成为独一无二的个体的双胞胎与基因或环境无关,而在于你如何体验它们

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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

Scicurious has a PhD in Physiology from a Southern institution. She has a Bachelor of Arts in Philosophy and a Bachelor of Science in Biology from another respected Southern institution. She is currently a post-doctoral researcher at a celebrated institution that is very fancy and somewhere else. Her professional interests are in neurophysiology and psychiatric disorders. She recently obtained her PhD and is pursuing her love of science and writing at the same time. She often blogs in the third person. For more information about Scicurious and to view her recent award and activities, please see her CV ( http://scientopia.org/blogs/scicurious/a-scicurious-cv/)

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