是环境塑造人类,还是人类适应环境?

当胚胎仅由大约100个细胞组成的时候,在子宫中遇到的条件会对它们今后的健康产生终生影响。

(1944年的荷兰)

1944年11月,荷兰西部。第二次世界大战已经接近尾声。德意志第三帝国对欧洲的邪恶侵袭即将终结。

盟军于6月通过诺曼底登陆,成功攻入德国境内,纳粹不得不向后退却。荷兰南部的部分地区已经被解放,但盟军在圣诞节前结束战斗的计划失败了。他们企图借用市场花园行动计划(Operation Market Garden)越过莱茵河进入德国,但在阿纳姆(Arnhem)和其他地方,他们没有成功地夺取所需的桥梁,未能将敌军逼回本土。当年9月,荷兰铁路工人进行罢工,试图削弱纳粹的统治,但是他们遭受了最后一次痛苦报复。纳粹开始禁止向荷兰西部运输食品,饥荒开始了。到了10月,黄油消耗殆尽,之后是动物脂肪。德国人还撤走了许多牲畜和存粮。到11 月,禁运措施有所放松,柏林的德国政府开始允许一部分食物进行水上运输,这对于遍布运河的荷兰非常重要。然而冬天来了,等到水路运输大开绿灯之时,河面已经结冰。因此,荷兰饥荒的冬天开始了。(节选自《我们人类的基因:全人类的历史与未来》,作者:[英]亚当·卢瑟福,译者:严匡正、庄晨晨)

经历过饥荒的孕妇,她们生下的孩子一生都受到饥荒影响:孩子成年后的体重比平均水平高了几磅。人到中年,他们体内甘油三酯和低密度脂蛋白胆固醇水平更高,罹患肥胖症、糖尿病和精神分裂症等疾病的概率也更高。科学家们正在研究导致这些现象的原因。

之前,科学家们认为,这是因为胚胎通过编程基因表达来对逆境作出反应。现在,位于纽约的莱顿大学医学中心、瓦赫宁根大学和研究所、隆德大学、哥伦比亚大学公共卫生学院的一个国际研究小组提出了一个完全不同的因果关系——基因表达的随机差异不是由环境来编程的,但是它们可以暂时给一些胚胎提供生存优势,特别是在条件恶劣的情况下。

通过研究DNA甲基化,一种控制基因活性的重要机制,研究人员发现在暴露饥荒的个体中DNA甲基化模式的特定部分缺失。该研究发表在Cell Reports杂志上。

在1944年至1945年荷兰饥饿的冬天怀孕出生的婴儿,在六十多岁时心血管健康状况下降。这可以归因于通过所谓的DNA表观遗传修饰,基因表达方式的持续变化。“我们知道缺乏营养会降低胚胎存活的可能性。我们的新研究表明,能在子宫中幸存,取决于DNA甲基化模式允许胚胎在饥荒条件下继续生长。但是那些相同的甲基化模式可能会在以后的生命中产生不利的健康影响,”莱顿大学医学中心的表观遗传学专家Bas Heijmans说。

话句话说,这是胚胎的选择生存而非自然改造。为了理解表观遗传学和胚胎存活之间的相互作用,研究人员从进化生物学中获得了灵感。

在进化过程中,随机的遗传变异被自然选择过滤,导致最适合环境的变异积累。计算机模型表明,胚胎之间的随机表观遗传变异是不可避免的,就像基因突变一样。一些随机的DNA甲基化变异体可能增强胚胎在低营养条件下存活的机会。因此,这些表观遗传变异体在胚胎期暴露于饥荒的群体中将变得更加常见。“我们一直在努力解释早期胚胎如何能够根据营养来改变特定的表观遗传标记。令人着迷的是,基于随机表观遗传变异的选择性生存最符合真实数据,” 隆德大学进化生物学家Tobias Uller说。

荷兰饥荒对健康的影响,一部分只出现在生命后期,而那些胚胎发育早期就暴露在饥荒中的人似乎受到的影响最大。“这些发现常常被解释为,当我们生活条件变好以后,胎儿在子宫中的适应性就会导致成人疾病的确凿证据。但我们的发现指向了一个不同的机制,”哥伦比亚大学流行病学家L.H. Lumey博士说。

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