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2015年3月,美国宇航员斯考特?凯利(Scott Kelly)顺利地进入了国际空间站,执行为期一年的驻站计划。出发前,凯利灵机一动,建议美国航空航天局(NASA)开展一项研究,看看如此漫长的太空生活究竟会对宇航员的身体产生怎样的影响。
这类研究此前做过不少,可惜因为没有对照组,得出的结论并不可靠。但斯考特有位同卵双胞胎兄弟马克,两人生活轨迹相近,身体状况也差不多,甚至马克以前也曾做过NASA的宇航员,正好可以作为斯考特的对照。
NASA同意了这项建议,并委托几家科研机构共同参与。斯考特在出发前后,以及飞行过程中收集了他自己的血液、尿液和粪便的样本,研究人员同时对马克也这么做。之后,科学家们对这些样本进行了细致的分析,并将研究结果写成论文,发表在2019年4月12日出版的《科学》(Science)杂志上。
这篇论文显示,除了一些容易理解的微小生理差别外,最让人好奇的变化发生在斯考特的基因组里,他的血液白细胞的端粒在太空飞行的过程中居然变长了!
顾名思义,端粒(Telomere)指的是染色体末端的一小段DNA,它本身不携带任何有用的信息,唯一的功能就是为DNA合成酶提供一个“抓手”,保护染色体不受损伤。原来,DNA合成酶是染色体复制时必须用到的酶,这个酶在工作时必须有个“抓手”,这部分DNA是无法复制到下一代中去的,所以每次复制完成后都会有一小段DNA被丢掉。如果没有端粒的保护,染色体上携带的有用信息就会逐渐丢失,这当然是不行的。
曾经有人把染色体比作鞋带,把端粒比作鞋带一端的那个塑料带扣,一旦带扣坏掉了,鞋带就会松开。同理,一旦端粒消失,染色体就无法完整地被复制,这个细胞也就没有办法再分裂了。
正是因为这个原因,普通真核细胞的分裂次数是有上限的,这在生物学里被称为海佛烈克极限(Hayflick Limit)。生殖细胞和干细胞之所以能够打破这个限制,原因在于这些细胞里含有端粒酶(Telomerase),能够把缺失的端粒补齐。
细胞分裂是有机体自我更新的重要手段,如果所有细胞停止分裂,生命就会无可挽回地走向死亡,所以在通常情况下,端粒越长越好。目前科学家们尚无法判断宇航员斯考特的端粒为什么会变长,有人猜是因为太空辐射的原因,更多人则相信这是因为斯考特在太空期间一直坚持锻炼,饮食也更节制,所以端粒变长也许是他身体状况变好的一个标志。事实上,当斯考特回到地球之后不久,他的端粒就开始迅速缩短,两个月后就和自己的双胞胎兄弟一样了。
既然端粒越长越好,那么有没有办法让自己的孩子从一开始就拥有较长的端粒呢?答案是肯定的。已知细胞每分裂一次,端粒都会变短一点。女人的卵子早在她出生后不久就都准备好了,所以卵子的端粒长度基本上不会再有变化了。但男性的精母细胞一直在分裂,所以此前有人认为年纪越大的男人,精子的端粒应该越短。按照这个逻辑,一位母亲如果想让自己的孩子赢在起跑线上,就应该找个年轻的丈夫。
事实真相到底是怎样的呢?美国华盛顿大学的人类学家丹?艾森伯格(Dan Eisenberg)決定研究一下这个问题。他找到了将近3000个祖父母辈的志愿者,测量了他们,以及他们子孙的端粒长度,结果发现生孩子时年纪越大的父亲,孩子的端粒反而越长。
艾森伯格应邀参加了今年在美国俄亥俄州召开的美国体质人类学年会,并将这一结果汇报给了与会的同行们。按照他的解释,这个看似不合理的结果其实是符合进化论的。要知道,原始社会的生存环境非常严酷,多数人年纪轻轻就死了。如果一个男人成功地活到了很大的岁数,甚至还能生小孩,那就说明他所处的环境非常适合人类生存,或者说明他本人的生存能力极强,基因优秀。这样的父亲显然更有优势,于是大自然把他的这个优势以端粒的形式遗传给了他的孩子,让他的孩子从小就获得了比其他孩子更长的端粒。
这个逻辑和那个宇航员的逻辑是一样的,即端粒长度是身体健康状况的指标。
不过,与会者纷纷表示,这只是个初步的结果,其真实的含义还有待进一步研究。事实上,此前已有多项研究表明父亲年纪越大,生出来的孩子患遗传病的可能性就越高,因为基因突变来自DNA复制差错,而男人的精母细胞一直在不停地分裂,因此来自父亲一方的DNA的突变率明显高于母亲的DNA。
一项基于1.4万冰岛人的遗传学研究显示,来自父亲一方的基因突变数是母亲一方的4倍!准确地说,父亲的精子每过8个月就会多一个新的基因突变,母亲的这个数字是3年。这样算下来,如果父母双方都是30岁的话,那么两人生下的孩子会从母亲那里继承11个新的基因突变,从父亲那里继承45个新的基因突变。虽说大部分这类基因突变都是无害突变,但总会有一小部分突变是有害的。这就是为什么年纪大的父亲生下的孩子患自闭症和精神分裂症的概率要高一些,因为这两种病的病因都和基因突变有点关系。
不过,大家也不必谈虎色变。基因突变对于个人来说也许是个坏消息,但对于人类整体来说却是个好消息,因为基因突变是生物进化的源泉。如果没有基因突变,我们现在还是微生物呢。也许正是因为年纪大的父亲生的孩子比较多,大自然允许他们冒几次险,人类就是这样一点一点地发生变化,最终进化成了今天这个样子。
这类研究此前做过不少,可惜因为没有对照组,得出的结论并不可靠。但斯考特有位同卵双胞胎兄弟马克,两人生活轨迹相近,身体状况也差不多,甚至马克以前也曾做过NASA的宇航员,正好可以作为斯考特的对照。
NASA同意了这项建议,并委托几家科研机构共同参与。斯考特在出发前后,以及飞行过程中收集了他自己的血液、尿液和粪便的样本,研究人员同时对马克也这么做。之后,科学家们对这些样本进行了细致的分析,并将研究结果写成论文,发表在2019年4月12日出版的《科学》(Science)杂志上。
这篇论文显示,除了一些容易理解的微小生理差别外,最让人好奇的变化发生在斯考特的基因组里,他的血液白细胞的端粒在太空飞行的过程中居然变长了!
