基因的甲基化标记，从而使这种标记能从上一代传到下一代(Nakamura, Arai et al. 2007; Reik 2007)。而这种例子在植物界中更多(Chong and Whitelaw 2004)。

如果把这两种因素结合起来看，拉马克提出的获得性遗传确实是有可能存在的。首先，后天环境的影响可以造成父母辈中长久存在的表观基因标记；其次，这些表观基因标记还可能通过特殊的保护机制传到下一代。这恰恰是拉马克所提出的获得性遗传！当然，要完全证明获得性遗传的存在还有很长的路要走，一些缺失的环节仍然有待发现，而表观遗传标记的的遗传稳定性还不够。可是由于基因调控的机制远比以前预期的复杂，很多机理仍然不清楚，以上问题得到解答之前，谁也不能对获得性遗传是否存在妄下断论。当然，即便获得性遗传真的存在，它也很可能只是达尔文的进化机制的补充，而并非取而代之，毕竟以DNA为载体才是传递遗传信息的主要方式。

但是无论如何，获得性遗传如果得到证实，无论对于生物界还是对于人类社会，都将是一个极大的冲击。对于生物界而言，传统的进化理论需要把获得性遗传整合到现有的架构中，拉马克主义将不和达尔文主义相对立，而可能成为其有益的补充。这将是达尔文发表物种起源，以及遗传中心法则确立以来又一次认知的飞跃。

对于社会而言，冲击将不亚于生物学界。由于进化理论涉及人类对自身的认识，其革新将在多方面影响社会的思潮。首先，正如BBC某节目所说的，“基因有了记忆之后，你祖父呼吸的每一口气，吃的每一件食物，看见的每一件事物都可能在几十年后影响到你，虽然你并没有经历过那些事。(Bird 2007)”。我们身体的一些特征，有可能源于祖先的某些行为，而我们的某些举动，也有可能影响几代以后的子孙。这些说法目前看来虽然还略显夸张，但很可能在将来成为人们很感兴趣的话题。

其次，可以想见的是，社会资源分配上的公平（equity）原则将会被重新审视。目前机会均等（equality of opportunity）和结果均等（equality of outcome）是社会公平理论的两个主要理论体系。机会均等论认为人人生而平等，只要提供均等的机会，各人所能达到的成就取决于自己努力的结果。结果均等论认为由于每个人出生时，其背景和财富都不平等，这种不平等很有可能延续至下一代，而导致结果上的不平等，因此仅仅依赖机会的平等并不能保证真正的平等，只有结果的平等才是最终意义上的平等。而这两种理论也提出了不同的着眼于保障社会公平的政策途径。比方说，在高等教育入学政策上，机会均等体现在无论种族贫富，招生的平等体现在录取只根据学生的学业优异程度进行筛选；而结果均等则体现在对于不同种族民族的学生根据人口比例给予相应的配额或优惠政策以保证不同种族民族学生入学的平等。

如果获得性遗传得到证实，那么上一代人的不公平，就有可能在“生理上”传给下一代。假设人类和老鼠一样，那么对孩子照顾不周至少会对孩子的神经系统发育有不良影响。如果进一步假设，不周当的照顾同样会给孩子智力发育造成不良影响，而且这种影响也会一代一代的遗传下去。那么，对于贫困家庭来说，如果父母忙于生计，孩子无法得到应有的基本照顾，那么这些孩子的神经系统和智力发育就很可能在生理上被决定不如家境更好、得到更悉心照料的孩子，而且这些不足也可能在 “生理上”遗传到下一代。如果这种假设被证实，而社会又对此无动于衷或不能采取有效补救措施，这种生理上的遗传因素结合财富和背景等社会因素，会不断被放大，长此以往，贫困家庭的后代就会有可能变成越来越智能低下的一类人。这将无疑会是伦理学和社会学巨大的挑战。如果拉马克主义被证实的话，它将会大大增强结果均等论在保障社会公平的影响及作用，而社会财富的分配制度和政策也会因此面临重大改变。

进化论是公众最感兴趣的科学问题之一，历史证明，进化论也是科学和伪科学、反科学的角力点。无论科学家愿意与否，每个新的进化理论都可能会被反科学者作为攻击原有进化论的工具，从而达到完全否定进化论的目的。进化理论也曾被伪科学者重新包装作为推销他们自己的思想的武器，最好的例子就是达尔文主义被种族主义者骑劫作为优生学和种族压迫的理论基础。在这种情况下，科学家的责任不仅仅在于研究科学问题，还应该延伸至推广和普及科学，这对研究进化论和其相关领域的科学家而言尤为如此。

（南方周末 2007-12-18）

Bird, A. (2007). "Perceptions of epigenetics." Nature 447(7143): 396-8.
Chong, S. and E. Whitelaw (2004). "Epigenetic germline inheritance." Curr Opin Genet Dev 14(6): 692-6.
Nakamura, T., Y. Arai, et al. (2007). "PGC7/Stella protects against DNA demethylation in early embryogenesis." Nat Cell Biol 9(1): 64-71.
Reik, W. (2007). "Stability and flexibility of epigenetic gene regulation in mammalian development." Nature 447(7143): 425-32.
Sapolsky, R. M. (2004). "Mothering style and methylation." Nat Neurosci 7(8): 791-2.

