一种特征是否可以遗传,有时候不是一目了然的。举例说,肥胖可以遗传吗?确实常有这样的情况:如果夫妻俩都很胖,他们孩子往往也是小胖墩。但是我们并不能由此判定肥胖是遗传决定的,因为还有另一种可能:这家妈妈的厨艺实在太好了。环境因素(例如饮食中的脂肪含量)也能让肥胖这样的“生物性状”出现家族聚集性。可见,某种特征是否可以遗传,要具体问题具体分析。
下面我们来讨论一个非常复杂,同时又很少被研究的领域:哈利·波特系列小说中所描述的“魔法能力”是否具有遗传性?对魔法的观察关于“哈利·波特”,我们都知道,具有魔法能力的人被称作巫师,没有魔法能力的称作“麻瓜”(在最新上映的《神奇动物在哪里》中,美国人称之为“麻鸡/No-maj”)。巫师在人口中所占比例很小,同时呈现家族聚集式分布,也就是说,巫师常常产生于所有成员都是巫师的家庭。
从这一点来看,魔法能力似乎是可以遗传的。
但是实际情况并不如此简单。例如我们可以发现以下这些特例:赫敏是一位魔法能力十分强大的巫师,但她的父母却都是“麻瓜”。而且,根据一项家族病史调查的描述(JK. 罗琳, 1997),赫敏的祖先中也没有出过巫师的记录。费尔奇在霍格沃茨担任看门人工作。他出身于巫师家族,但他本人却没有表现出任何魔法能力。
(我们注意到,巫师界常常使用一个歧视性的称谓来称呼这类群体:“哑炮”。在本文中我们将不可避免地使用到这个词语,这并不表示本文作者对这一群体持有歧视性立场。)以上两个特例足以说明魔法能力的遗传问题值得深入探讨。
然而奇怪的是,在互联网上,我们无法检索到巫师界对于这个问题的研究报道。也许巫师学者对于麻瓜的学术期刊并没有投稿的兴趣。所以,我们只能了解一下麻瓜界的学者们对此问题进行的不懈探索。隐性遗传论最早关注这一问题的学者是澳大利亚皇家儿童医院的克雷格教授。他是一位麻瓜。他认为,魔法能力是由隐性基因控制和遗传的(JM. Craig et al, 2005)。
根据孟德尔遗传规律,一种遗传性状由一对“等位基因”来控制。等位基因有显性和隐性之分。在魔法基因问题上,克雷格认为“巫师”等位基因(记作W)是隐性的;“麻瓜”等位基因(记作M)是显性的。当一个人具有两个麻瓜基因(MM)或者一个麻瓜基因一个巫师基因(MW)的情况下,他/她将不会有魔法能力;只有当他/她具有两个巫师基因(WW)的情况下,才会成为巫师。这个观点可以解释赫敏的魔法能力。
赫敏的父母都是隐性基因的携带者,基因型为MW;赫敏遗传了父母双方的隐性基因,基因型为WW,因此她成为巫师,而她的父母则是麻瓜。至于费尔奇的案例,克雷格教授用基因突变或父母身份存疑来解释。
由于这篇论文对此问题进行了开创性的研究,他被发表在麻瓜界最顶级的学术刊物之一:《自然》(Nature)上面。然而这篇论文发表之后,随即受到了巫师界和麻瓜界的质疑和批评。
事实上,魔法基因是隐性等位基因的观点与一些明显的事实不符。例如根据《哈利·波特》中的记述,巫师与麻瓜的后代几乎百分之百都是巫师。这种遗传比例只有当巫师基因是显性时才有可能出现。然而如果巫师基因是显性,那意味着麻瓜父母(隐性纯合子)永远不可能生下巫师后代,这又无法解释赫敏的案例。
《自然》杂志发表了一份批评意见(A. Dodd et al, 2005)。
来自剑桥大学植物学系的多德博士认为,显性/隐性基因理论不足以解释魔法的一些现象。例如下述案例:纳威是哈利·波特的同学之一。他具有魔法能力,不属于“哑炮”;但他的魔法能力非常弱,明显落后于同龄巫师。克雷格用“不完全显性”来解释纳威的情况。多德指出这里存在误解,“不完全显性”并不能让一个“有或无”的特征产生程度上的差别。按照多德的观点,纳威的弱魔法能力更有可能是“基因表达可变性”造成的。
但他紧接着又指出,无论“不完全显性”还是“基因表达可变性”,都是针对显性基因而言,这与“巫师基因是隐性”这个假设是矛盾的。因此多德认为,基于当前获得的研究证据,判断魔法具有遗传性还为时尚早。
