Science特刊：基因与环境(人格发展受遗传和环境的影响)

Science特刊：基因与环境

2016年10月07日讯 在人类的进化过程中，环境一直在施加压力，选择对我们有利的遗传学突变。最新一期（10月6日）Science杂志推出特刊GENES AND ENVIRONMENT，从进化适应性、跨代遗传、细胞环境对免疫应答的影响。

进化适应性

进化是由于一组自发出现的遗传突变结合环境压力所引起，普林斯顿大学的研究人员对40个酵母种群1000代的适应性进行了研究，发现生物体要在进化中取得成功，需要不止一个，而是7个特异的突变。

研究人员当个体基因组经历自发性的有益突变，使得其适应环境的能力提高时，便发生了进化。普遍的观点认为，单个突变可以促进个体的生存，然后个体会复制突变，并将其传给它的后代。

与之相反，普林斯顿大学的研究人员发现，并非是单个突变促进了生存，而是需要5-7个突变。这些额外的突变看起来没有对生物体增强的适应性做出贡献，因此被命名为“搭车客”。

研究探讨了在遗传水平上，随着时间推移突变和选择过程展开的机制。为了观测突变及生存，研究人员对无性繁殖达1000代的40种不同的酵母菌株进行了观察。研究人员指出，随着时间推移，一些特异突变的出现赋予了一种生存优势，使得某些酵母克隆得以旺盛生长。随着时间的推移，另外的突变突然出现，研究人员发现所有最好的生存者都包含了相同一组5-7个突变。

跨代遗传

作为20世纪最具灾难性的政治思想和科学碰撞事件之一，俄罗斯植物学家Trofim Lysenko提出了与基因学说相对立的遗传学说，来否定淡化孟德尔遗传概念。他认为在一代人生活的环境能改变后代的表型，而这正是现代往往被认为是拉马克Lamarckian的遗传概念。Lysenko认为，孟德尔遗传和达尔文的进化论都是强调竞争，但他认为生物学基于合作，也就是说一代人的辛勤工作能快速导致物种的改善发展。

Lysenko应该说是最著名的支持“生物生活环境会影响后代表型”这一概念的宣传人之一了，同时他被认为是个江湖骗子，因为他为了达到自己的目的伪造了结果。然而，在过去的几十年里，科学家们越来越发现“获得性性状可以被遗传”这并不完全错了。一些表观遗传标记，基因组序列中未编码的信息，生物生命周期中对环境条件的应答都表明这些信息也许是可以遗传的。、

父母遗传给孩子是生活中我们普遍都知道的规律，这也是进化的核心所在。然而我们对生物遗传机制的理解却远没有跟上进化的脚步--当1859年Charles Darwin出版物种起源的时候，Gregor Mendel才刚刚开始他基于豌豆的遗传学概念实验，而且我们也花费了近一个世纪的时间才阐明了DNA双螺旋结构，清晰的解析了遗传物质如何被拷贝和传递给后代。

更复杂的还在后面：除了基因组序列外，所谓表观遗传学的机制，一个相对简单的例子就是细胞命运遗传。虽然你身体中每一个细胞都具有基本上相同的基因，但当肝细胞分裂时，它总是生成两个肝细胞，从来没有出现过一个皮肤细胞。

在一点上，研究人员推测认为分化成特殊细胞类型会永久丢失某些基因组成分。然而1958年，英国发育生物学家John Gurdon发现如果将一个分化细胞注射到青蛙卵胞浆中，就有可能产生一个完整蝌蚪。因此细胞类型的遗传是由转录因子，以及基因组表观遗传学标记介导的。

表观遗传在多个方法发挥着作用，近年来的研究证明父母可以把表观遗传信息传递给他们的孩子，跨代表观遗传学逐渐被接受，不少科学家们开始尝试了解祖辈的环境条件对未来几代人表型的影响。