为什么怀念拉马克
自孟德尔的基因学说创立以后, 在进化论领域中, 拉马克的获得性遗传学说逐渐被达尔文的自然选择学说所替代。因为,许多能被拉马克学说解释的现象, 同时也能被达尔文学说解释, 而不少能被达尔文学说解释的现象, 如拟态, 却不能被拉马克学说解释。达尔文学说获得胜利是在DNA双螺旋发现、中心法则确立以后，在这之前两个学派的争论一直持续着，因为地质考察和现有物种性状的考察都没有能够提供决定性的证据，这实际上也说明了，化石证据等传统生物学考察证据是支持获得性遗传的。而作为达尔文进化论的最有力支持的分子遗传学，在研究过程中也发现了越来越多的获得性遗传的实例。这使得我们不得不反思达尔文，重读拉马克，当然这种重读和反思不是回到过去，而是更深层次的讨论和理解。

获得性遗传的证据
获得遗传已有的实验证据主要有以下几个：

1）小鼠获得性免疫遗传
20 世纪80 年代初, 加拿大安大略癌症研究所的两位免疫学家Gorczynski R M 和Steel E J 在《美国国家科学院报》上提出, 小鼠通过注射骨髓细胞,、淋巴细胞, 可后天获得抗原耐受性, 并能将此耐受性传给下一代。该论文掀起了拉马克主义在免疫学中复活了的小浪潮, 英国《自然》上也为此发表评论文章和后继论文, 由于这两位免疫学家的试验严格性后来受到怀疑, 这一浪潮并未维持多久。

2）大肠杆菌乳糖缺陷型适应性突变
1998 年9 月8 日, Cairns 等在英国的《自然》上发表了《突变的起源》, 介绍了乳糖诱导能利用乳糖的突变, 认为事实上存在适应性突变(adaptive mutation) 及定向突变(directed mutation)。此后, 不少学者发表了多篇有关适应性突变现象的论文, 证实了适应性突变并不是偶然的个别现象, 而是带有一定的普遍性。这类实验的对象还包括酵母，同样获得的类似的实验结果。

3）1994 年Foster P L 和R osenberg S M 等通过对大肠杆菌FC40 的研究指出, 细菌在环境压力下, 可主动改变遗传结构, 通过重组产生新基因来应付外界环境的改变, 这称为天然遗传工程, 它揭示, 至少在细菌水平, 遗传过程有时是以类似于生理过程的方式进行着, 生物在进化历程中并不总是被动的接受选择, 而常常是主动地适应。

4）草履虫血清型的遗传
草履虫的不同品系大约有四种不同的血清型, 每种品系在一定时期内只能显示一种血清型。血清型是由分布在虫体表面和纤毛上的特殊蛋白质所决定, 如果将草履虫放在其同源抗血清中培养2 小时, 就能使草履虫停止游动, 再测定其血清型已转换成一种新的血清型, 这时如果再用原来的抗血清培养, 就不能阻止它们的游动。血清型的转换也可通过温度或pH 的改变,盐渍及高营养等环境条件来达到, 改变的血清型可以通过无性系稳定的遗传。

5）枯草杆菌L —小体的遗传
枯草杆菌的细胞壁很容易用溶菌酶或者霉素等去除, 无壁的枯草杆菌就成为球形的原生质体, 原生质体必须在高渗溶液中维持, 此时原生质体不分裂也不能再生细胞壁。如果将原生质体转移到稀琼胶培养基上培养, 每个原生质体可通过芽繁殖形成一个L 菌落, 此菌落有许多不同大小、球形、有膜的L —小体构成, 但如果将原生质体转移到浓琼胶培养基上培养, 则能很快再生细胞壁, 形成正常杆状的枯草杆菌。

6）骈连体的遗传
许多原生动物如草履虫和四膜虫等可以通过外科手术或意外损伤改变其形态, 例如形成两个细胞连在一起的骈连体, 显然这是一种后天获得的性状, 骈连体可以通过无性系正确传递至少几百代以上, 而且将骈连体与正常体交配时, 后代仍有骈连体出现。

7）　眼虫藻色素体的遗传
眼虫藻经在固体培养基上直板实验证明, 100%藻体均含有叶绿体, 并能进行光合作用, 将此眼虫藻经一定浓度链霉素处理6 天, 这些眼虫藻100%地转变成无色的藻体, 不含叶绿体。这些无色的眼虫藻即使在有光和无链霉素条件下培养, 仍产生无色的后代, 也就是能稳定地遗传。研究证明无色的原因是丢失了与产生叶绿体有关的DNA 顺序, 只要保证供给碳源这些藻体能正常生活和繁殖。

