長頸鹿，產婆娃，你孫子的健康
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導讀
基因的序列可以不發生改變（沒有突變之類的事件），但是如果基因的表達發生了改變，生物的生理行為性質也會發生改變。大多數這種改變只會影響生物本身，但是如果這種改變發生在生殖細胞里（精子卵子），那麼這些改變就會遺傳給下一代。
01
一說起進化論，人們就想起查爾斯·達爾文，似乎他就是進化論的鼻祖。其實，早在查爾斯·達爾文之前，很多人就已經提出了物種不斷演變進化的思想，比如查爾斯·達爾文的親爺爺，Erasmus Darwin，就是進化論的先驅之一。19世紀初期，人們已經找到了各種各樣的化石，都無可辯駁地證明了物種不是固定不變的。所以在那個年代的科學界內部，「物種會進化」已經是無可爭辯的事實了，只不過人們還搞不清楚進化的動力和原因是什麼。
拉馬克
1809年，法國博物學家，讓·巴蒂斯特·皮埃爾·安妥萬·德·莫奈·德·騎士·拉馬克（簡稱拉馬克，他為什麼有這麼個令人吐血的名字，我也不知道，希望有精通法國文化的大賢有以教我）發表了其著名的《動物哲學》一書。在書中他提出，物種進化的原因是所謂的「獲得性遺傳」。
這是個什麼意思呢？意思就是，物種在後天生活的環境里「獲得」的性質可以遺傳給後代。
拉馬克以長頸鹿為例。長頸鹿脖子為什麼那麼長？據拉馬克說，這是因為長頸鹿經常要引頸吃樹葉，脖子越拉越長。比如，父母的脖子本來只有2米，天天引頸向上，在生孩子之前，脖子被拉成了2.0001米。這個多出來的0.0001米就是所謂的「後天獲得」的性質，而拉馬克說這個後天獲得的0.0001米會被孩子繼承下來。孩子繼續做引體向上，又拉長了0.0001，如此一代代積累下來，如今的長頸鹿就有5米多高了。
動物能不能在後天環境里獲得新的性質？當然能。你天天上健身房舉啞鈴，你胳膊肯定可以「獲得」肌肉。但是你這個「獲得」來的強健肌肉能不能遺傳給孩子？可能不行，因為這個東西我估計是遺傳基因決定的。舉啞鈴改變不了你的基因。話說郭靖武功高強，郭破虜的武功就高嗎？
那麼拉馬克這個「獲得性遺傳」學說和達爾文的「自然選擇」學說有什麼不同呢？
其實這個區別很簡單。
拉馬克認為孩子和父母的差異是由於後天的環境或行為造成的（比如做引頸向上），而這個差異一代一代可以繼承積累下來。
而達爾文認為：第一，個體之間的差異是先天的（我們現在知道，是因為基因不同），父母2米高，生下的孩子可能從1.98到2.02米的都有；第二，差異可以遺傳，平均來說，1.98米的孩子生下的孫子，比2.02米的孩子生下來的孫子也矮一點；第三，差異可以造成後代數量不同。如果1.98米的孩子能夠吃到的葉子比2.02米的少，獲得的能量就少，那麼生下的孫子也少。也就是說，在第三代中，高個子的數量比矮個子多。那麼整個種群的平均身高就會比上一代高一點。
在達爾文時代，人們不知道遺傳的物質基礎是什麼，達爾文的第一條（差異是先天造成的）聽上去有點像是唯心主義，所以人們對他的理論一直將信將疑，而相信拉馬克的「獲得性遺傳」的也就大有人在。
19世紀末，著名的進化生物學先驅魏斯曼決定做實驗驗證一下拉馬克這個理論。
02