细胞环境对免疫应答

免疫系统是人体对疾病的主要防御机制。斯坦福大学医学院的一项双胞胎研究显示，人类免疫状态主要取决于环境而不是遗传，上了年纪的人尤其如此。

为了把环境和遗传的影响分开，研究人员对同卵双胞胎和异卵双胞胎进行了比较。同卵双胞胎遗传了相同的基因组，虽然细胞分裂时难免会出现复制错误，但同卵双胞胎之间的遗传学相似性几乎是百分之百。异卵双胞胎在遗传学上跟普通手足差不多，平均共享50%的基因。

这两种双胞胎都经历了同样的子宫环境，一般来说双胞胎的童年环境也是一样的，因此他们是分辨遗传影响和环境影响的理想研究对象。

结果他们发现，在四分之三的检测中，非遗传影响（比如细菌或毒素接触史、疫苗接种、饮食和口腔卫生）完全盖过了遗传因素。在老年同卵双胞胎（六十岁以上）中，环境影响的这种优势更为显著。

这项研究显示，免疫系统有着惊人的可塑性。举例来说，一种慢性病毒感染就会对免疫系统的组成和响应能力产生很大的影响。发展中国家十分之九的人和五分之三的美国人都是巨细胞病毒的长期携带者，这种病毒一般是无害的，但对免疫缺陷的人有威胁。在60%的检测中，巨细胞病毒存在与否在双胞胎之间引起了很大的差异。

人格发展受遗传和环境的影响

人格发展受遗传和环境的影响有遗传因素、环境因素、经验和自我认知等。

1、遗传因素：

基因决定人格特质：研究表明，基因可以影响人格特质，内向、外向、神经质等。相同的基因序列可能导致人们在面对压力或陌生情境时表现出不同的情绪反应。遗传与环境交互作用：虽然基因对人格有一定的影响，但它们并不是决定性的。

环境因素与基因相互作用，共同影响人格发展。面对同样的压力情境，具有特定基因特质的人可能会表现出不同的情绪反应，这取决于他们所处的环境。

2、环境因素：

家庭环境：家庭环境对人格发展具有显著影响。父母的教养方式、家庭经济条件、父母的教育程度等都会影响孩子的人格发展。在温暖、支持的家庭环境中长大的孩子往往具有更高的自尊和自信。社会环境：社会环境对人格发展的影响不容忽视。孩子们在学校、社区和同伴群体中经历的各种社会互动都会对他们的性格产生影响。积极的社交经验可以促进合作和同情心的发展。

3、经验和自我认知：

生活经验：随着年龄的增长，人们会积累各种生活经验，这些经验会塑造他们的人格特质。面对挫折和失败，有些人可能会变得更加坚韧和乐观，而有些人可能会变得沮丧和消极。

自我认知：人们对自己的认知和评价也会影响人格发展。如果一个人认为自己是有价值的，他们可能会表现出更多的自信和自尊；反之，如果他们认为自己没有价值，他们可能会表现出更多的自卑和抑郁。

遗传对性格影响的重要性：

1、遗传基因和性格特质：

基因决定了人们的性格特质。有些人天生就比较开朗、外向，而有些人则比较内向、保守。这些性格特质的差异往往是由基因决定的。不同的基因序列可能会导致人们在面对压力或陌生情境时表现出不同的情绪反应。某些基因可能使人更容易感到焦虑，而其他基因可能使人更容易感到快乐。

2、遗传和环境交互作用：

虽然基因对性格有一定的影响，但它们并不是决定性的。环境因素与基因相互作用，共同影响性格发展。一个天生内向的人可能在一个鼓励开放和表达的环境中逐渐变得更加外向。

家庭、学校、社会等环境都会对一个人的性格产生影响。父母的教育方式、老师的引导、朋友的影响等都会对一个人的性格产生深远的影响。

3、遗传对性格发展的潜力：

遗传因素可以解释为什么人们在面对相似的情境时会做出不同的反应。有些人可能会在压力下保持冷静，而有些人可能会变得焦虑或易怒。遗传对性格发展的潜力也体现在个体差异上。每个人都有自己独特的优点和不足，这些差异往往是由基因和环境共同决定的。一些人天生就具有更高的创造力、领导力或社交能力，而另一些人则可能更注重细节、计划和执行力。