8）　转导与转化的遗传
生物体可能接受外源DNA 而获得新性状, 如噬菌体能将半乳糖基因带入大肠杆菌染色体, 使大肠杆菌获得新性状, 这就是转导现象。枯草杆菌裸露的L —小体也可能接受其它细胞的DN A 而发生遗传物质的增加。从某种角度看, 转化也是生物在后天生活过程中获得的性状, 用光滑型肺炎双球菌的DN A 转化粗糙型肺炎双球菌, 转化后的肺炎双球菌尽管要经过分离
现象, 但所产生的光滑型肺炎双球菌是稳定遗传的。

9）1999 年《自然》杂志(N ature) 第9 期报道了首次在野生植物群体中发现可遗传的具甲基化修饰的突变株,该工作由英国John Innes 研究中心的Enrico Coen 及其同事完成的, 他们在野生oadf lax (Linaria vulgaris)植物中发现一种突变体, 该突变体的花成辐射对称, 而不是正常植株的两侧对称。他们发现这一表型突变是由1 个叫Lcyc 的基因被甲基化修饰导致的, 该基因与控制金鱼草(Antirrhinum ) 的背腹不对称的cycloidea 基因同源。Lcyc的基因的高度甲基化导致基因沉默, 无法正常转录, 这一基因在向后代传递时保持了其甲基化状态, 后代植株的花也呈辐射对称状。他们进一步认为甲基化修饰的基因更易发生传统的由DNA 序列变化引起的基因突变, 表型突变对植物不仅具有短期也具有长期效应。

10）1999 年11 月澳大利亚悉尼大学的Morgan HD等, 首次在哺乳动物中发现表型突变现象。他们利用基因型完全相同的小鼠进行自交实验, 这种小鼠它们的基因型虽然相同, 但其毛色却差异很大, 从黄色到不同组合的杂色不等。实验发现, 新生小鼠的毛色基本上与雌鼠一致, 而与雄鼠关系不大。黄色雌鼠后代的毛色多为黄色, 杂色雌鼠的后代多为杂色, 其表型分布完全不符合孟德尔遗传分离和自由组合规律。该研究小组发现,小鼠毛色的差异取决于一段调节基因片段的甲基化程度, 该片段位于毛色控制基因agouti的上游。本实验结果表明, 甲基化的DNA 片段通过生殖细胞传给了后代, 这一表型变化并没有改变DNA 的序列。在一般情况下, 胚细胞具有高效的清理机制, 可以删除所有的表型修饰(epigenetic modification) , 多数动物的胚细胞在其发育的早期就转移到专门的生殖器官中, 与其母体隔离并同时被筛查, 从而避免了从母体中获得成体的表型修饰。但Morgan 小组的研究证实修饰清除不是绝对的。

11）iRNA的干扰和基因沉默
RNA抑制是20世纪90 年代刚刚诞生的1个充满活力的研究领域, 人们发现细胞质中的外源RNA 可以特异性地抑制核基因的表达。现在发现这一现象广泛存在于生物界。Maryland Bbltimore的华盛顿卡耐基研究所(Carnegie Institution of Washington)的Andrew Fire及其同事, 将反义RNA、正义RNA 以及反义与正义RNA配对组成的双链RNA 注入线虫C. elegans虫体。他们发现双链RNA 能有效地导致C. elegans 相关基因沉默的效果。与此类似, Pittsburgh 大学的Jason Konnerd 等也发现, 双链RNA 能更有效地抑制果蝇受精卵有关基因的表达。现在人们还不清楚为什么双链RNA 具有这种功能。沉默并不仅仅发生于导入外源RNA 的细胞,Worcester的Assachusetts 大学的Mello 的小组发现, 当他们将双链RNA 注射入虫体的肠道时, 触发的RNA 抑制不仅能传遍整个虫体, 而且还能将这一性状通过胚系细胞向下传递数代, 直到RNA 消耗贻尽。另外, 法国的Baulcombe 和Herv Vaucherot 也发现在动物中, 这一RNA 抑制也可扩散。这些事实显示, 特异基因沉默这一信息也可以通过核酸携带并贮留。某些RNA 的特定结构可以导致相关基因的甲基化, 也就是说, RNA 可以将信息传向核中的DNA , 并可向后代传递。

其他的相关证据主要是一类高等生物的表型突变(epimutation)，表型突变是表观遗传学的研究重点，变异在个体发育过程中发生，具有方向性，与环境影响紧密联系，并且可遗传。

12）单克隆选择学说
高等动物的淋巴细胞通过与抗原的接触后天获得的的免疫性状可以通过体细胞增殖，在淋巴细胞单克隆系中稳定遗传。常被引用为高等生物获得性遗传的证据。

