:
来看几个例子。
例1:无翅昆虫。(例子来源:人教版高中生物必修Ⅱ)
图2:无翅昆虫,图片来源,人教版生物必修Ⅱ课本,2004旧版
很多昆虫有翅膀,能飞翔,飞得远活动范围就大,更利于昆虫的生存繁衍。如果发生基因突变导致昆虫无翅,自然选择的剪刀会将其无情淘汰掉。但是在多风的小岛上,飞起来可不什么好事,飞起来很容易被吹入大海葬身鱼腹。在这个环境下,飞行能力根本就不重要,无翅昆虫不会面临太大的生存压力,因此也就生存保留了下来。
例2:桦尺蠖的工业黑化,(例子来源:人教版高中生物必修Ⅱ)
图3:桦尺蠖的工业黑化,图片来源,人教版生物必修Ⅱ课本,2004旧版
英国曼彻斯特地区生活着一种叫桦尺蠖的蛾子,昼伏夜出,平时休息在桦树上。自然状态下的桦尺蠖是更接近树干的浅色,这样不容易被天敌发现,深色蛾子数量不到5%。但是,当工业发展,环境污染,树干被染成黑褐色,情况却发生了改变,深色个体变得更不容易被天敌发现,成了大多数。
例3:依靠人类传播种子的农作物。(例子来源:《驯化---是个物种造就了今天的世界》)
小麦麦穗中间的穗轴称为叶轴,麦粒就长在叶轴之上。
图4:麦穗叶轴示意图
野生小麦叶轴在种子成熟时脆弱易碎,之后种子便脱离主穗,被风吹散,种子因此得以传播。如果它们的叶轴很结实,一点都不脆,对野生小麦来说,这一特点非常不利,因为种子不能自由地被风吹散。在野生环境下,这一特点就是一个有问题的突变,因此,自然选择很快就会将这种植物淘汰。但在农作物中,结实的叶轴却成了优势。 脆轴小麦的种子不等人类收割就自行脱落了,而叶轴结实的小麦麦粒一直在主穗上,坐等人类收割。那些仍然长在禾苗之上的种子就会被收到打谷场上,有的被人们吃掉,有的则被当作种子再种回地里。这样,拥有结实叶轴的种子和禾苗,其比例会随着时间推移而增长。之后,农民们不需要主动去挑选那些种子不掉的植物,他们只需要等到绝大多数小麦成熟,然后收割就行了。
“不脱粒”现象在很多农作物中都有,本来要被自然淘汰的性状,由于人类的参与却成了世界上广泛分布的物种,“福祸相依”啊。
3.环境使基因发生表观遗传修饰
达尔文进化理论和拉马克进化理论的主要区别在于达尔文强调环境的选择,拉马克强调生物的主动适应。虽然达尔文的进化理论成为了进化理论的主要内容,拉马克的理论基本被抛弃了,但是在遗传学的分支“表观遗传学”领域还是给了拉马克一些支持。表观遗传学的研究发现在DNA碱基序列不改变的情况下,生物的基因会通过一些其他的修饰来改变表达适应环境。
例4:荷兰冬日饥荒。(例子来源:《基因传》,《遗传的革命》)
1944-1945年荷兰发生大饥荒,研究人员发现饥荒期间怀孕的女性,她们的孩子在长大成人后具有较高的肥胖症与心脏病发病率,当然这一发现也在预料之内。
20世纪90年代,研究人员发现冬日饥荒幸存者的孙辈也存在较高的肥胖症与心脏病发病率。不知什么原因,突如其来的饥荒不仅对于经历浩劫的幸存者基因产生了影响,而且这些遗传信息还传递到了他们的孙辈。因此某些遗传因素或因子必定已经在饥饿人群的基因组中留下烙印,并且其作用还至少延续了两代人。冬日饥荒不仅载入了史册,同时也形成了这个民族的遗传记忆。
这个例子是说,孕妇的营养情况对胎儿影响巨大。如果在胎儿时期的环境是缺乏营养的,胎儿体内的基因会认为出生后的世界也是一个物质匮乏的世界,体内基因表达得结果会高效的储存影响,这使得出生后的孩子更易肥胖和患心理性疾病。这些改变与DNA的甲基化修饰有关,并有可能遗传给下一代。
图5:碱基C的甲基化
例5:学习过程及DNA的甲基化
给笼中的老鼠一个轻微的电击,然后放回笼中,它们通常会因为恐惧而变得呆愣。然而,给它们的身体注射抗甲基化的药物之后,任何有关电击的记忆似乎被抹去了,老鼠又变得活跃起来。未受药物注射的老鼠在电击之后的1小时内,大脑海马区的基因甲基化模式一直在快速地变化着,小鼠有关电击的记忆也保存下来了。信息被保存在了基因中。记忆在DNA层次上,与甲基的添加和缺失相关。
图6:记忆与甲基化有关
例6:是蜂王还是工蜂?(例子来源:《遗传的革命》)
蜜蜂的性别由染色体组数决定,由卵细胞直接发育而来的个体细胞中染色体数目比由受精卵发育来的个体少一半,前者为雄性,后者为雌性。雄性的蜜蜂叫做雄峰,雌性的蜜蜂将来要发育成蜂王或者是工蜂。蜂王和雄峰的遗传物质是相同的,最终的个体差异完全是由于基因表达差异造成的。
什么造成了基因表达的差异,答案是吃的东西。
图7:蜂王,雄峰与工蜂
一开始所有雌性蜜蜂幼虫的食物都是蜂王浆,几天之后就出现了差别对待,有些蜜蜂作为王储继续食用蜂王浆,另一些则改为了花粉和花蜜,前者发育成了具有生殖能力的蜂王,后者发育成了失去生殖能力的工蜂。研究发现这个过程与一个名为MRJP1的蛋白质有关,该蛋白质影响了蜜蜂体内的基因表达。原因背后正是“表观遗传学”所要研究的内容。
4.环境能使DNA发生损伤,诱发基因突变
虽然DNA本身也存在一些修复机制,有些环境因素还是可以给DNA造成严重的损伤和破坏。
例7:环境因素与细胞癌变。(例子来源:人教版高中生物必修Ⅰ)
图8:致癌因子,图片来源:人教版高中生物必修Ⅰ
诸如紫外线,X射线,砷化物,烟硝酸,尼古丁,Rous肉瘤病毒等因素都可能会对DNA造成损伤引起基因突变,进而引发癌症。这些能够造成细胞内遗传物质改变而使细胞癌变的因素被称作致癌因子,按照性质不同可分为物理致癌因子,化学致癌因子,病毒致癌因子三大类。
不当的饮食,比如发霉食品,熏制食品,烤焦的食物中含有较多的致癌因子,从香烟的烟雾中可以分析出20多种致癌因子。英国科学家曾对癌症的病因进行过详细的分析,结果显示,不当的饮食和吸烟致癌的比例分别高达35%和30%,病毒感染占10%~15%,饮酒占3%,环境污染占2%。除了以上主要原因外,癌症的发生也与食品添加剂,紫外线,心理状态等有关系。
综上,环境能改变基因,基因也在影响着环境。