迄今最完整的人类基因组测序结果发布在Science，相比之前有何突破？

二十多年前完成的人类基因组计划，其实遗漏了大约 8%的 DNA 序列。这些遗漏的部分，主要是 DNA 序列高度重复的染色体中间部分的着丝粒、末端的端粒（在很大程度上之前被视为垃圾）。

二十多年来，研究人员认为，这些区域可能在进化和疾病中发挥关键作用。如果把人类完整基因组测序比作做一篇完形填空的话，那这篇完型的后8%，科学家做了19年。如今，终于可以交上一份圆满答卷了。

回看2003年，?人类基因组计划(Human Genome Project)首次完成92%的人类基因测序，创造了历史。到如今，新成立的?端粒到端粒联盟(T2T Consortium)填补上最后8%的空缺，同时纠正了之前的一些错误，也将载入史册。

新确认的8%DNA片段里包含重要的免疫反应基因，它们帮助人类适应和抵御?病毒和细菌感染，在预测药物反应方面很有价值。联盟发起人之一、马里兰大学的?Adam Phillippy认为，个人基因组测序在10年内有望普及，?个性化医疗成本会大幅下降。

破译人类完整基因组的一个挑战是基因组的某些区域不断重复相同的碱基。重复区域包括着丝粒、核糖体 DNA，还有一些重复部分可能包含帮助物种适应的新基因。过去，这些重复使得分段的 DNA 序列无法以正确的顺序组装。这就像拥有一块相同的拼图，但是不知道哪一块应该放在哪里，因此在过去的基因组图谱中留下了很大的空白。

从那时开始，科学家们开始把这个工作做成了「完形填空」。越来越多的人加入，想把这个完形填空继续做到底。最终，大概两亿对碱基排列顺序正确、位置正确。其中包括超过1900组基因，大部分都是已知基因的复制。研究人员将复制的区域和可移动的元素进行记录——比如病毒带来的基因材料被整合到了基因里。

说明基因改变与环境有关的例子

古代的鱼类生活在水中，后来由于地球气候变化，湖水、池塘等干涸，古代鱼类中的总鳍鱼类，经过漫长的岁月，演变成原始的两栖类。
两栖动物是最早登上陆地的脊椎动物，但是，两栖动物还没完全摆脱水的束缚，必须在水中产卵、孵化以及渡过幼体阶段。
原始的两栖动物逐渐进化成为原始的爬行动物。爬行动物在陆地上产卵、孵化，完全摆脱了水的限制，成为真正的陆生动物。陆地生活环境的复杂多变，为动物的进化提供了新的生态环境和适应方向，原始的爬行动物向各个方向分化和发展，分别进化为原始的鸟类和哺乳类

遗传和环境哪个更重要

遗传与环境的关系，后天环境更重要

现代分子生物学的研究证明，基因调控和决定着一切。这为“龙生龙，凤生凤，老鼠生儿会打洞”的俗语提供了科学解释。但是，此话只是说明了生命遗传的一个方面，还有另一个方面没有体现出来。而在人们尚未认识基因的时候，中国文化早就做了说明：龙生九种，种种各别。

爱因斯坦的后代不聪明

国外曾用诺贝尔奖得主精子进行孕育后代的实验，其根据是对优势基因的认可和利用。美国人搞了一个复制天才的实验。为了保密，这个计划只限于有限的一些人知道，但由于结果并不美妙，人们才知道了这一试验。80 年代末，美国一个遗传学小组找到了一位愿意做试验的男性物理学家 （ 已获得诺贝尔物理学奖）和一位女性音乐家，通过人工生殖技术结合他们的精子和卵子，形成一个受精卵，再植入女音乐家的腹内孕育。十月怀胎后产下一名男孩。