13）以物理学系统进化、混沌学、复杂性研究等开放系统的动力学，热力学研究为中心和理论来源的获得性遗传存在性和可能性研究证据。

五、相关实验的讨论
实验1的结论可靠性受到怀疑，此处不做讨论。

实验2-8的实验对象全部为单细胞生物，这主要是因为传统遗传学实验必须连续控制并观察多个世代，而且实验现象要易于观察，所以实验对象主要限制在微生物、线虫、昆虫和模式植物等。遗传实验对象的局限性使得获得性遗传的存在性证据来源受到了极大的限制，尤其是在高等动物种群遗传进化的研究中很难观察、检测和证明获得性遗传的存在。而微生物等低等生物类群中的获得性遗传的遗传形式和获得性状类型和高等生物可能存在很大差异，所以此类证据在讨论高等动物进化中获得性遗传的存在和作用的讨论中不能援引为有力证据。

实验9-11是表观遗传的实验证据，研究对象为高等多细胞生物，此类证据的主要进展和意义在于不仅观察到细胞单克隆系的获得性遗传，还观察到了体细胞获得性状的扩散和生殖遗传，虽然还没有找到实现这一现象的具体途径，但是为获得性遗传的实验研究注入了新的活力。

实验12 属于单克隆系获得性遗传，作者认为不能证明高等生物种群已传中普遍存在获得性遗传。这可能是高等生物为了减少遗传信息负载，合理有效的利用体内蛋白质资源合成优化的抗体组合而采取的一种措施，它保留了单细胞生物的获得性遗传机制，从而获得类似于细菌在适应性上表现出的快速和明确针对性的优势，以适应免疫系统所面对的复杂多变的环境攻击局面。单克隆系的获得性遗传应该不是高等生物的获得性遗传的主要方式。

实验13现在还处在理论探索阶段，模拟实验主要建立在数码生命，人工神经网络等计算机技术的基础上，取得确定性成就的实验结果主要是在种群生态学的数学模型建立工作中，但是作者认为，获得性遗传研究的突破性进展很可能出现在这一领域的研究中。

作者认为，获得性遗传的重要意义主要是在多细胞高等生物出现以后，因为在单细胞阶段的低等生物复杂性很低，通过单纯的达尔文进化就可以获得很多优良性状，而且在生命进化的初始阶段，生命系统还没有很好地解决生存问题，当时地球的环境很恶劣，单细胞祖先所拥有的进化动力几乎全部用于适应度的提高，系统的复杂化主要是在单细胞祖先解决大多数基本生存对策问题以后，系统获得了稳定存在的基础，进化动力被更多地用在与特定环境适应联系不十分紧密地复杂进化上，产生了各种高级结构。意识等高级生命活动的出现也是在环境变得温和、宽容，生命体不用在生存问题上耗尽所有精力以后。从进化的本质来看，进化是使得祖先获得的一切有利经验得到继承和应用的行为，生命在进化的低级阶段生物所产生和拥有的有利经验十分有限，拉马克进化所必需的经验基础十分薄弱，所以拉马克进化在生物进化的原始阶段是微弱的，有限的，而且意义不很明确。

单细胞生物的获得性遗传实验证据的根本缺陷在于，单细胞生物的生殖细胞就是体细胞，所以只要获得性状是通过较稳定存在的物质介导的就一定可以遗传，至少是在短期内。遗传效应的时效长短主要取决于承担形状信息储存任务的物质稳定性和是否能自主复制。但是在高等生物中，发育成为生殖细胞的胚胎细胞在早期就已经确定了。个体发育过程中，经验的获得主要发生在成体阶段，如果这些经验信息不能通过某种途径，影响到生殖母细胞的话，体细胞所获得性状是不能遗传的。所以高等生物的获得性遗传的证明关键问题是找到体细胞经验信息影响到生殖细胞遗传信息的途径和实证。所有单克隆系细胞的获得性遗传都不能解决高等生物获得性遗传的中心疑问。

在获得性遗传的讨论初期阶段，曾经有反对者以连续多世代剪断小鼠尾巴而小鼠仍能长出尾巴为证据反驳获得性遗传的存在。作者认为这是不合理的，因为拉马克遗传强调的主动适应的内部能动性，而不是所有个体发育过程中产生的性状都可以获得遗传，能够遗传的获得性形状必然是那些响应了生物系统适应性和复杂化的进化需求的性状，而且获得性状的遗传是在该形状在连续多世代中被可观数量个体获得和使用的情况下稳定下来的。失去尾巴的性状虽然是后天获得的，但是该性状即不是适应性的，也不是生物主动适应的结果，它的不遗传与获得性遗传的存在和发生是不矛盾的。获得性遗传是对获得优良的具有积极意义的性状的遗传，生物个体发育过程中的伤害性性状等不符合生物需求的性状是不可能遗传，此类形状的不遗传反而说明了获得性遗传是具有选择性的，是有意义的。

