2005年,美国华盛顿州立大学的生物学教授迈克尔·斯金纳和同事在《科学》杂志上发表了一篇论文,引发了一场激烈的争论。论文描述的是:一批怀孕的雌性大鼠,在非常短的时间内与农用化学品发生了一次仅有的接触,导致后代的基因表达发生了可遗传的改变,甚至影响到了第四代幼崽。争论的焦点在于论文的结论:这些可遗传的变化并不是因为DNA突变、而是所谓的“表观遗传标记”的改变而引起。
表观遗传标记是一类连在DNA上的、可以调节基因表达的小分子。根据传统的遗传学理论,当胎儿在子宫内发育时,所有的表观遗传标记(除一些特例外)都会被清除,而且会经过两次“重置”。因此,下一代身上应该不会出现任何后天获得的表观突变。自2005年起,斯金纳的团队和其他团队发表了许多关于获得性特征的跨代遗传研究。研究主要以植物和大小鼠为对象,同时还有苍蝇、蠕虫和其它生物。
这些研究结果不禁令人发问:同样的现象也会出现在人类身上吗?对于这个问题,斯金纳在《环球科学》2014年第9期的《环境伤害会遗传》中,做出了“基本上一定会”的回应。鉴于人类和其它物种在生物学方面有许多相似点,他认为,这些研究可以向我们暗示,环境污染——无论是燃料污染,还是农药污染——是导致某些从未接触过这些污染物的人患病的部分原因。这些人,只是从自己的父母或祖父母身上,遗传到了有害的表观突变。
许多科学家在科学论文和大众媒体上指出,要将老鼠的实验结果与普通人的经历联系到一起,还有许多尚需解答的问题。比如说,实验中的所有啮齿动物都被注射了高剂量的有毒化学物,而通常,人类只会通过皮肤、嘴巴、鼻子接触微量的有毒物质。而且,实验动物经过严格人工控制和繁育,其遗传背景、饮食和日常活动都一样,人类是不可能做到这一点的。不过,如果表观遗传真的发生在了更多人的身上,研究人员就能发现它带来的效应吗?
无论是从道德角度,还是现实情况来看,要回答这个问题都困难重重。我们面临的最大挑战或许是:只有当表观遗传的跨代效应表现在第四代后代身上时,我们才能言之凿凿地说,这确实是一种可以遗传的性状;对人类而言,这意味着,孕妇受到的环境伤害,必须能体现在曾孙的身上——也就是大约75年后了。
去年11月,史密森尼频道为斯金纳制作了这段短片。彼时他刚刚获得了史密森美国原创奖,斯金纳在片中总结了他的表观遗传学理论,以及他所激起的、暴风雨般的争论。