禍延子孫:如果一個人十一歲前就開始抽菸, 他的兒子在九歲時就會出現肥胖的情況,

Epigenomics 表基因遺傳學

奧佛卡利克斯(Overkalix)的一個小社區發生過一些怪事。這地方位於挪威北部偏遠地區，氣候嚴寒。19世紀時，此地的居民只能靠著當地農業自給自足，這意味著：豐收時居民會盡可能填飽肚子，一旦農作物嚴重欠收，饑荒就會來臨。

然而預防醫學專家畢格林(Lars Olov Bygren)檢視該社區過去的紀錄時注意到，糧荒過後時期的奧佛考利克斯居民壽命比較長。但奇怪的是，這一些人的一生當中並沒有遭遇過食物短缺的情形；倒是他們的祖父母在年幼時經歷過饑荒。

畢克林的研究顯示：如果某人在童年時期經歷了環境的變化(在這一個例子中是糧食供給)，他們的子孫也會受到影響。很明顯，後代承襲了祖先對環境的反應。但這是怎麼發生的呢?基因變異是一種永久性的變化，因此我們很難用它來解釋奧佛卡利克斯所發生的事：該地居民並非一直很長壽，而是只有在祖父輩遭逢饑荒時，子孫這一代才會明顯較長壽。

現在遺傳學家認為他們已經解開了這一個謎：環境暫時改編(reprogrammed)了該地居民的基因。這個現象被稱為「表基因遺傳學」(epigenetics)，它也解釋了為什麼染色體相同的同卵雙胞胎成長過程，有時候會不一樣(例如只有其中一人罹患某種疾病)。

表基因組是細胞的軟體

雖然表遺傳學的「作用」眾所週知，但是「表基因體學」這門新興的科學卻是在一項快速發展、被用來解讀人類基因組的技術(DNA完整定序)摧生之下才誕生的，它是一門研究環境如何影響我們基因組的科學。美國加州聖地牙哥薩克生物研究中心(Salk Institute for Biological)的約瑟夫.崖可(Joseph Ecker)說：「以電腦來比喻的話，基因組等於硬體，而表基因組(epigenome)就是軟體。軟體位在基因組之上，並且調控著基因的表現。」

人體雖擁有200多種不同的細胞，但他們都具有相同的基因組(只有少數例外)，以及22,000個相同的基因。然而，建構並維持眼睛細胞功能所需的基因，跟肝臟細胞神經細胞及皮膚細胞所需的基因組合並不一樣。因此，我們的細胞需要表基因下達指令，指示它們變成哪裡一種細胞。比方說眼睛的感光細胞就需要有一個表基因組來啟動那些負責製造感光性蛋白質的基因群。

DNA的雙股螺旋結構中，包覆著一種稱為組蛋白(histones)的巨型蛋白質。而表基因組可以透過酵素來增加或移除DNA或組蛋白中的甲基(methyl group,一種化學標記)，並藉此控制基因群。

如果把基因表現的過程當成製造蛋白質的生產線，那麼掌握工廠命脈的就是表基因組。當DNA和組蛋白受到標記(甲基化)，他們的結構就會產生變化。這樣一來，細胞的基因讀取機制便會受到阻礙，也就無法順利製造蛋白質。換言之，甲基化會阻礙DNA的讀取機制，因為它會使DNA的雙股螺旋結構更緊密地包住組蛋白。

如果科學家能繪製出每一種細胞的甲基化過程與型態，那麼這項成就將不亞於「人類基因組的定序」。

親代的行為的怎麼影響子代？

動物實驗顯示：經驗與環境所造成的改變也可以遺傳

杜克大學(Duke University)的及爾托(Randy Jirtle)在研究「阿古提基因」(agouti，此基因會讓小鼠產生黃色的毛)後發現，即將生產的母鼠的飲食習慣會影響其後代的性狀。當該基因總是處於開啟狀態，便會產生過量的某種蛋白質。這一種蛋白質會阻礙大腦釋放出飽足的訊號，導致肥胖與糖尿病。餵食小鼠富含葉酸和維他命B12的食物時，這些養分會轉化成「表基因標記」並使該基因不活化。這些母鼠的子代會出現棕色的皮毛、擁有正常的體重、也不容易得到糖尿病。

充滿壓力的環境

如果你總是不知道下一餐在哪兒，你的子代將會喜愛速食。雞在光亮的環境中，只會吃有營養的食物：他們會透過啄食來挖掘蚯蚓。瑞琳克平大學(Linkopin University)的行為生物科學家把雞養在光照不規律的環境下時，雞群開始使用一些容易取得的高熱量食物。而這一種懶惰的覓食習慣還會遺傳給下一代、甚至下下一代。即使讓小雞在孵化前和其雙親分離(以確定他們都無法模仿其雙親的行為模式)，這些小雞仍會出現與雙親相同的覓食習慣。他們腦中透過遺傳而來的活動模式，和其雙親依舊非常類似。