著名的波动实验是微生物遗传实验中得到的突变自发性的重要证据，也用来否定获得性遗传的主要理论之一——定向变异的存在性的重要证据，实验利用统计学手段证明突变是发生在环境诱导以后。作者认为这个实验用来证明突变是可以自发出现的论点是十分严谨的，但是用于否定定向变异的存在性还不够，单一实验或少数实验只能说明此类性状变异的发生是随机的，而不能否认定向变异在变异和进化的过程中从不发生。影印培养实验也存在缺陷，它缺乏检测定向变异的手段，不能观察定向变异的存在性，同样只能证明突变是可以在不受环境刺激的情况下自然发生的，而不能检测是否在自发突变的同时存在环境诱导的定向变异。

六、获得性遗传在进化各阶段和不同物种中的表现和区别

根据生态学证据的考察研究，结合系统进化控制论、信息论、混沌学、复杂性研究等学科，作者对获得性遗传的表现形式，作用范围，作用结果等特征提出一些假说。

1、获得性遗传必须通过自然选择，但自然选择不是高等生物进化的根本原因。

获得性遗传的变异是有主动性、方向性的。变异的正
确概率较大，但也可能是错误的，有害的，所以获得性遗传也应该是通过自然选择的，严重影响生活力的变异经自然选择被清除。获得性遗传和达尔文遗传对立统一、相辅相成。获得性遗传中，自然选择不是有利性状保留和取得优势的主要机制，只是防止严重错误的损害性突变的产生和传播，抑制种群生活力的衰退，为获得性遗传的产生提供遗传基础，保证获得性遗传的适应性意义。

2、获得性遗传具有种属差异性。（横向空间性差异）
不同物种的进化特征有很大差别，这些差别产生的直接原因是物种进化策略中获得性遗传的比例和方式的差别，根本原因是不同物种的系统内部矛盾的差异导致的系统进化策略的差异。

多数物种在进化中或多或少地采取了积极的获得性遗传手段。其中，偏好通过持续锻炼获得性状发展和改善，自主适应倾向较强的物种，系统的内部矛盾在进化中产生的作用强，容易出现复杂高级结构，生理结构分化好，但较少出现高度特化结构或器官，种群遗传结构稳定，波动小，进化趋势较稳定，在自然环境发生激烈变化时容易灭亡；偏好通过自然选择保持强大生活力的物种，系统内部矛盾在进化中产生作用小，通过过度繁殖和大量变异的快速筛选出最适应的个体，种群数量波动大，遗传结构随环境波动大，但是种群长期稳定存在，生理结构分化好，常出现高度特化的器官结构，种群适应的个体能动性差；还有少数群体即不表现出拉马克进化，也很少表现出达尔文进化，种群在地质时间中长期存在，遗传结构基本不变，长期处于停滞状态，种群数量波动小，大部分保留祖先原始属性。第三类物种的存在和进化意义不明。

3、获得性遗传在进化的不同阶段中存在差异。（纵向时间性差异）
获得性遗传的优势形式和途径在地球生命系统发育的不同历史阶段存在差异，在单个物种发展的不同历史阶段获得性遗传的形式也是不断变化的。
1）在生命系统演化的初级阶段——包括分子生命和原核细胞祖先的形成和进化过程，获得性遗传的发生是通过夫在遗传信息的各种物质的直接接触产生的。发生频率高，质量低，主要作用是迅速增加基因组信息量。获得性状固定快，丢失快。
2）中期阶段——包括原核生物到简单多细胞生物的发展过程，获得性遗传以单克隆系的胞质遗传为主要途径，该时期的获得性遗传自主性有序性增加，获得的性状针对性强，但随机性还是比较明显的。由于基因组开放性减少，稳定性增加，获得性遗传的频率大大降低，但是获得性遗传的效率大大上升。获得性遗传在物种延续和进化中的作用和意义增加。主要作用是产生大量适应性遗传性状，丰富基因组信息，为核基因组的完善和系统复杂性进化提供基础。获得性状容易遗传，固定时间延长，丢失慢。
3）后期阶段——主要是高等动物的进化，在此时期获得性遗传被大量抑制，核基因组处于稳定封闭环境，获得性遗传的发生受到核基因组的严格限制。表观遗传和表达调控是高等动物中获得性遗传的主要可见形式，但并不是主要形式。真核生物的获得性遗传是受个体内部信息流诱导，在核基因组的严格调控下进行的，获得性状的体现和固定所需时间大大延长，性状固定时间越长越难丢失，此时的获得性遗传的有序性得到极大改善，获得的成就也最高。主要作用是响应系统复杂化的内部要求和针对大环境的变化趋势的长期响应和调整。

