我们都熟悉达尔文的进化论，即自然选择推动进化。然而，随着科学的进一步发展，达尔文理论也显示出了一些不足之处。如何补充它呢？这可能需要早就“退出历史舞台”的拉马克“用进废退”理论的帮助。
大家都学过达尔文的进化论——基因突变导致物种性状的多样性，自然选择筛选更具适应性的表型。然而，单纯的基于DNA序列的遗传学并不能解释自然界中真正看到的物种表型的丰富性。表观遗传学是一门新兴的生命科学分支，其三个重要的要素分别是：（1）DNA序列本身不发生变化；（2）表型发生改变；（3）这种不基于DNA序列产生的变化可遗传。
在本文中，作者将会介绍进化论的基础知识和演变过程，简述表观遗传学与经典遗传学是如何在演化过程中彼此协调，发挥作用。不过关于表观遗传学和经典遗传学之间的关系学界还没有完全定论，表观遗传在进化论中所占的地位也尚未明确，表观遗传也决不能和拉马克主义划等号。
所谓物竞天择，适者生存，现代生物学的许多主流研究方向都以查尔斯·达尔文“自然选择”的进化论为基础：只有最能适应环境的生命体才能在物种演化的洪流中获得生存和繁衍的权利。这个自然选择的过程也被称为适应，而最容易帮助个体存活下来的性状则被看作是有适应性的。
但是这种阐释演化的理论并不能解释在演化过程中观察到的所有现象，这说明在物种演化的过程中，还有其他分子机制在发挥作用。达尔文理论的一个问题就在于，尽管物种确实演化出了更具适应性的性状，但DNA序列的随机突变率实在太低，这根本不足以解释生物在进化过程中出现的极为丰富的多样性。
然而，即便存在这些机制，在人类等复杂生命体中，无论是代谢调节还是对疾病的抵抗机制，这些生物进程所反映出的的遗传突变率仍然远低于众多性状发生改变的频率。仅仅依靠经典遗传学和新达尔文主义的理论很难解释急速演变的诸多性状。
此外，达尔文理论的缺陷已经不再仅仅只是演化科学范畴里的内部问题，而是开始波及生物学和生物医学的其他领域。比如说，如果基因遗传决定了我们的性状，那么为什么基因相同的同卵双胞胎会患上不同类型的疾病？为什么在许多特定疾病的患者中，通常仅有不到1%的人具有相同的基因突变？
让-巴蒂斯特·拉马克提出的学说或许能够解释其中的一部分问题。拉马克的“用进废退”理论提出于进化论问世的50年前，如今早已被科学界冷落到了无人理会的犄角旮旯，不过拉马克的理论并不是没有丝毫可取之处，他提出“环境能够直接改变性状，并且这些性状能够被后代承袭”。
1953年，在达尔文理论发表将近100年后，也就是沃森和克里克揭示DNA双螺旋结构的那年，一条线索终于出现了。爱丁堡大学的发育生物学家康拉德·沃丁顿报道称，处于胚胎发育阶段的果蝇在受到外部化学刺激，或在周围温度环境变化的情况下会发育出不同的翅膀结构。而且这种在第一代果蝇中被科学家诱发得到的性状改变会遗传给此后所有的后代。
如今，表观遗传学的精确定义是：在不改变DNA序列的前提下，能够调节DNA功能、决定基因表达或关闭的，可遗传的分子生物学因素。表观遗传学涉及到许多微观的分子反应，这些反应过程在不改变基因DNA序列的情况下，显著影响了基因组的的各项微观活动。
近年来发现的另一种表观遗传学的主要调控机制则被称作“组蛋白修饰”。组蛋白是包装DNA的一类蛋白质，能够改变DNA的结构。举个形象的比喻，DNA就像串珠的绳子，而组蛋白就是一颗颗被串起的小珠。DNA与组蛋白的复合体被称作染色质；染色质结构中的螺旋、环和扭曲结构在环境压力的影响下将会产生变化，而这种变化能够永久性地改变基因表达。
如果表观遗传学想在演化过程中起到重要的影响，一个必要的先决条件就在于，它所带来的改变必须要能够遗传给下一代——就像DNA序列和DNA序列上的基因突变一样。但是，与表观机制相关的遗传却并不遵循适用于经典遗传学和新达尔文演化论的孟德尔遗传定律。
2000年，我在华盛顿州立大学的科研团队就已为非经典遗传原理的表型继承提供了颇有说服力的研究证据。本团队2005年发表于《科学》期刊的研究成果表明，环境中化学物质对大鼠产生的致病影响能够在停止对后代继续用药的情况下至少维持三个世代，甚至能够将疾病遗传给曾孙代及更远的子代。
目前，环境诱发的表观代际遗传研究已涉及植物、昆虫、鱼类、鸟类、啮齿类动物、猪和人类等诸多物种。因此我们可以断定，这是一种高度保守的遗传现象。研究发现，基于表观遗传机制的疾病和表型性状的改变在大多数物种中至少可以持续10代；而目前在植物已明确的遗传代数极限更可持续至上百代。
环境在演化过程中发挥着至关重要的作用。在达尔文主义者看来，环境决定了哪些个体和物种能够在无情的自然选择中存活下来。但是大量的环境因素同样也能够通过表观遗传的途径更加直接地影响演化和生物信息：哪怕只是改变温度或是光照暴露的时间、哪怕只是摄入了某些高脂肪或热量限制的饮食，机体为了响应营养参数的变化，遗传性状也能发生改变。
我们实验室的一个研究案例就是关于环境化学物质的暴露对性状变异及疾病的影响。在研究中，我们着手研究了环境毒物——当前农业最常用的杀菌剂农利灵——是如何通过表观遗传的途径来改变生命体性状的。首先，我们将怀孕的雌性大鼠短暂暴露于杀菌剂的环境当中；接下来，我们在无任何持续暴露的条件下，将其向后饲养三代至曾孙代。
越来越多的研究证据都支持着表观遗传学在演化中发挥了作用。一项有趣的研究对比了尼安德特人与智人的DNA信息，两者间的遗传差异明显不如表观遗传差异显著（表观遗传差异涉及基因组中DNA甲基化的改变）。简而言之，新拉马克主义和新达尔文主义可以综合形成一种统一化的进化论，从而为解释演化进程提供更为有效的分子基础。
总而言之，这些发现表明我们一直坚持的老观点“遗传决定论”与现实出现了差距。所以，是时候该把这些理论的“裂缝”暴露在阳光底下，仔细审视问题到底出在了哪里。1962年，托马斯·库恩就已经告诉我们，若现有的思维定式在应用的过程中出现了异常现象，那么这就说明新的科学到了应运而生的时机——这往往就是科技改革的诞生之源。
统一化的进化论应当结合新拉马克主义和新达尔文主义的观点，扩展我们对于环境影响演化机制的理解。拉马克在200多年前对演化论做出的贡献不应因达尔文进化论的提出而被废弃，相反，我们应该将他的观点整合，产生一种更具影响力、更有远见的理论。同样，遗传学和表观遗传学也不应争个你死我活，而应彼此取长补短，帮助人们更好地理解生命在微观层面的分子机制，从而阐释调控生命的真谛。