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  一种特征是否可以遗传,有时候不是一目了然的。举例说,肥胖可以遗传吗?确实常有这样的情况:如果夫妻俩都很胖,他们孩子往往也是小胖墩。但是我们并不能由此判定肥胖是遗传决定的,因为还有另一种可能:这家妈妈的厨艺实在太好了。环境因素(例如饮食中的脂肪含量)也能让肥胖这样的“生物性状”出现家族聚集性。可见,某种特征是否可以遗传,要具体问题具体分析。

  下面我们来讨论一个非常复杂,同时又很少被研究的领域:哈利·波特小说中所描述的“魔法能力”是否具有遗传性?

对魔法的观察

  关于“哈利·波特”我们都知道,具有魔法能力的人被称作巫师,没有魔法能力的称作“麻瓜”。巫师在人口中所占比例很小,同时呈现家族聚集式分布,也就是说,巫师常常产生于所有成员都是巫师的家庭。从这一点来看,魔法能力似乎是可以遗传的。

  但是实际情况并不如此简单。例如我们可以发现以下这些特例:

赫敏是一位魔法能力十分强大的巫师,但她的父母却都是“麻瓜”。而且,根据一项家族病史调查的描述(JK. 罗琳, 1997),赫敏的祖先中也没有出过巫师的记录。费尔奇在霍格沃茨担任看门人工作。他出身于巫师家族,但他本人却没有表现出任何魔法能力。(我们注意到,巫师界常常使用一个歧视性的称谓来称呼这类群体:“哑炮”。在本文中我们将不可避免地使用到这个词语,这并不表示本文作者对这一群体持有歧视性立场。)

  以上两个特例足以说明魔法能力的遗传问题值得深入探讨。然而奇怪的是,在互联网上,我们无法检索到巫师界对于这个问题的研究报道。也许巫师学者对于麻瓜的学术期刊并没有投稿的兴趣。所以,我们只能了解一下麻瓜界的学者们对此问题进行的不懈探索。

隐性遗传论

  最早关注这一问题的学者是澳大利亚皇家儿童医院的克雷格教授。他是一位麻瓜。他认为,魔法能力是由隐性基因控制和遗传的(JM. Craig et al, 2005)。

  根据孟德尔遗传规律,一种遗传性状由一对“等位基因”来控制。等位基因有显性和隐性之分。在魔法基因问题上,克雷格认为“巫师”等位基因(记作W)是隐性的;“麻瓜”等位基因(记作M)是显性的。当一个人具有两个麻瓜基因(MM)或者一个麻瓜基因一个巫师基因(MW)的情况下,他/她将不会有魔法能力;只有当他/她具有两个巫师基因(WW)的情况下,才会成为巫师。

  这个观点可以解释赫敏的魔法能力。赫敏的父母都是隐性基因的携带者,基因型为MW;赫敏遗传了父母双方的隐性基因,基因型为WW,因此她成为巫师,而她的父母则是麻瓜。至于费尔奇的案例,克雷格教授用基因突变或父母身份存疑来解释。

  由于这篇论文对此问题进行了开创性的研究,他被发表在麻瓜界最顶级的学术刊物之一:《自然》(Nature)上面。

  然而这篇论文发表之后,随即受到了巫师界和麻瓜界的质疑和批评。

质疑的声音

会魔法的韦斯莱一家

  事实上,魔法基因是隐性等位基因的观点与一些明显的事实不符。例如根据《哈利·波特》中的记述,巫师与麻瓜的后代几乎百分之百都是巫师。这种遗传比例只有当巫师基因是显性时才有可能出现。然而如果巫师基因是显性,那意味着麻瓜父母(隐性纯合子)永远不可能生下巫师后代,这又无法解释赫敏的案例。

  《自然》杂志发表了一份批评意见(A. Dodd et al, 2005)。来自剑桥大学植物学系的多德博士认为,显性/隐性基因理论不足以解释魔法的一些现象。例如下述案例:

纳威是哈利·波特的同学之一。他具有魔法能力,不属于“哑炮”;但他的魔法能力非常弱,明显落后于同龄巫师。克雷格用“不完全显性”来解释纳威的情况。多德指出这里存在误解,“不完全显性”并不能让一个“有或无”的特征产生程度上的差别。

  按照多德的观点,纳威的弱魔法能力更有可能是“基因表达可变性”造成的。但他紧接着又指出,无论“不完全显性”还是“基因表达可变性”,都是针对显性基因而言,这与“巫师基因是隐性”这个假设是矛盾的。因此多德认为,基于当前获得的研究证据,判断魔法具有遗传性还为时尚早。

  在这里,多德虽然提到了“基因表达可变性”这一重要观点,已经初步涉及到表观遗传学,但却未能在这一点上深入展开。他的批评是有一定局限性的。当然,这也与当时(2005年)哈利·波特系列并未完结、麻瓜界掌握的观测证据不足有关。

