你的DNA并非一张早已确定的蓝图，而是日复一日、周复一周地与环境发生着交流。你的邻居、你的家庭，以及你的孤独感：它们的影响不仅到达了你的腠理之下、肌肤之中，更是直抵你细胞的控制室。图片来源：psmag.com
（文/ David Dobbs）几年之前，在美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校，一位名叫基恩·罗宾逊（Gene Robinson）的基因组生物学教授请求他在墨西哥南部的合作伙伴帮他搞来大约1000只初生的蜜蜂幼虫。其中一半是西方蜜蜂的一个性情较为温和的亚种，学名为Apis mellifera ligustica 的意大利蜜蜂，大部分养蜂人养殖的都是这种蜜蜂；另一半是与意大利蜜蜂基因构成相近的Apis mellifera scutellata，这一源自非洲的西方蜜蜂亚种有个更加响亮的名号：杀人蜂。
这两个亚种的外形几乎无法区分，但是后者在防护领地时远比前者更具攻击性。朝一个意大利蜜蜂的巢穴踢一脚，可能会有一百只蜜蜂攻击你；若是踢到了一个杀人蜂的巢穴，你可能会被蛰一千下甚至更多，要知道，挨到两千下你就没命了。
另一边，在位于旅游胜地伊斯塔潘德拉萨尔的墨西哥国家动物生理学研究中心，与罗宾逊合作的研究人员们小心翼翼地揭开了两座杀人蜂和两座意大利蜜蜂蜂巢的顶盖，从中抽出几排蜂巢架，在每个蜂巢中取出大约250只最年幼的蜜蜂，然后在它们细小的后背上画上标记。最后他们把这两组新生的幼蜂分别放入了另一亚种的蜂巢中。
昆虫学家基恩·罗宾逊怀疑蜜蜂的基因在其新家里的行为会有所不同。图片来源;GENE ROBINSON。
罗宾逊倒并不担心那些幼蜂的安全。他知道，如果你在幼蜂羽化的第一天就把它们转移到另一个蜂群，那么这个蜂群也会将其视若己出。不过罗宾逊确实期望这些幼蜂会被收养它们的新家所改变：他希望杀人蜂会习得意大利蜜蜂的温和之道，而意大利蜜蜂也能承袭杀人蜂的暴力秉性。罗宾逊在以前的实验中已经发现了这种现象，但他还没有搞清楚这是怎么发生的。
他怀疑答案就在蜜蜂的基因当中。他并不期望蜜蜂的DNA会发生实际的变化：除了随机突变，基因在有机体的一生当中通常不会变化。他真正怀疑的是，蜜蜂的基因在新家里的行为是否会有所不同——而且是大为不同。
这个想法很有道理，却也很激进。几十年前，科学家们就已经知道，基因的活动水平有强有弱，就如同被旋钮控制着一样。你体内的大部分细胞都包含着你的全部基因，然而在任意时刻的任一细胞当中，都只有一小部分基因处于活跃状态，释放出影响细胞活动的化学信息。这种强度不同的基因活性被称作基因表达，决定了你的身体是如何实现其大部分功能的。
有时候这些旋钮的转动对应着基本的生物事件，比如你何时在子宫里面长出组织、何时进入青春期或者何时停止生长。另外一些时候，基因活性会根据你所处环境的变化增强或者减弱。由此，特定基因会启活来对抗感染或者治愈你的伤口——也可能会胡作非为，让你罹患癌症或者让高热烧坏你的脑子。基因表达的变化能让你变瘦也能让你变胖，或者让你迥异于你的孪生姐妹/兄弟。考虑到这一点，实际上决定你是谁的并不是基因，而是基因表达。而基因表达的不同有赖于你的生活经历。
每一位生物学家都接受这一点，这也是罗宾逊的观点中可靠而合理的那一部分。而他独树一帜之处，在于质疑了传统观念中认为环境对基因表达往往影响有限的想法。环境的确可能会急剧改变一些基因的活动，但是人们一般认为，除了几种特殊情况之外，环境一次一般只能增强或者减弱寥寥几条基因的活性。
然而，罗宾逊怀疑环境能够在“大片基因乃至整个基因组上”呼风唤雨——而且一个人的社交环境或许也能施加特别强大的影响。简单地说，你和谁一起厮混、和你厮混的人的行事风格如何，这些都将显著地影响你的基因中有哪些在指点江山、又有哪些黯然失语——而你的人格也因此改变。