孩子得到了精心的哺育和照料。从早期教育到学前教育，从家庭教育到学校教育，这名孩子甚至得到了比同龄孩子更多的照顾和开小灶。然而直到小学毕业，这名孩子也没有表现出让人感到有一丝一毫天才的地方，学习成绩一般，性格也一般，唯一值得称道的是他对音乐比较感兴趣。但就目前的情况看，这名孩子并非是人们想像中的音乐天才。

另一个故事则更有说服力。根椐 1987 年出版的爱因斯坦书信和手稿，科学天才、诺贝尔奖得主爱因斯坦在读大学时曾与一名塞尔维亚裔女同学马里奇坠入情网，后来同居。不久，他们迎来了爱情的结晶，马里奇产下了一名女儿。两人高兴万分，把他们的孩子取名为利泽尔。然而愉快的日子没有过多久，医生就告诉爱因斯坦和马里奇，他们的孩子可能有严重问题，如果不是严重弱智，就是先天愚型（
即唐氏综合征 ）。

果然，爱因斯坦和马里奇观察到了孩子的严重智力问题。孩子都 6 个月了，还不会笑，连微笑都不会。而正常孩子是两个月就会微笑，4 个月就会大笑。还有孩子哭声小，受刺激后也不会马上就哭，对周围的人和事物不感兴趣。更重要的是利泽尔出现了先天愚型孩子特有的面部特征，两眼之间距离过大，两眼外侧上斜，口半张，不断地流口水，鼻梁低等。爱因斯坦和马里奇心情沉痛，而马里奇则终日以泪洗面。她觉得她和爱因斯坦显然没有办法处理这个痴呆孩子，但是母爱又不允许她随便就放弃孩子。

爱因斯坦是一名大男子主义者，而且这一女儿又是他们的非婚生孩子，因而爱因斯坦没有过多照管孩子。迫于学习和生活的压力，母亲马里奇将孩子交给自己在塞尔维亚老家的父母照顾。当然马里奇将孩子交给父母照看还有一个难以言说的原因，孩子是一名痴呆儿。尽管当时爱因斯坦还未成名，但爱因斯坦和马里奇两人都是大学生，按流行的说法，他们也算是高智商的人，如果让人知道他们这样高智商的人还生下痴呆儿，也是一件很难堪的事。

基因的奥秘

为什么一位举世公认的天才和一位并不笨的母亲会生下一名弱智孩子？谁也不知道其中的原因。后来利泽尔在 21 个月时患猩红热死去，因此也没有人再提这段往事了。

英国的理查德?罗伯茨和美国的菲利普?夏普因为发现断裂基因而获 1993年的诺贝尔生理学或医学奖。他们发现基因中的遗传信息是以不连续的方式排列的。在生物的一些基因的不对等交换中，染色体并不完全对齐进行同源染色体的互换，而是进行非同源染色体的互换，而且通过尚未明确的 DNA 重组过程，进行比较完全彻底的 DNA 重排。而断裂基因的来源一般有两条途径，一是多数为同样或相似的祖先基因的独立重复，二是通过外显子的随机组合而装配起来。

这提示，精子与卵子结合时并不是将所有好的基因都复制下来，而且好的基因片断也不一定能表达出来并传递给后代，无论是名人的精子还是普通人的精子概莫能外。换句话说，有性生殖的基因遗传不仅受时间、环境的影响，而且取决于男女双方复杂而庞大的基因组的随机组配。后代只能随机获得父母的部分基因而不是全部基因，而且这种获得有时是随意的不稳定的，基因的某些节段、某些信息极有可能自由随机地移动组合，即所谓的“断裂基因”，这样每个个体的遗传是不会一样的，即使是诺贝尔奖获得者的后代也不一定能全部继承父辈的全部优秀基因，这也可能是为什么同一父母所生的兄弟姊妹会有极大的差异甚至迥然不同，也才会有龙生九种，种种各别。