顾名思义,端粒(Telomere)指的是染色体末端的一小段DNA,它本身不携带任何有用的信息,唯一的功能就是为DNA合成酶提供一个“抓手”,保护染色体不受损伤。原来,DNA合成酶是染色体复制时必须用到的酶,这个酶在工作时必须有个“抓手”,这部分DNA是无法复制到下一代中去的,所以每次复制完成后都会有一小段DNA被丢掉。如果没有端粒的保护,染色体上携带的有用信息就会逐渐丢失,这当然是不行的。
曾经有人把染色体比作鞋带,把端粒比作鞋带一端的那个塑料带扣,一旦带扣坏掉了,鞋带就会松开。同理,一旦端粒消失,染色体就无法完整地被复制,这个细胞也就没有办法再分裂了。
正是因为这个原因,普通真核细胞的分裂次数是有上限的,这在生物学里被称为海佛烈克极限(Hayflick Limit)。生殖细胞和干细胞之所以能够打破这个限制,原因在于这些细胞里含有端粒酶(Telomerase),能够把缺失的端粒补齐。
细胞分裂是有机体自我更新的重要手段,如果所有细胞停止分裂,生命就会无可挽回地走向死亡,所以在通常情况下,端粒越长越好。目前科学家们尚无法判断宇航员斯考特的端粒为什么会变长,有人猜是因为太空辐射的原因,更多人则相信这是因为斯考特在太空期间一直坚持锻炼,饮食也更节制,所以端粒变长也许是他身体状况变好的一个标志。事实上,当斯考特回到地球之后不久,他的端粒就开始迅速缩短,两个月后就和自己的双胞胎兄弟一样了。
既然端粒越长越好,那么有没有办法让自己的孩子从一开始就拥有较长的端粒呢?答案是肯定的。已知细胞每分裂一次,端粒都会变短一点。女人的卵子早在她出生后不久就都准备好了,所以卵子的端粒长度基本上不会再有变化了。但男性的精母细胞一直在分裂,所以此前有人认为年纪越大的男人,精子的端粒应该越短。按照这个逻辑,一位母亲如果想让自己的孩子赢在起跑线上,就应该找个年轻的丈夫。
事实真相到底是怎样的呢?美国华盛顿大学的人类学家丹?艾森伯格(Dan Eisenberg)決定研究一下这个问题。他找到了将近3000个祖父母辈的志愿者,测量了他们,以及他们子孙的端粒长度,结果发现生孩子时年纪越大的父亲,孩子的端粒反而越长。
艾森伯格应邀参加了今年在美国俄亥俄州召开的美国体质人类学年会,并将这一结果汇报给了与会的同行们。按照他的解释,这个看似不合理的结果其实是符合进化论的。要知道,原始社会的生存环境非常严酷,多数人年纪轻轻就死了。如果一个男人成功地活到了很大的岁数,甚至还能生小孩,那就说明他所处的环境非常适合人类生存,或者说明他本人的生存能力极强,基因优秀。这样的父亲显然更有优势,于是大自然把他的这个优势以端粒的形式遗传给了他的孩子,让他的孩子从小就获得了比其他孩子更长的端粒。
这个逻辑和那个宇航员的逻辑是一样的,即端粒长度是身体健康状况的指标。
不过,与会者纷纷表示,这只是个初步的结果,其真实的含义还有待进一步研究。事实上,此前已有多项研究表明父亲年纪越大,生出来的孩子患遗传病的可能性就越高,因为基因突变来自DNA复制差错,而男人的精母细胞一直在不停地分裂,因此来自父亲一方的DNA的突变率明显高于母亲的DNA。
一项基于1.4万冰岛人的遗传学研究显示,来自父亲一方的基因突变数是母亲一方的4倍!准确地说,父亲的精子每过8个月就会多一个新的基因突变,母亲的这个数字是3年。这样算下来,如果父母双方都是30岁的话,那么两人生下的孩子会从母亲那里继承11个新的基因突变,从父亲那里继承45个新的基因突变。虽说大部分这类基因突变都是无害突变,但总会有一小部分突变是有害的。这就是为什么年纪大的父亲生下的孩子患自闭症和精神分裂症的概率要高一些,因为这两种病的病因都和基因突变有点关系。
不过,大家也不必谈虎色变。基因突变对于个人来说也许是个坏消息,但对于人类整体来说却是个好消息,因为基因突变是生物进化的源泉。如果没有基因突变,我们现在还是微生物呢。也许正是因为年纪大的父亲生的孩子比较多,大自然允许他们冒几次险,人类就是这样一点一点地发生变化,最终进化成了今天这个样子。