进化的两种主要模式和主动进化

杨鹤鸣

（天津师范大学，天津 300000）

0 引言

自近代以来，关于物种的进化众说纷纭。其中，以达尔文的进化论为代表的自然选择学说得到了广泛的认可。他认为，物种间的差异是由于不断累积的优势变异形成的，而物种的变异在我们今天看来就是基因的突变；而这些变异通过自然选择的压力产生，然后使物种的个体生存的概率发生改变，从而使坏的变异被淘汰，好的变异被保留下来[1]。随着科技的进步，在分子生物学的推动下人们逐渐形成了一系列的现代达尔文主义学说。其中有的观点认为，达尔文学说曾经认为的自然选择推动生物进化的观点有着局限性，自然选择不能影响生物的突变，也就是说生物产生大量中性的突变，随着环境的改变自然选择使其中携带不适应环境的突变个体死亡，而携带适应新环境的突变生存的概率更大，从而使物种的基因频率发生变化[2]。

1 基因与环境

近年来，我们有了一些新的发现并产生了一个全新的学科—表观遗传学[3]。当我们认为人的基因在受精卵的形成后还会发生表达频率的变化时，一些曾经难以解决的问题就变得可以解释了。尽管一些患有先天遗传性疾病的儿童在性成熟之前就不幸去世，以及此前曾被人们广泛关注的同性恋基因等一系列现象，让我们明白到基因和自然选择间的作用与达尔文等的学说完全吻合。但是，我们也经常发现在一个人出生后，他的一些性状发生改变有的甚至可以遗传给后代。我们通常把这种现象称之为环境的影响。新阶段，我们通常认为人随着工作的调动、生活的需求而迫使其远离最开始的生活环境，能做出一定适应新环境的变化，而其中一部分是由于基因表达的调控。当然，还有如人体的肠道菌群对环境的响应反馈到影响人体的功能变化等备受关注的新领域也是重要的影响因素。

2 基因表达调控的分子机制简介

对于基因表达的分子机制，我们已经了解的比较详细了。第一，生物体内纷繁复杂的信号传导通路是环境影响基因表达的基本作用形式，通过最基本的CAMP、膜上多种磷脂分子，到胞内各种磷酸激酶以及各反式作用因子，无论真核原核都有大体相似的几种作用方式。第二，基因组水平的调控主要包括组蛋白的乙酰化、甲基化，DNA分子的甲基化等修饰，都能影响DNA分子的构象从而促使基因的表达水平变化。第三，还有转录等水平的调控，也都能影响一个基因的表达与否或表达量的大小，在此不做展开。

3 关于哺乳动物胎儿的发现

一个有基因缺陷型糖尿病的母鼠，通过孕期的特殊饮食（高甲基化的添加）与普通对照的正常饮食，产下两个基因型相同表现型截然相反的老鼠兄弟。其中一只患有重症，而另一只甲基化添加喂养的则完全正常，这向我们展示了胎儿受环境的巨大影响，也给了我们关于进化的新思路[4]。我们这时候就可以把目光从个体出生后的环境影响作用放到胎儿阶段，可以确定其在胎儿阶段也有效果。

就人类而言，科学家通过成像技术发现了胎儿对外界环境的巨大反映，如模拟的争吵声使胎儿惊恐而起的可怕情形。我们通常认为，焦虑的母亲和心情愉悦的母亲能传递不同的信号给胎儿（可能与不同的状态分泌的不同激素有关）。从某种层面上讲，我们有两种生存方式，一是为了应对危险时交感神经系统发挥作用，二是正常生长时的副交感神经发挥作用。一些新的观点，长期处于两种不同状态的母亲产下的胎儿往往有不同的生理特征，而这就是在母体内的胎儿通过母体对外界的感知产生了适应性的变化，而在胚胎发育中基因表达情况的变化很有可能有更长的时效性。

4 关于一些细微差异的推论思考与结论

例如，人的毛发与灵长目近亲的差异有许多说法。其中之一就是水生猿起源。它认为，我们的祖先很可能生活在浅海湖泊附近，主要以鱼类为生，我们的流线型适宜游泳的汗毛正是最有力的证据。其他的观点还有火的使用造成的影响[5]。还有关于贝格曼效应的生活在寒带的人种往往与我们在生理特征上有着不同。

但有一点显而易见，这些与之前提到的影响基因频率的生物现象不同。当我们去寒冷的地区时，并不会因为我们及我们后代的高死亡率而被淘汰，而长长毛发的猿人也不可能因其毛发而死亡和消失。相反，最贴近事实的结论就是，在一堆热闹的篝火旁，几个还未出生的小家伙感知到了环境的变化，用一种暂时未知的调控方式有意识地适应环境的变化，改变自己毛发的表达变得和父母不同。听起来不切实际，但事实却指引我们走向这个方向！

就事实而言，一般地我们认为这个过程更可能发生在胎儿阶段甚至可能包括我们年龄还较小的婴儿期等阶段，成体一般表现出相对稳定的性状，且就目前的发现在胚胎的早期分化中基因组的表达情况变化更多更复杂且更稳定，而我们成体每时每刻信号通路反馈到基因表达频率的变化往往相对具有短时效性、易随环境变化而变化等不稳定的特点。

本人深刻的认识到，生物的进化一由自然选择筛选适应环境的基因，二主要由胎内子代主动通过DNA的甲基化去甲基化、组蛋白的乙酰化去乙酰化来改变自身的表达情况[6]。故而，我们可以有限度地通过我们已有的基因表达的改变来适应环境的变化，但不能无限度地受自然选择压力产生新基因新性状。更为重要的一点是，在胚胎发育中基因表达开启或关闭的变化很有可能持续子代个体的一生，这与我们在生命各阶段受环境影响的基因表达的频率的变化有着较大的区别[7,8]。

5 补充

一个不幸儿童的案例提示我们，我们常认为的进化可能包含多种含义。一个医生在对一个小男孩的眼伤进行处理时，选择了纱布包裹患处，这本没什么可说的。但是，两周后当小男孩的眼伤纱布被拆下时，意外出现了。人们发现他的受伤眼睛完全失明了，而其原因与眼睛本身无关，是由于发育过程中的眼睛被处理后，被发育中的神经系统认为好像不存在了，其本该正常建立的神经联系凋亡，导致这只眼睛的失明[9]。这提示我们一个古老的观点，用进废退似乎有一定的可能性。但是，这名小男孩的现象是否代表了一种进化形式呢？至少目前我们复杂的器官一级的进化还不能用微观的基因突变完全解释。我们可以做出大胆的推断，一些功能的退化可能由于不再需要而使对应神经元凋亡或正常突触连接未能形成进而产生性状的改变（如我们难以解释的一些奇特的地下物种以及人类耳朵等），而这一点可能并不涉及微观的变化[10]。