罗宾逊已经在蜜蜂身上观察到了这种现象。一年之前，他要求博士后塞德里克·阿劳克斯（Cédric Alaux）观察反复接受表示危险的信息素刺激的蜜蜂的基因表达模式。
对一只蜜蜂来说，这些信息素就好比在说：嘿，朋友，你有危险了。罗宾逊早就知道蜜蜂对此的反应体现在其行为和神经方面的变化上：它们的脑子里会火冒三丈，行动上则会飞身迎战。他也知道反复的报警会让杀人蜂愈加充满敌意。当阿劳克斯观察了一次次被报警信息素刺激的蜜蜂的基因表达谱之后，他和罗宾逊发现了上述现象的原因：当警报反复袭来，几百个在先前的研究中被认为与进攻性有关的基因会变得愈加忙碌。基因表达水平的升高与蜜蜂面对威胁反应时的进攻性增强完美吻合。
这是罗宾逊不曾预料到的。“信息素提升了基因表达的水平，并使其停留在较高的水平上。”原因很快就被揭开了：一些被影响到的基因是转录因子——调控其他基因的基因，而这造成了连锁性的基因表达反应，使大量基因参与进了对外界刺激的反应。
这一发现启发了罗宾逊的换巢培养研究。将幼蜂转移到迥异的新社会环境中会重塑它们的基因表达反应曲线吗？在墨西哥，罗宾逊的合作伙伴们每隔5到10天便要穿戴整齐地打开蜂巢，在每个蜂巢中找到十来只被寄养的蜜蜂，用一种特殊的真空吸尘器将它们吸起来，然后射入一个由液氮冷却的容器。极低的温度立即冰冻了蜜蜂的每一颗细胞，那一时刻它们的基因活性状态也被保存了下来。六周之后，研究者们收集了代表着各个生命阶段的大约250只蜜蜂，再将它们打包寄往伊利诺伊州。
回到伊利诺伊州，罗宾逊等人再取出蜜蜂那芝麻粒大小的脑子，磨碎后用DNA微阵列技术进行检查。这样就能够辨别出蜜蜂遭遇吸尘器时，它们脑中哪些基因正在忙碌。
罗宾逊将各组（杀人蜂蜂巢里的意大利蜜蜂组、杀人蜂蜂巢里的杀人蜂组等等）数据组织起来后，纳入一张由红绿两色方块构成的阵列当中：每一个方块代表一条基因，其颜色代表这条基因在该组蜜蜂体内的平均表达率。红色方块表示在该组大部分蜜蜂体内都特别活跃的基因；红色越明亮，则该基因活跃的蜜蜂数量越多。绿色方块表示在该组大部分蜜蜂体内安静或者不够活跃的基因。
基因表达微阵列的打印输出（这幅图来自对自闭症和非自闭症人士的对比研究）表现出一个基因组上的活性快照。红色方块表示活性较强的基因，绿色方块表示活性较弱的基因。图片来源：PUBLIC DOMAIN。
拿到这些阵列结果之后，罗宾逊说，“结果令人震惊。”对那些遭到“劫持”的蜜蜂来说，新家的生活确实改变了“整块”基因的活性。如果将它们的基因表达阵列数据与和同类一起长大的蜜蜂组进行对比的话，一眼便能够看出显著的变化：阵列中有几百条基因的颜色都不同。蜂巢之间的转移不仅让蜜蜂的行为出现差异，更让它们的基因大范围地改变了工作状态。
而且，不管是哪个亚种，被收养蜜蜂的阵列数据还随着年龄的增长而与收养它们的蜜蜂的阵列数据越来越相似。那些“打开”或者“关闭”的基因当中有很多已知能够影响行为；其中有一些则与攻击性有关。
蜜蜂的行为也发生了变化，它们的性情变得与同巢伙伴一样。看起来基因组并不需要改变其编码，便能够将动物变得如同另一个亚种。
更进一步，它们差不多就是变成了另一种蜜蜂。在罗宾逊看来，这说明基因组远比先前预期的更加灵活，更易受到社会环境的影响。
罗宾逊很快意识到发现这种现象的并非只有他一个人。在会议上、在文献中，他不时遇见有相似发现的其他研究者。同在伊利诺伊大学的神经生物学家大卫·克莱顿（David Clayton）就发现如果一只雄性斑胸草雀（Taeniopygia guttata）听到附近有另一只雄性斑胸草雀在歌唱，它前脑中的一条基因会“兴奋起来——而且根据另一只斑胸草雀是陌生危险的，还是熟悉无害的，其兴奋的方式也有所不同”。