你拉馬克不是說動物在後天環境下獲得的性質可以遺傳嗎？好，我現在把老鼠的尾巴切短一點，這個「短尾巴」和長頸鹿的長脖子都算是「後天獲得」的性質了吧？雖然是暴力造成的，但是暴力也是後天環境的一個因素啊？按你的說法，這個「短尾」性質能夠遺傳下去，那麼許多代之後，老鼠的尾巴就應該變短是不是？
魏斯曼連切了22代！後果可想而知。所以他老人家得出結論：後天身體上的改變不會影響生殖細胞，也不會影響後代。
後來有人說了，老魏也是富貴閑人，錢多了燒的。你根本不用做這個實驗。猶太人世世代代都要割嬰兒的包皮，這個「實驗」已經做了兩千年了，我們也沒看見剛出生的猶太人嬰兒的包皮短一些啊？
我們在《王侯將相寧有種乎》那一節里講過，斯大林時代蘇聯科學界在李森科的把持下，排斥資產階級唯心主義的基因遺傳學說，而鼓吹「環境決定論」，相信人的生理行為都可以被環境改變，並且傳到下一代去（這也是他們勞動改造制度的理論基礎）。所以拉馬克的學說在蘇聯很受歡迎。
有一次李森科在蘇聯科學院宣揚拉馬克，惹怒了下面坐著的朗道。朗道是什麼人？朗道就好比是《生活大爆炸》里謝耳朵的真人版，在全球物理界是神一般的存在，持才傲物、口無忌憚，語言放肆程度堪比赫魯曉夫。
李森科飛揚跋扈，朗道怎能忍得下去？雖然身為猶太人，他也可能沒有聽說過「猶太嬰兒包皮」的反例，但是智者一法通百法通，當即老朗就舉了一個更經典的反例：但凡生育過的婦女肯定沒有處女膜，這個「實驗」比猶太割包皮的實驗還要久遠無數年，為什麼如今的女嬰還都有處女膜？
話是這麼說，但是人們一直沒有找到遺傳的物質基礎和理論根據，所以在20世紀初，達爾文的自然選擇幾乎快被科學界拋棄了，而許多人也在孜孜以求地試圖證實拉馬克的學說。這其中最著名的悲劇當屬奧地利生物學家科莫萊（Paul Kammerer）的產婆蛙事件。
圖片來自2009《科學》雜誌文章
科莫萊是拉馬克的信徒。他研究一種名叫「產婆蛙」的蟾蜍。這種蟾蜍有的生活在水中，有的生活在陸地。交配時，雄蟾要趴在雌蟾身上。水中的蟾蜍身體很滑，所以雄蟾的掌上有一種黑色的厚皮構成的「交配墊」，用以增加摩擦，而陸上的雄蟾則沒有這個墊子。
上世紀20年代，科莫萊強迫陸上蟾蜍在水裡交配。按照拉馬克關於長頸鹿長脖子的邏輯，陸上雄蟾的掌上應該努力「長」出些厚皮來增加摩擦，一代一代積累下來，以後的陸上雄蟾也會進化出「交配墊」來。
五代過後，陸上雄蟾的掌上真的出現了黑色的交配墊。這一下科莫萊名聲大振，被邀請四處作報告，尤其是蘇聯科學院更是如獲至寶。但是美國的科學家不信邪。1926年，紐約自然史博物館的科學家檢查了科莫萊的蟾蜍標本，然後發現，什麼「黑色的交配墊」，呸，原來是用印度墨水染上去的。兩個月後科莫萊飲彈自殺（有人說是他的助手染上去的，有人說他是因情自殺）。
後來，20世紀30年代人們普遍接受了孟德爾的遺傳學說。孟德爾達爾文兩大學說，聯手打造了「現代進化論綜合理論」，戰無不勝，攻無不克，而拉馬克的學說漸漸地就被人當歷史笑話看待了。
03
轉眼已是百年，2009年智利科學家為科莫萊喊冤：當年產婆蛙標本上有墨水，這個不假，但是這個產婆蛙的交配墊未必是假的，它很有可能是由一種叫「表觀遺傳」機製造成的。
什麼是表觀遺傳？
眾所周知，毋庸置疑，生物的生理行為等等性質是由基因決定的。基因是一個製造蛋白質的藍圖計劃，但不是所有的計劃都能夠得以執行。有些蛋白質會被大量製造（基因表達得很強烈），而有些基因會被細胞里製造蛋白質的機器忽略掉（基因不表達，等於是不起作用）。細胞里有很多調控因子決定著基因有沒有機會表達，到底表達多少。這些調控因子，有些本身就是基因，而有些是外界的環境因素。