  真正在这个问题上具有里程碑意义的研究发表于哈利·波特系列的第七部(《哈利·波特与死亡圣器》)出版之后。牛津大学(剑桥大学的老对头)的拉玛戈帕兰博士等人结合最新公布的观测事实,进行了表观遗传学层面的综述性分析(SV. Ramagopalan et al, 2007)。

表观遗传学

  首先我们来了解一下什么是“表观遗传学”。

  经典遗传学通常认为一种遗传性状是由DNA序列决定的。序列的变化,即“ATCG”四种碱基的排列,令生物体表现出不同的遗传特征。但表观遗传学认为,即使DNA序列完全一样的情况下,生物体也有可能表现出不同的遗传特征。

  产生这种现象的原因很多,例如DNA上发生了一些化学变化(甲基化、组蛋白乙酰化等),改变了基因的正常表达;或者DNA受到了一些影响基因表达的“元件”的作用(比如“增强子”元件可以强化基因表达、“弱化子”元件则相反)。这些化学变化和“元件”让一些生物性状的遗传过程变得复杂,出现了用孟德尔遗传规律和经典遗传学不能解释的现象。

  拉玛戈帕兰博士等人基于上述原理认为:魔法的遗传需要从表观遗传学的层面上进行研究。他们发表的综述性报告在分析了多个方面的事实之后,得出了不同于先前研究的结论。

魔法的来源

拉玛戈帕兰博士等人的研究结论主要包括如下几个方面:

魔法的家族史研究和双胞胎研究成果表明,魔法能力的一些特征是以基因为基础的。事实上,哈利·波特本人就是一个有力的证据:哈利作为巫师的后代,从小在麻瓜环境中长大,但仍然保有魔法能力。这种“收养研究”能够明确排除环境因素的影响,证明魔法具有遗传性且不会被环境因素所消除。双胞胎研究也能得到同样结论,但缺陷在于样本数量太少(只有两对:韦斯莱兄弟和帕蒂尔姐妹)。魔法能力并非只是“有或无”的特征,而是一种“数量性状”,也就是说它有强弱之分。“数量性状”一般由多个基因控制,且在一定程度上受到环境因素的影响。身高即是一个典型的例子,它受多个基因影响,同时锻炼和营养也会产生作用。魔法能力也是如此。这里所说的环境因素也包括一些特殊的经历,例如是否具有“目睹死亡的经历”就可以影响巫师对于一种动物(“夜骐”)的视觉敏感性。这篇论文最重要的观点在于提出了“魔法增强子”这一概念。这一概念意味着:巫师和麻瓜相比,在基因序列上并没有特别大的区别。但巫师体内的“魔法增强子”却能够让一些基因出现“魔法性”的表达。例如,巫师与麻瓜都有 FOXP2 (与人类的语言能力密切相关的基因)和 MC1R (调节头发中的色素的基因)等基因。在麻瓜身上,这些基因只能发挥一般的作用;但在巫师身上,“魔法增强子”改变了这些基因的表达状态。改变后的 FOXP2 让巫师具有了与爬行动物对话的能力(通称为“蛇佬腔”);而改变后的 MC1R 则让巫师可以随意变换头发的颜色(通称为“易容术”)。这样一来,巫师并不需要大量额外的基因来实现魔法能力,而是通过调节基因表达来实现。这恰是“表观遗传学”的精要所在。

  拉玛戈帕兰这篇论文旁征博引、严谨规范,语言风格具有浓浓的学术气息。在文章结尾,他还附上了一份致谢:“感谢三位未成年小女巫针对哈利·波特小说中的一些技术性问题为我们提供的专业性建议……”

结语

  其实,科学家并没有把哈利·波特的世界当真。克雷格的论文本意在于探讨通过哈利·波特中的概念在儿童中普及遗传学知识。多德的评论也只是想要指出前者在理论上的缺陷。拉玛戈帕兰的论文虽然在这个问题上走得更远,但其中包含的表观遗传学观点正代表了当前研究的一个重要方向。不过,科学家并不总是板起脸来说教的老学究。偶尔一本正经地讨论一下“魔法”、“哈利·波特”,对他们来说是一件非常好玩的事。

  更重要的是,这些论文拿给同行看,是进行学术交流的好机会;而通过科普媒体以恰当的方式介绍给普通大众,则不仅能唤起大众对科学的兴趣,还能传播科学研究中的一些概念和方法,为科学普及做出贡献。

  参考资料

  Harry Potter and the recessive allele. Craig JM, Dow R, Aitken M. Nature. 2005 Aug 11;436(7052):776.

  Harry Potter and the prisoner of presumption. Dodd A, Hotta C, Gardner M. Nature 2005;437:318.

  Origins of magic: review of genetic and epigenetic effects. Ramagopalan SV, Knight M, Ebers GC, Knight JC. BMJ. 2007 Dec 22;335(7633):1299-301. Review.

 

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