4、物种全新性状单元的产生和初期发展的动力来源主要是随机突变，因为生物体的意识活动能力有限，获得性遗传的定向作用主要是发生在新性状获得雏形以后，新性状的发展可受到生物个体使用的刺激和个体在生存中得到的经验的反馈诱导而加速定向发展或者漂变消失。在性状单元的后期成熟和单元在不同层次的联合优化调整产生高层次复杂结构过程中起重要作用。获得性遗传中的性状筛选不仅受到自然选择的限制，主要还受到生物个体经验的影响，所以获得性遗传中产生的性状可以是与适应度上升联系不太紧密但具有系统复杂性进化意义的。

七、获得性遗传的各种途径
在分子生命演化期，生物体的遗传信息量少，遗传系统处于完全或半开放状态，基因组遗传物质在与外界或细胞质中摄取的遗传物质不断碰撞中频繁地吸纳基因组外的遗传信息。在这个阶段，基因的遗传保守性弱，变异性强，遗传信息的交流十分常见，物种的界限不明显，存在横向的基因交流，和融合式批量获得性遗传。

该时期的获得性遗传虽然发生的次数多，但作用并不表现出优势，获得性状的选择性低，属于获得性遗传的初级阶段。主要原因包括，原始遗传物质本身的不稳定性，吸纳的遗传信息质量低，而且往往很快又发生突变，新基因的产生主要还是靠随机突变和自然选择，而且，在简单系统中，随机突变的优化手段比获得性优化手段成本低，效率高。

初期获得性遗传中，频繁的基因交流和共生对初期生命的生存和发展是十分必要的。细胞远祖在发展到中期以后，生命原始汤中的有机物质浓度明显下降，原始遗传物质的复制受到了限制，以随机碰撞连接为基础的小型基因组的独立形成和复制条件逐渐消失，独立进化的代价突破了原始生命的承受极限，始祖细胞为了生存开始互相吞噬融合，不断吸纳有利基因，形成生活力更强的大分子量基因组，获得性遗传在基因组信息量的迅速增加和重组中起到了十分重要和积极的作用。

初期进化的末期生命体已经通过获得性遗传获得了大部分必需基因，同时开始感受到RNA（甚至是蛋白质）作为遗传物质的不稳定性所造成的遗传信息传递的损耗代价所造成的进化危机，大部分生命体开始将RNA所负载的遗传信息转移到更加稳定的DNA分子中，以开放性物质接触为主要途径的非选择性获得性遗传的发生频率明显减少，基因组遗传逐渐稳定。但是，悬浮在细胞质中拟核基因组吸纳和整合外源基因的机会还是可见的，更为普遍初期获得性遗传历史遗留形式是以质粒为载体的核外基因组的获得性遗传。
微生物实验中所观察到的包括转化，转导，溶源现象，逆转录病毒，异核体形成等基因频繁交流的现象就是初期获得性遗传的遗留。病毒类群中与真核基因组缺乏同源性的种类可能也是在生命演化过程中没有被早期细胞包裹进去的残留物，经过自然选择，大部分早期裸露基因被降解，剩下的发展成为病毒开始寄生生活。

鉴于生命初期进化中获得性遗传的普遍发生和开放性交流，作者提出蛋白质介导的获得性遗传假说，现有的研究已经表明分子生命进化早期是以稳定性介于DNA和蛋白质之间的RNA分子所介导的。作者认为，在生命原始汤的物质浓还很高的时候，生命物质的遗传信息的载体不仅包括RNA，还包括一部分具有自催化的蛋白质。蛋白质的多样性和功能性突出，但稳定性太差。地表生物圈的温度波动常常超出蛋白质能够以足够浓度稳定存在的范围，当蛋白质浓度下降时，对重金属盐类等有毒物质的毒害作用更加明显，蛋白质很快从遗传物质的载体中被淘汰出局。遗传信息从蛋白质流向RNA的过程在历史上是曾经发生过的。分子遗传学家指出遗传信息从蛋白质流向核酸有一个障碍——密码子的简并性，但是研究表明密码子和tRNA的使用具有明显的种属特异性，虽然有多个密码子同时对应于一种氨基酸，但是，在一个物种内，往往只产生和使用一种tRNA，或者同时产生，但其中某一种具有明显的浓度优势。这种现象就是早期获得性遗传中遗传信息从蛋白质流向核酸的逆翻译机制工作过的痕迹。原始细胞从环境中吞噬大量蛋白质，其中一部分功能性蛋白质没有被作为食物消化，而是作为细胞组分被保留了下来，细胞为了长期保留并自主产生有利的功能蛋白质，通过逆翻译作用在细胞内产生和复制蛋白质的RNA本，从而获得了该蛋白质的基因。这种逆翻译作用的起源可能是氨基酸和三联体寡核苷酸的特异性作用。作者在检索相关文章时发现有人曾提出互作密码子和dsRNA是早期遗传物质的设想，受其启发，作者想到，蛋白质遗传信息流向核酸可能就是通过氨基酸和三联体寡核苷酸的特异性作用，在松散的蛋白质肽链上结合相应的密码子，通过连接酶的催化完成长链RNA的逆翻译。这种翻译的效率可能比较低，但通过核对筛选，在时间比较漫长的细胞进化过程中还是可以积累大量从自发产生的蛋白质中获得的有利基因的，而且，由于遗传信息来源于已证明有良好属性的蛋白质，信息的质量远高于其他进化实验中得到的结果，逆翻译的总体效率还是可观的。这种逆翻译机制由于在后期进化中远远落后于其他进化手段，而且很容易造成遗传信息的噪音污染而损害后代遗传利益，在单细胞生命演化的后期就销声匿迹了，现代生物体中是否有残余的酶类还不得而知。生物的密码子早早期是严格对应的，发生距离较远的原始细胞克隆系的密码子表有所区别，后来为了横向基因交流整合的进行，密码子的特异性被降低，十分罕见的密码子被淘汰，还有的密码子在中性突变中被破坏，最终演变成现代生物的密码子的模样。