這個表觀遺傳學就是研究生物在成長發育衰老的過程中，到底是些什麼機制在控制基因表不表達，在什麼時候表達，表達多少。最常見的改變基因表達的機制是所謂的「DNA甲基化」，就是DNA序列上插進來一個疏水性烷基官能團。
被這名字嚇到了吧？小弟化學學得差，不要問我這是個什麼東西，我也不會告訴你細節。它其實就是一個非常簡單的化學物質，由四個原子構成，它可以像棒棒糖一樣插到DNA鏈上。如果DNA鏈上某個區域插的棒棒糖多了，這個區域的基因就不表達（基因保持沉默，不起作用），或者表達得不強烈。
山還是那個山，水還是那個水，基因還是那個基因，但是它的表達不同了。也就是說，基因的序列可以不發生改變（沒有突變之類的事件），但是如果基因的表達發生了改變，生物的生理行為性質也會發生改變。大多數這種改變只會影響生物本身，但是如果這種改變發生在生殖細胞里（精子卵子），那麼這些改變就會遺傳給下一代。
講進化論健康學怎麼講到長頸鹿、產婆蛙、基因表達、棒棒糖這裡去了？因為最近這一二十年，科學家們發現在後天環境成長過程中，一個人的飲食行為可以造成很多基因表達上的改變。而這些改變會遺傳到下一代，甚至第三代第四代身上。基因沒有突變，但是「後天獲得」的性質，卻可以遺傳。這不分明就是拉馬克的理論嗎？
當然，這不是說所有「後天獲得」的性質都可以遺傳。你天天去健身房，你長的肌肉不一定會遺傳到你兒子身上。染頭髮、做整容那就更是這樣了。但是很多和健康有關的「後天獲得性」改變卻真的可以遺傳。
最早關於表觀遺傳和健康的研究是所謂的「荷蘭研究」。第二次世界大戰期間，荷蘭人吃不飽穿不暖，尤其是1944~1945年的冬天，荷蘭人民經歷了一次可怕的大饑荒。在那個期間懷孕的婦女都營養不良，所以生下的孩子也很瘦弱。這個不足為奇，媽媽吃不飽，孩子肌肉不發達，誰都知道，不用你科學家去做研究。但是奇怪的是，這些孩子出生以後，三座大山就被推翻了，他們生在戰亂中，長在紅旗下，吃穿不愁，然而他們所生的孩子（第三代）的肌肉也偏偏比一般的孩子瘦弱。
這是為什麼？拉馬克，表觀遺傳。科學家們相信，奶奶們在納粹時期所受到的「營養脅迫」雖然沒有改變她們的DNA，但是卻造成了基因表達的改變，而這些改變不僅遺傳給了第二代，還遺傳給了第三代，雖然第二代和第三代都沒有受到這種「營養脅迫」。
這之後，人們在老鼠身上做了大量的實驗，一而再，再而三地觀察到了這種現象。下面小弟說兩個2014年的研究。
04
第一個研究是關於糖尿病的。
人們早就知道糖尿病有一定的遺傳性，很多（不是全部）有糖尿病父母的孩子也會得糖尿病，但是這種遺傳性卻不是一定由基因突變造成。肝臟里有一個叫Lxra的基因，它掌管脂肪的代謝，也和葡萄糖拮抗有關（你的細胞抗拒葡萄糖，不吸收它了，所以血液里的糖濃度就高了）。人們就設計了一個實驗，看看外部的環境能不能改變這個Lxra基因的表達。
實驗內容很簡單：不讓懷孕的老鼠吃飽，只給它們50%應有的食物。人們發現母老鼠兒子們的Lxra基因沒有突變，但是發生了「甲基化」，表達發生了改變，所以它們的體內脂肪都超標，而且都有葡萄糖拮抗。
