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为什么同卵双胞胎会表现不一样?

玛丽和乔是一对同卵双生的亲姐妹,她们生活在一个平凡而幸福的家庭里。20岁之前,玛丽和乔都喜爱体育和艺术,在学校里表现得同样出色,在老师和同学眼里,这对双胞胎不管外貌还是喜好都几乎一模一样。可是20岁过后,情况变了,玛丽开始出现幻觉和妄想,随着时光的推移,她的幻觉和妄想日益严重,最终成了精神分裂症患者,而乔则一切正常。这是怎么一回事呢?现有资料表明,在同卵双胞胎中,大约每260对中就会有1对出现明显差异。

科学家们感到很困惑,从遗传学的角度分析,同卵双胞胎拥有完全相同的基因组,生活在相同的环境中,应该不会出现明显的差异。但是许多事实表明,同卵双胞胎在长大成人后,往往在性格、健康和疾病易感性等诸多方面会出现很大的差别。

此外,同一个人的体内有200多种不同类型的细胞,如肝脏细胞、神经细胞、皮肤细胞等。不同类型的细胞各有各的特点,可是它们的基因组都是相同的,为什么基因组相同的细胞会出现巨大的差别呢?这问题同样困扰着科学家们。现在已查明,在人类基因组中大约有22000种基因,可每种特殊类型的细胞中,真正发挥作用的大约只有数千种基因。也就是说,不同类型的细胞中,只有特定的一部分基因在起作用(表达)。基因组相同,表达的基因不同,这就是科学家们对长期困扰他们的两大问题的初步答案。

基因的表达如同一场在人体内上演的精彩木偶戏,一个个木偶恰到好处地登场和退场,上场后各自做出精妙绝伦的动作,使木偶戏演得有声有色,有时会使观众喜笑颜开,有时又会令人伤心流泪。这样精彩的木偶戏,除了相貌各异的木偶外,要是没有藏在幕后控制木偶的牵线人肯定是不行的。在任何生物体的细胞中,那些多种多样的基因就如同木偶剧团中的木偶,如果没有调节控制木偶的牵线人,木偶戏是无法上演的。那么调节控制基因的“牵线人”又在哪里呢?

为了寻找调节控制基因的“牵线人”,科学家们对DNA在细胞核中的存在状态进行了深入的研究。结果表明,承载着基因信息的DNA在细胞中不是漂浮不定、单独存在的,而是与一种名叫组蛋白的蛋白质相互结合形成复合物,这种复合物称为染色质,染色质结构是严格规定的,一旦超出了规定,那就称为染色质重塑。如果组蛋白出现了乙酰化,也会引起染色质重塑。出现了染色质重塑,会使得有的基因表达有的基因不表达。还有,若是DNA分子中的某一段处在密集的甲基化状态,那么染色质就会处于凝聚状态,基因就会保持沉默不表达,这些都是调节控制基因的“牵线人”。

同卵双胞胎之间出现的差异,就是因为表达的基因不同。曾有科学家对40对同卵双胞胎的DNA甲基化和组蛋白乙酰化做过比较分析。结果表明,40对同卵双胞胎中,65%的DNA甲基化和组蛋白乙酰化程度是一致的,35%有明显的差别。正是这35%的差别造成了拥有相同基因组的同卵双胞胎之间表达基因的不同。研究还发现,DNA甲基化的差别在胎儿期就已经存在,异卵双生的差别大于同卵双生的。这一结果表明,胎儿在子宫内时已出现表遗传变异,出生后,不断受到内外环境的影响,表遗传变异会不断积累,到50岁时,同卵双胞胎之间的差异已非常显著了。

【知识点】举世瞩目的表遗传学

DNA序列的改变会影响到遗传性状的改变,这是经典遗传学得出的科学结论。除此之外,染色质重塑、DNA甲基化、组蛋白乙酰化等虽不影响DNA序列的变化,但照样会影响到遗传性状的改变,这是由于表达的基因不同所造成的结果。这种专门研究可遗传的基因表达改变的科学,就称为表遗传学表遗传学是一门新兴的科学,虽然许多问题还有待进一步研究,但事实表明,表遗传学与人体的正常发育、人体与环境保持和谐的关系十分密切,并会对人类的健康长寿产生重大影响。

【科学家】康拉德·沃丁顿

康拉德·沃丁顿(1905—1975)是英国著名的发育生物学家、遗传学家、古生物学家和哲学家,是他奠定了系统生物学的基础。在20世纪40年代初期,为了说明发育中遗传性状的形成,他创建了两个新词:表遗传学和表遗传景观。这些领域在半个世纪后取得重大突破,并日益受到关注,目前已发展成为一门新兴学科,也使遗传学成为一门更完整的学科。同时,康拉德·沃丁顿的兴趣广泛,爱好诗歌和绘画。他的大量著作保存在英国爱丁堡大学图书馆。

【发散思维】能利用同卵双胞胎的表遗传差异来断案吗?