在这里,多德虽然提到了“基因表达可变性”这一重要观点,已经初步涉及到表观遗传学,但却未能在这一点上深入展开。他的批评是有一定局限性的。
当然,这也与当时(2005年)哈利·波特系列并未完结、麻瓜界掌握的观测证据不足有关。真正在这个问题上具有里程碑意义的研究发表于哈利·波特系列的第七部(《哈利·波特与死亡圣器》)出版之后。牛津大学(剑桥大学的老对头)的拉玛戈帕兰博士等人结合最新公布的观测事实,进行了表观遗传学层面的综述性分析(SV. Ramagopalan et al, 2007)。
首先我们来了解一下什么是“表观遗传学”。
经典遗传学通常认为一种遗传性状是由DNA序列决定的。序列的变化,即“ATCG”四种碱基的排列,令生物体表现出不同的遗传特征。但表观遗传学认为,即使DNA序列完全一样的情况下,生物体也有可能表现出不同的遗传特征。
产生这种现象的原因很多,例如DNA上发生了一些化学变化(甲基化、组蛋白乙酰化等),改变了基因的正常表达;或者DNA受到了一些影响基因表达的“元件”的作用(比如“增强子”元件可以强化基因表达、“弱化子”元件则相反)。这些化学变化和“元件”让一些生物性状的遗传过程变得复杂,出现了用孟德尔遗传规律和经典遗传学不能解释的现象。
拉玛戈帕兰博士等人基于上述原理认为:魔法的遗传需要从表观遗传学的层面上进行研究。他们发表的综述性报告在分析了多个方面的事实之后,得出了不同于先前研究的结论。魔法的来源拉玛戈帕兰博士等人的研究结论主要包括如下几个方面:1. 魔法的家族史研究和双胞胎研究成果表明,魔法能力的一些特征是以基因为基础的。事实上,哈利·波特本人就是一个有力的证据:哈利作为巫师的后代,从小在麻瓜环境中长大,但仍然保有魔法能力。
这种“收养研究”能够明确排除环境因素的影响,证明魔法具有遗传性且不会被环境因素所消除。双胞胎研究也能得到同样结论,但缺陷在于样本数量太少(只有两对:韦斯莱兄弟和帕蒂尔姐妹)。2. 魔法能力并非只是“有或无”的特征,而是一种“数量性状”,也就是说它有强弱之分。“数量性状”一般由多个基因控制,且在一定程度上受到环境因素的影响。身高即是一个典型的例子,它受多个基因影响,同时锻炼和营养也会产生作用。
魔法能力也是如此。这里所说的环境因素也包括一些特殊的经历,例如是否具有“目睹死亡的经历”就可以影响巫师对于一种动物(“夜骐”)的视觉敏感性。3. 这篇论文最重要的观点在于提出了“魔法增强子”这一概念。这一概念意味着:巫师和麻瓜相比,在基因序列上并没有特别大的区别。但巫师体内的“魔法增强子”却能够让一些基因出现“魔法性”的表达。
例如,巫师与麻瓜都有 FOXP2 (与人类的语言能力密切相关的基因)和 MC1R (调节头发中的色素的基因)等基因。在麻瓜身上,这些基因只能发挥一般的作用;但在巫师身上,“魔法增强子”改变了这些基因的表达状态。改变后的 FOXP2 让巫师具有了与爬行动物对话的能力(通称为“蛇佬腔”);而改变后的 MC1R 则让巫师可以随意变换头发的颜色(通称为“易容术”)。
这样一来,巫师并不需要大量额外的基因来实现魔法能力,而是通过调节基因表达来实现。这恰是“表观遗传学”的精要所在。
拉玛戈帕兰这篇论文旁征博引、严谨规范,语言风格具有浓浓的学术气息。
在文章结尾,他还附上了一份致谢:“感谢三位未成年小女巫针对哈利·波特小说中的一些技术性问题为我们提供的专业性建议……”克雷格的论文,通过哈利·波特中的概念普及了遗传学知识;多德的评论指出了前者在理论上的缺陷;拉玛戈帕兰的论文在这个问题上走得就更远了,其中包含的表观遗传学观点正代表了当前研究的一个重要方向。这些论文不但能在大众中科普知识,拿给同行看更是进行学术交流的好机会。
最重要的是,他们都发了Nature或BMJ(《英国医学期刊》)。那么,亲爱的读者,你们看完《神奇动物在哪里》之后,又写了什么paper呢?——好好想想吧!