這些兒子們都生活在正常的環境里，然而甲基化也影響了它們的精子，所以它們的後代也超重，也有葡萄糖拮抗。你說這個倒霉不倒霉？我爸爸和我的飲食習慣都很健康，我奶奶懷孕時不好好吃飯，雖然她長什麼樣我都不知道，但是她的慘痛經歷卻讓我也得糖尿病！佛家不是講業力可以禍延子孫嗎，嘿嘿。（這篇文章發表在2014年《細胞·代謝》上。）
再講個更倒霉的。
精神上或肉體上受到的巨大創傷，比如身體創傷、精神折磨、被歧視、目睹暴力行為等等，往往會導致行為不正常，比如人格分裂症。而這種行為異常也可以遺傳，但是人們找不到這是哪個（哪些）基因負責的。所以有人就想了，這個可能也是由於表觀遺傳造成的。
老鼠，又是可憐的老鼠。實驗人員這次給老鼠的精神創傷是這麼搞的：從剛生下來到兩周大的時間段內，每天都將小雄老鼠與母親強行隔離三個小時，而且不是固定的時間段，小老鼠猜不出明天什麼時候會被迫害。
順便說一句，母親的作用遠遠不止是餵奶機器。小弟看過很多報道，小老鼠小麻雀需要母親的觸摸安撫擁抱，如果缺少這些身體接觸，小老鼠小麻雀長大後會有各種生理和行為上的不正常。所以，每天三個小時關禁閉，而且是沒有規律的隔離，這對小老鼠是個巨大的精神創傷。
實驗人員發現了什麼呢？被迫害的小雄老鼠，小雄老鼠的孩子（第二代），還有小雄老鼠的孫子（第三代）在走迷宮時都表現得很大膽無畏，稍加猶豫就走進未知的空間，而正常的老鼠都要猶猶疑疑半天。
把它們放在在明暗盒子里，正常的老鼠躲在暗處，這些受過創傷的小老鼠還有它們的第二代第三代都呆在明處。膽子大可不是什麼好處（在自然環境下，膽子大的老鼠就是貓的點心），據實驗人員講，這代表了一種「類似抑鬱癥狀」。這些小老鼠和它們的子孫在胰島素和血糖濃度上也出現了異常。
這個研究發表在2014年的《自然·神經科學》上。這些老鼠的基因都正常，所以研究人員推測，在第二代和第三代身上發生了甲基化之類的表觀遺傳變化。爺爺年輕時出過車禍，在者陰山前線受過炮擊，雖然父母和你都生活在和平的環境里，但是爺爺的行為和生理異常也會遺傳到你身上！
好吧，上面關於車禍和者陰山這句話算我誇張。我的意思就是，如果這個研究的結果可以用在人類身上（不一定可以），那麼很多毫無由來的精神或生理疾病可能還真得推到三代以上。
目前小弟看到的研究都只限於四代之內，四代以後的子孫會不會受影響，這個我不知道。而且關於飲食的研究似乎也只限於食物匱乏，至於吸煙飲酒暴飲暴食的影響能不能遺傳，我也不知道。但是我想說的是，如果你是還沒有生育的90後00後，或者是準備生二胎的70後80後，以後胡天胡帝的時候，多想著給你們的孫子積點德。
進化論醫學聊到這裡，下面就要聊聊小弟的正經專業——衰老。敬請關注下集《桃花源與秦法政》。
「 複眼視界 」，不著邊際的妄想者家園，致力於做「常識的追隨者」和時代的「少數派」。這是一個泛科普、幻想類自媒體，面向學生、知識分子群體；有著一定常識儲備的人群；希望在人文、科學素養上獲取新知的受眾；以及對這個世界抱有好奇心的你。
復 眼 問 答
@野菅 說：「本科上課的時候，老師也說過現在醫療的目標其實應該是維持體內癌細胞和正常細胞的平衡。耐藥性在癌症中幾乎成了無法解決的問題。「