此外，即使后代都全部继承了上一代的全部优秀基因，在后天的环境中能否全部体现出来并转化成才能和创造力，也是一个未知数，因为人和生物个体的成长环境对他以后成为什么样的人起着重要作用，甚至有决定性的作用。

中国青少年研究中心少年儿童研究所在 1995 年进行了“杰出青年的童年与教育”重大课题研究，想要通过研究弄清青少年成才的因素和主要因素有那些。尽管该调查并不是主要研究遗传与成才的关系，但这项研究结果却从某种侧面说明了两者之间的关系，遗传在某些方面是靠不住的。

后天环境更重要

这个研究调查了 400 人，全部是杰出青年。杰出青年的定义是：近几年以来省级以上的模范人物或在某专业领域内贡献突出被社会公认者，年龄一般在 45 岁以下。他们是中国十大杰出青年、中国青年科学家、全国杰出青年企业家、全国岗位能手、全国青年优秀社会科学成果奖获得者等。这项研究中最引人注目的是这些人才的家庭和遗传情况，真正从所谓“龙生龙、凤生凤”而成的人才只占极少比例。

首先是这些人才的父母的文化程度都较低。对杰出青年父亲文化程度的调查表明，不识字占9％，小学文化程度占 38％，初中占
21％，高中、中专占 13％，大专大学以上占 19％。如果以大专划线，绝大多数人的父亲
（81％ ） 只有初等文化，甚至几近一半是文盲和小学文化 （47％
）。这说明文化和智力这样的遗传因素在这些杰出青年成长和成才的过程中并不是主要的因素，而是次要的，只占极少的比例。

从杰出青年的母亲的文化程度来看，不识字占 40％，小学占30 ％，初 中 占 10 ％，高 中、中 专占 12％，大专、大学以上占 8％。如果也以大专划线，绝大部分人（92％ ） 不具备智力和文化的遗传优势。而且文盲与小学程度相加，杰出青年的母亲达 70％，这更是一个令人震惊的事实，但这样的家庭却培养出了人才。这个结果再次弱化了遗传的作用。

但是这项调查的结果与国外的同类研究有较大差别。国外的调查表明，如果父母尤其是母亲的文化程度高，对孩子的学习和品德具有正面的积极的影响，而且作用较大，一般这样家庭的孩子都学习成绩好，性格的社会认同高，有礼貌，品德好等等。

尽管这些杰出青年的父母文化程度低，自身没有受教育的机会，但是他们内心都有一种强烈的愿望，不满意自己的社会地位，希望通过子女受教育来摆脱父辈的命运，因此他们对孩子的教育和成长更为关心并舍得投资。而且这些家长虽然文化程度低，但他们的人格因素较好，尤其是诚实、进取、勤奋、吃苦耐劳的品质对子女的影响较大，使下一代在性格和人格因素上终生受用。从这些结果和解释来看，遗传也是起作用的，比如父母的性格和优良的品质对孩子的遗传，但更重要的是孩子在后天环境中受到的教育和熏陶。显然这些杰出青年的成长环境是最重要的，而并非智力遗传因素。

再从这 400 名杰出青年的父母职业来看父母的影响。这些杰出青年的父亲的职业如下：农民占 28％，工人占 26％，机关干部占18％，知识分子占18％……杰出青年的母亲的职业为：农民占 37％，家庭妇女 （ 无业 ） 占 22％，工人占17％，机关干部占 8％，知识分子占 12％。这些情况说明，杰出青年的父母大部分是普通劳动者 （ 工人、农民 ） 甚至无业，这与他们的文化程度的较低下是一致的。但这也并没有影响他们的孩子成为杰出人才，说明遗传的作用并非主要的，而是后天的环境起主要作用。

父母职业对孩子影响的结果尽管与国外的调查有所不同（国外的结果是父母职业影响子女的学习成绩和心智发展，父母的职业类别越高和越具有文化色彩，其子女的学习成绩和心智发展便更好和令人满意
），但中国的这项调查也许更符合中国的国情，也可以作为遗传并非是成才的主要因素和唯一因素的重要证明。

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