虐待與忽略

父母惡劣的管教方式，不僅會在你的心中留下傷痕，還會在大腦中留下的影響深遠的表基因標記，使得子代出現同樣惡劣的管教方式。阿拉巴馬大學(University of Alabama)的大衛史威特(David Sweett)和塔尼亞蘿絲(Tania Roth)發現，當雌鼠處於壓力的環境中，牠們會冷落並忽略自己的子代，而子代之後也會出現一模一樣的行為。如果把受到冷落的幼鼠託給正常的其他母鼠撫養，其日後的行為也只會些微改善。這個發現顯示：母親的養育方式甚至可以在幼鼠出生之前就改變牠們的「體基因」。麥吉爾大學的麥克米尼(Michael Meaney)研究團隊也發現：關愛子女的母親，也會生出關愛子女的子代。

記憶

充滿益智型活動的童年生活，可以彌補天生較差的記憶能力。特佛茲大學(Tufts University)的萊瑞菲格(Larry Feig)在研究一種記憶力有缺陷的小鼠後發現：如果把青少年時期的動物置於「刺激豐富的環境」(例如當中可能有些嶄新的物體、跑輪、以及可探索的空間等)，他們會比較能記住先前學習過的某種電擊代表什麼意義。記憶力有缺陷的小鼠被放入之前曾電擊過他們的房間時，不會因恐懼而手腳僵硬。然而，如果記憶力有缺陷的小鼠是在刺激豐富的環境中成長，其子代就會有較佳的記憶表現。

拜表基因遺傳學之賜：「拉馬克」的遺傳理論又活了過來

表基因遺傳學救回了一個曾被人摒棄的演化理論：習得的生物特徵可以遺傳。根據這個理論，生物可以在有生之年改變自己去適應環境，並把適應後產生的「生物特徵」遺傳給後代。

由兩位著名的法國生物學家曾替「習得的特徵可以遺傳」的這一個現象背書：1776年，布豐(Comte de Butfon)主張「物種的演變」(也就是演化)，主要是環境所致。1809年，拉馬克(Lamarck)把這個論點發揚光大，進一步擴大而成一個能夠解釋地球多樣物種的「融貫理論」：相關聯的物種都是源於同一個祖先，當他們移居到新環境後，演化便會發生。

這個理論在19世紀晚期就不再受到重視。因為奧地利神父暨植物學家孟德爾透過植物遺傳實驗發現：子代的特徵並非由雙親遺傳的物質所決定(後來人們把這種物質稱做「基因」)。這項發現顯示：同一物種中的個體變異，其實可透過其祖先的不同基因遺傳組合而產生。孟德爾式的遺傳學後來和達爾文的「天擇理論」結合。後者主張，只有天生具備優越適應特徵的個體才能生存下來。一般認為，這些優劣特徵來自雙親的遺傳基因和偶發的DNA突變。這兩個過程都是不可逆且永久的，是長期的改變。

然而，表基因遺傳學認為：新的性狀可以在短期內產生。生物因此得以暫時且快速的在短短幾個世代後，就藉由改變特徵，來適應環境變化。

如果一個人十一歲前就開始抽菸, 他的兒子在九歲時就會出現肥胖的情況,

~個人習慣會影響子孫的基因

    由於奧佛卡利克斯的歷史紀錄有限，畢格林和潘布瑞便分析英國「亞文雙親與兒童直系研究」(Avon Longitudinal Study of Parents and Children, ALSPAC)的資料。它追蹤了一萬四千名在一九九一年及一九九二年懷孕生產的準媽嫣及其子女的健康與發展情況(研究仍在進行中)。在「抽菸對健康的影響」方面，有一項有趣的結果：有一百六十六位在十一歲前就開始抽菸的人，他們的兒于在九歲時就已出現肥胖的情況。看來父親抽菸似乎會影響兒子的成長狀況，而這也是他們後來小小年紀就發胖的原因.。

研究人員回頭分析奧佛卡利克斯的資料時發現，隔代的男性(祖父與孫子)， 在糧食供給與長壽之間的關聯性最為強烈：暴食的祖父會使孫子的壽命最多減少三十二年。

    儘管動物實驗結果顥示這種對於環境的「跨代反應」與表基因遺傳有關(見＜親代的行為怎麼影響子代？＞一欄)，但人類身上所產生的「跨代反應」背後的機制尚未獲得證實。目前,畢格林和潘布瑞正和西弗合作，希望描繪出「亞文雙親與兒童直系研究」中吸菸者的表基因圖譜。

    對表基因體學的了解將會改變我們的生活方式：我們原本以為飲食過量和抽菸只是個人的選擇：頂多對「自已的」健康造成影響。但現在我們知道，這些習慣可能會使後代子孫產生基因缺陷。準爸媽們或許會把它記在心上，但其他人是否準備好承擔這責任了呢？潘布瑞說：「社會大眾都知道，還在媽媽子宮裡成長的胎兒兒需要小心呵護。我們之所以要重視懷孕及幼兒時期，不只是為了眼前這個小孩的健康，也是為了未來的子孫著想.。因為，我們必須培育我們的基因。」

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