木小衲：非常同意。如果「以殺為期」, 如果治療的目標是「殺」，那這個問題確實沒法解決。我這些日子常想，在個體內對付療癌症、在生態農業里對付雜草和害蟲、在政治上對付恐怖分子，都有個「以平為期」（以平衡為目的）和「以殺為期」的問題。如果「以殺為期」，那麼抗藥性是不可避免的。但是，如果我們學會與少量「敵人」和平共處，那麼我們不但可以用更少的精力時間金錢把「敵人」控制在可以接受的範圍，而且少量「敵人」其實還會帶來好處，比如少量害蟲可以使蔬菜更有營養，更健康（比如「微脅迫效應」，hermetic effect.）
當然，這只是從「哲學」思路上來講。具體如何操作還需要艱苦卓絕的耐心研究。
@星雲柳水 網友說道：「餓死療法如果對人體無生命威脅可以作為一切癌症的有效治療手段嗎？「
木小衲：我個人覺得（如果說得不對，請批評指出），餓死癌細胞，在個體的治療上是有一定作用的，但是從統計上來講，長遠地來講，是不可能根除癌症的。在這個問題上，癌症的遷移有可能是一個很重要的原因。我沒有研究過。這裡只是從邏輯上來推理。
遷移是個生態學裡重要的概念。一個物種如果環境壓力太大，資源不夠，捕食者太多，那麼這個物種里的個體就會面臨去留的問題。而生物（比如說植物的種子）沒有主觀願望，它們的遷移完全是自然選擇的過程。
假設兩種個體，一種基因決定留守故園，一種基因決定背井離鄉。這是達爾文說的第一個條件——存在個體差異。有了個體差異後，自然選擇就起作用了。如果留在故園發展更好，而背井離鄉的都斷子絕孫了，那麼就看不到遷移的現象。如果環境相反，第二種個體勝出，那麼就會有遷移。
癌症的難治之處之一就是癌細胞也會發生遷移，從一個臟器轉移到另一個臟器。人們認為生態學裡的遷移理論可以解釋，為什麼很多針對局部病灶治療的方案，比如放射療法，會造成癌細胞轉移：
有些癌細胞有遷移基因，有些沒有。如果沒有放療，環境沒有壓力，換地居住的細胞爭不過留守故園的細胞，就被淘汰了。而放療造成了局部壓力太大，有遷移基因的細胞轉移了，更好地生存了，所以就被選擇出來，勝出了。
我猜，飢餓療法也可能有類似的效果：在局部，養料食物不夠，競爭太激烈，可以遊走的細胞就佔有了優勢，能走就走了。
在生態學裡，關於遷移的理論，尤其是關於植物種子的，已經發展得很成熟了。然而在癌症里，很多和遷移理論相關的量，人們都還沒有測量，比如物種的多樣性對遷移物種的影響等等。我上次說的那個文章作者呼籲，在癌症研究中，人們應該開始著手測量這些「生態學」量。
《想世間造物搬興廢》
——和文科生聊聊進化論
什麼是進化論？進化論的研究，現在到了什麼階段？進化論就是「叢林法則」嗎？進化論如何指引我們的當下生活？ 上窮碧落下黃泉，動手動腳找東西，生物學專家木小衲，一個被生物學耽誤的雜文作家，通過最輕鬆的筆觸，與我們一起，撥雲見日、點指迷津。
木小衲，生物學專家，美國密蘇里科技大學生物系副教授，書香門第，家學淵源，文理通吃，中西合璧。於《科學》(Science)、《美國科學院院刊》(PNAS)、《英國皇家科學院院刊》(PRSB)等國際學術期刊以第一作者身份發表論文近二十篇，在美國國家自然基金等十餘份國際期刊任評審專家。
自2011年起，於密蘇里科技大學生物系任職，研究方向為衰老生物學和社會性昆蟲的生理和進化。課程包括：進化論、衰老生物學、進化論醫學，人體生理學和生物數學建模。
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