还有人发现了这种被称为ZENK的基因在其他物种中被唤起的例证。在每一个例子中，ZENK活性的变化都与行为的变化相关：一只鸟可能因为一首歌而放松下来，也可能因此而变得紧张而警觉。杜克大学的研究者发现，当雌性斑胸草雀听到雄性的歌唱时，前脑中的ZENK基因会发生大规模的基因表达变化——与人类一样，鸟类的这一脑区也是来感受社会性刺激的。这种基因表达的变化根据雄鸟的歌唱是在呼求配偶还是在宣示领地而有所不同。
看来ZENK就属于所谓的“即刻早期基因”，这种调节基因能够引起整个其他基因网络的活性变化。在消化或者免疫之类的生理系统中曾经发现过这样的调节基因表达反应。如今看来，它们也发动了对社会环境的快速反应。
最引人注意的是，斑胸草雀的所有这些变化都发生得非常之快——半小时之内，有时仅仅在5分钟之内。图片来源：davidkphotography。
2005年，在斯坦福大学生物学家拉塞尔·费纳德（Russell Fernald）的实验室里对这种反应进行了一次更为激动人心的展示。费纳德多年以来都在研究分布于非洲的一种慈鲷科淡水鱼伯氏妊丽鱼（Astatotilapia burtoni）。这种鱼长约两英寸，呈青灰色。当年他证明了，在任何一个小型伯氏妊丽鱼群中，为首的雄性都在过着一种法老式的生活，它得到的食物、领地和性生活都远比其他鱼多。这位“法老”还拥有更大更靓丽的身体，而且鱼群中永远只有一条“法老”。
那么如果把这条“法老鱼”拿走会怎么样？
于是某一天，费纳德在黑暗中从鱼箱里捞走了魁伟艳丽的“法老”，等到12小时后再打开灯。这时，当原本排行第二的雄鱼发现自己已经晋升为老大之后，很快就做出了反应。它经历了一次基因表达的大规模爆发，原本青灰的体色立即被艳俗的红蓝条纹装点得花里胡哨，而且在几个小时内长大了约20%。
关注基因表达逾10年之久的杜克大学演化生物学家格雷格·雷（Greg Wray）认为这些研究激起了轩然大波。“你忽然意识到鸟类听到歌唱之后的15分钟之内其基因表达就会发生重大而广泛的变化？这可是大事件。”
这种基因表达对社会环境的令人惊异的迅速反应，是一种我们才刚刚开始了解的现象。最近研究者对“表观遗传学”的兴趣大增——这个学科的英文名称epigenetics的字面意义指代任何不更改实际DNA序列便能改变基因功效的事物。研究人员有意于关注基因与环境之间的长期互动：比如二战期间荷兰孕妇遭受的饥饿会如何影响她们子女的基因表达和行为；又比如母鼠是否勤于舔舐幼鼠并为它们理毛，会怎样改变后代的DNA螺旋，从而影响到这些幼鼠在将来生命中的焦虑程度。
我们的基因能够对生活经历做出响应，而且这样的响应可以跨越世代，这一想法无疑令人震撼。然而仅仅关注这些有限的长期效应，便错失了大部分与表观遗传和基因活性有关的活动。由罗宾逊、费纳德、克莱顿等人开展的全新工作——包括对从蜜蜂和鸟到猴子和人在内的多种有机体的研究——显示出更加令人激动的事情：我们的社会生活能够以先前未被关注过的速度、幅度和深度改变我们的基因表达。
我们为什么会以这样的方式进化？最有可能的答案是：对迅速变化的社会环境做出迅速反应的有机体更有可能存活。这样的有机体无需等待在物种层面上演化出更好的基因。正如免疫学家在25年前发现的类似现象：以常规方式——等待自然选择挑选出对特定病原体产生抵抗的基因——适应新的病原体过于缓慢，无法对抗迅速变化的病原体环境。相反，免疫系统利用的是能够迅速而灵活地应对威胁的基因网络。
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编译自：PacificStandard 网站，The Socail Life of Genes
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