本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
你认识同卵双胞胎吗?不仅仅是那些长得像的双胞胎,而是同卵双胞胎,他们确实在某个时候是同一个卵子和精子结合的一部分,然后在发育早期分裂,创造出两个具有相同基因的“相同”的人。
如果基因真的是我们行为的全部和最终决定因素,你可能会期望这些同卵双胞胎看起来一样,行为举止一样,说话一样,动作一样。他们有相同的DNA,本质上应该是一样的人。
但他们不是。
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我认识好几对同卵双胞胎。是的,相似之处确实非常惊人,但毫无疑问,他们不是同一个人。他们有不同的兴趣,不同的行为。一个更外向,而另一个更内向。一个可能喜欢艺术,而另一个可能喜欢工程。
你可能会认为环境与此有关。毕竟,双胞胎通常会接触到不同的事物。有著名的同卵双胞胎研究,他们接触到不同的情况(通常是分开抚养),这有助于理解基因和环境之间的相互作用。
但是,大多数同卵双胞胎是一起长大的,而不是分开的。他们上同一所学校,认识大多数相同的人,经常共用一个房间。他们的环境差异并不那么大。理论上,就环境影响而言,许多同卵双胞胎应该有相同的接触。
他们确实有。但这不仅仅是环境重要,或者仅仅是基因重要。重要的是你如何利用它们。
Freund 等人。“基因相同的同窝小鼠个性的出现” 《科学》,2013年。
(来源)
同卵双胞胎之间的差异不仅限于人类。作为一个很好的例子,许多从事动物行为研究的科学家使用基因相同的同窝小鼠。它们非常相同,经过多代近亲繁殖,使一只小鼠几乎与另一只小鼠相同。这有助于减少行为和生物学的变异性,以便当我们寻找差异时(例如,对药物或治疗的反应),我们可以更好地将它们与噪音区分开来。
但是,虽然这些小鼠在基因上是相同的……但它们在行为上却不是。是的,变异性降低了,但即使在同一品系内,一只小鼠通常也会比另一只小鼠更焦虑,或者更活跃,或者更聪明,或者更胖。我们可以获得相同的基因,但行为和生理结果永远不是完美的,小鼠仍然是独立的个体。
问题变成了:是什么产生了这种个性?
为了检验这一点,Freund 等人选取了一大群基因相同的雌性小鼠(C57 Black 小鼠,许多研究的首选小鼠,在本例中是来自Charles River 供应商的那种,这确实会产生影响)。一半用作对照组,在与笼友一起的对照笼中,并提供正常的食物和水。另一半接受了更丰富的环境。虽然有时“丰富”可能意味着更大的笼子,里面有一些管道和咀嚼玩具,但在这种情况下,丰富的环境是小鼠的天堂,有多层,大量的管道,不同的饮水喷嘴,筑巢箱,应有尽有。
(图 1 来自 Freund 等人,2013 年)
丰富的环境中的小鼠还配备了标签,以便可以跟踪它们的活动。
然后,对照组小鼠被留在原地,丰富环境中的小鼠也被留在原地,持续 12 周。这对于小鼠的一生来说是相当长的一段时间。
最后,检查小鼠海马神经发生的改变。海马神经发生,即海马体中新神经元的诞生,贯穿成年期,但可能受到环境刺激或药物治疗的影响。例如,长期抗抑郁治疗可以增加海马神经发生,而压力会减少海马神经发生。海马神经发生也可能因动物必须学习的新环境等事物而增加。并且它会因丰富环境等事物而增加。
因此,长期暴露在令人惊叹的小鼠天堂中的小鼠,海马神经发生增加也就不足为奇了。但并非所有小鼠的增加程度都相同。存在个体差异。这项研究的作者抓住机会试图检验为什么会发生这些神经发生差异。
他们使用丰富环境中小鼠的 RFID 标签来跟踪它们在实验过程中(3 个月的数据!)去过哪里。他们发现,虽然有些小鼠“宅”在有限的领地内,但另一些小鼠则四处游荡。
(图 2B、2C,Freund 等人,2013 年)
在左边,你可以看到一只更“谨慎”的小鼠的更有限的活动范围。这只小鼠的漫游熵较低,它喜欢它的小范围,不需要冒险离开。然而,在右边,你可以看到一只高漫游熵的小鼠。这只小鼠四处游荡。在底部的图中,你可以看到这些行为随着时间的推移而分化,丰富环境中的一部分小鼠坚持它们有限的范围,而另一部分小鼠则广泛漫游。
这种漫游与海马神经发生的量相关。漫游范围有限的小鼠的海马神经发生低于漫游范围较高的小鼠。这显示了一组坚实的个体差异,在基因相同的同窝小鼠中,暴露在完全相同的环境中。这不是基因,也不是环境,而是动物如何体验它们所处的环境。
是什么导致了这种不同的环境体验?作者提出了几个假设。其中之一是表观遗传学,即对基因组“外部”进行的修饰,这些修饰决定了基因组如何转录,并可能产生基因表达的差异。还有子宫内位置等选项(由于小鼠一次产下一窝幼崽,通常多达 10-14 只,子宫中的位置,例如,你是在两个雄性幼崽之间,还是在一个雄性和一个雌性幼崽之间,或者两个雌性幼崽之间,可能会让你在发育过程中接触到不同的激素水平,这可能会影响行为(可能是通过改变表观遗传学)。当然,还有随机基因突变的明显可能性。
所有这些都是可能的。但有趣的是,看看该小组将如何继续这项工作,以及他们如何决定看待这些新的、个体化的小鼠。因为丰富的环境表明,基因相同的同窝小鼠,在相同的环境中,可以成为个体。就像双胞胎一样,这不仅仅是环境或基因,而是它们的结合,以及你如何体验它。
Freund, J., Brandmaier, A., Lewejohann, L., Kirste, I., Kritzler, M., Kruger, A., Sachser, N., Lindenberger, U., & Kempermann, G. (2013). 基因相同的同窝小鼠个性的出现 《科学》, 340 (6133), 756-759 DOI: 10.1126/science.1235294