真核细胞在核基因组的约束下在细胞质中自主合成与环境刺激相联系的对应性RNA，这些RNA的合成主要以核基因组转录本为蓝本，通过包括RNA剪接编辑等手段形成，各种RNA受到自然选择的筛选，被多次使用的RNA受到刺激，大量合成副本，并通过细胞质遗传给克隆系子代，如果刺激结束，对应的RNA副本消耗减少，直到丢失，如果刺激长期持续，RNA以一定的几律被逆转录酶捕获，合成cDNA，一旦整合到核基因组中，获得性状就被长期固定下来了。这一过程在高等动物的获得性免疫系统的克隆选择学说中被详细阐述。克隆选择学说对拉马克进化的主要贡献是在高等动物中观察到了体细胞的自主性染色体重排等变异行为，且获得形状是可遗传的，在低等动物中还存在扩散和生殖遗传。

然而，这些实验证据都没有突破一个最艰难的屏障——魏斯曼屏障。该理论提出高等生物（尤其是动物）体内的变异只有发生在直接产生配子的细胞内才是可遗传的，体细胞的突变不改变生殖细胞的遗传物质，是不遗传的；高等生物中发育成为配子的细胞是在胚胎时期中决定的，高等生物的获得的性状大部分都发生在成体体细胞，所以高等生物在成体阶段所获得的性状是不遗传的，而且大部分高等动物的生殖细胞在发育形成配子的时候存在基因组修饰的清除机制，防止成体获得的性状残留而影响到胚胎的遗传物质。如何打破这道屏障才是获得性遗传普遍发生的证明问题的根本所在。

作者认为，获得性遗传在高等生物中也是普遍存在的。高等植物的问题比较好解决，因为植物的生殖器官的发育虽然是有固定位置的，但这种固定是相对松散的，植物几乎可以在成体的任何部位出芽，也可以在枝条的多个部位开花，产生种子，产生配子的细胞很可能来源于获得母本后天形状的胚性细胞。植物中还存在无性繁殖，突变的枝条可以通过无性繁殖得到完整的个体并形成品系。而且植物细胞的共质体之间通过胞间连丝相连，细胞之间可以很方便的通过相连的内质网传递小分子遗传物质——很多植物病毒就是通过胞间连丝传播的。

高等动物的获得性遗传的途径可能完全不同于植物。高等动物的获得性遗传中遗传信息的传递出了依赖于小分子遗传物质的摄取和传递，还可能通过类似于信号转导的过程直接传递信息。高等动物的细胞间和细胞内部存在复杂的信息流。信息流包括环境刺激和个体关于对抗措施复杂化措施的预想和选择，体细胞的经验通过一定的途径传递给生殖细胞基因组，生殖细胞基因组在信息刺激下首先作出表观调整，最终在连续刺激下将信息永久编写进核基因组，此时，获得性状稳定遗传。高等动物的基因组信息量是很大的，包含了生存所需的几乎全部信息，高等动物的进化更多的表现在各种奢侈基因的联系和表达调控上，性状的差异来源从编码新的蛋白质的基因的获得转向了调控方式和表达强度的变化上，所以高等动物的获得性遗传其实是基因组在进化到一定程度以后获得的自我调整和编辑的能力，获得性遗传较少涉及基因组内蛋白质编码信息的改写，主要涉及基因的表达强度的增加和减弱，基因之间的联系的加强和削弱。配子可以通过流向性器官的体细胞信息做出调整和修饰，从而引起后代性状的类似改变。当然，多数情况下改变是已经被基因组所预见的范围内的，流向生殖细胞的信息是经过严格筛选的，调整也是在预定范围内的。因为高等动物基因组是经过长期选择的产物，他的遗传要比早期基因组稳定的多，个体可以通过简单的调整来适应环境，而不是大动干戈的改写DNA，这就避免了进化后期的不必要的个体牺牲和适应性危机。获得性遗传可以通过改变基因的甲基化，组蛋白的甲基化、酰基化、磷酸化，改写侧翼序列，加强或减弱启动子，增加基因间的调控连接等手段调整性状。此类获得性遗传的性状固定发生在基因长期表达差异过程中产生偶然的不可逆改变，包括一些基因的永久丢失。
高等动物的获得性遗传还表现在基因频率的调整上，高等动物通过自主意识选择可以改变基因库中等位基因的频率从而使群体产生遗传结构的改变，获得性状的固定发生在某个等位基因座位上的产生遗传漂变以后。

总的来说，高等动物的获得性遗传所获得的性状从根本上来说不是形状本身的编码信息，而是性状表达调控的参数。高等动物的个体和群体基因库都保留有丰富的可以应对短期内大部分生存问题的应对措施的蓝本，这些蓝本就是获得性遗传的作用对象，性状可以隐含在二倍体基因库中长期存在，获得性遗传产生的改变不是直接通过单个基因的突变或丢失，而是目标基因的表达频率和由表达频率改变引起的基因的保守性和突变率的改变，类似于一种宏观调控的作用方式。这种获得性遗传不仅可以指导子代迅速做出必要的调整，还可以过滤掉更多的短期无规则波动的环境改变的信号噪音，因为通过改变自发随机突变的作用范围、作用方式、作用强度来间接的定向改写基因组的指导信号只能是长期稳定存在定向信号。

总结以上获得性遗传的途径，除了高等动物以外，存在性基本可以肯定，实验也很好证明，今后需要解决的主要问题就是找到获得性遗传的固有机制的可行途径和证明获得性遗传机制在高等生物中的普遍存在。作者认为传统遗传学实验和化石资料的解析是很难解决这个问题，最可能的突破口在分子遗传学的非主流遗传方式和途径的研究和细胞生物学的研究中。

八、结语
获得性遗传的概念在分子生物学的研究手段出现以后发生了很大变化，曾经一度销声匿迹，但是随着分子生物学研究的极大丰富，我们从另一个角度更深层次的对拉马克当时提出的总结性理论重新理解他的精髓，拉马克的获得性遗传理论的提出同样是建立在对客观环境的长期观察中总结得出的，也是有其客观存在的事实基础的，——拉马克的观点也是得到达尔文个人认可的，达尔文还曾为此提出了泛生论，个人认为泛生论是不现实的，将泛生论中传递对象改为信息还是有可能实现的。我们不应该一味的追捧现有的法则，而应该积极的探索，不断的调整和完善包括中心法则在内的遗传规律认识，避免盲目的相信任何一种现有的理论。在遗传学不断发展的将来，获得性遗传可能在新的实验基础上得以重新认识和更加合理的定位。

（转自：东方论坛 2011/10/25）

达尔文主义依然垂死挣扎

假如真的有来世，那么让-巴蒂斯特·拉马克（Jean-Baptiste Lamarck）的生前加死后肯定是个大起大落的过山车。他的人生起初是很顺利的：早年有在战场上获得的荣誉，后来又有在学术上的成就。早在达尔文之前几十年，拉马克就是演化论的支持者，在他涉及演化的那段短暂学术历程里他参与发明了演化树的概念，还帮助创造了“生物学（biology）”这个词。

但到他去世时，拉马克已经身无分文，孑然一身，还被一大批事业有成的人嘲弄——这帮人毫无疑问地认定物种是既定而不可变的。作为一个演化学家，拉马克在达尔文发表《物种起源》前30年就去世了，临终时又病又盲，死后尸首则被扔在石灰坑里。一个学术对手甚至在他的悼词里都要最后来一记补刀。

虽然拉马克在达尔文提出自然选择理论之前很久便已去世，他还是不由自主地成为那个时代最伟大科学家的陪衬。

死前无利，死后无名，苦逼的拉马克

不过，在拉马克去世180多年后，现在他的假说可能最终能获得些许支持了。生物学和遗传学的前沿研究似乎发现了充满争议的新证据，这些证据或多或少能支持他的观点。这位18世纪的博物学家当然不会知道“表观遗传学”带来的细微差别，甚至都不会知道有遗传学这东西——但那些后世对他的嘲弄中哪怕有一小部分是他应得的，那么现在风水轮转之时，他也应该相应地重拾一些声望。

终有一天，支持任一边的关键证据会被发现，届时你会分辨得出哪方会赢得了论战——以及哪一方会成为全新时代中的下一个让-巴蒂斯特•拉马克。（编辑：Calo，Ent）

编译来源

Extreme Tech, Lamarck’s revenge: The epigenetics revolution may redeem one of Darwin’s oldest rivals

（来源：果壳网 Graham Templeton/Paradoxian/译 2014-08-27）