蛋白质在生物体细胞中扮演着重要角色,传统认为基因DNA才是生物遗传的核心,但是在遗传学领域,表观遗传学越来越受到重视,因为很多证据证明,动物可以不通过基因的转变就能够遗传性状。那么在遗传领域除了基因,我们必须开拓其他思路,考察生命体的真正本质。而且我们也要重新审视,基因DNA遗传物质核小体组蛋白与非组蛋白在基因遗传信息中的作用,寻找生命真正的核心密码信息传播方式。
目前看有几个证据证明非核物质的遗传记忆特征:1.蛋白质等大有机分子的自组性。2.蛋白质朊病毒的感染性。3.蛋白质决定神经细胞的记忆性。4.细胞质决定胚胎细胞增长特性。5.克隆证据表明细胞质有遗传特性。6.器官移植带来的性格转移问题。7.在生物界遗传主体DNA与组蛋白严密配合,首先构成核小体,然后再构成染色体主体。这都说明组蛋白的重要性,不再仅仅是记忆体的配角(详见第五章核小体部分)。
细胞胚胎学说明,细胞质中的结构物质比如蛋白质、生长因子、激素等在生物遗传中同样对细胞具有决定性的作用。
前文我们已经讲到,在自然界中,很多非生命有机分子,都能够进行自我组装,而且大量资料证明,量子具有系统性、记忆性。量子组成的纳米分子成长也能够进行自我组装,自然界中晶体、非晶体都有自己的组装方式。
许多超级分子构造(如DNA核小体,蛋白质朊病毒、多酶系、核糖体和膜等)都能在没有外来信息的环境下,通过亚基非共价连接(疏水性相互作用、离子键和氢键)能够自行装配形成。这一过程称为大分子的自装配。大多数超分子体系中,自装配所需的信息是由蛋白质亚基提供的,而在另一些体系(如烟草花叶病毒、核糖体等)中,蛋白质亚基和RNA都能提供装配信息。此外,在膜层建造中,磷脂分子也能提供这类信息。
由遗传决定的蛋白质亚基的氨基酸顺序包含有形成超分子构造的双重信息。
在一个水平上,亚基多肽链的一级结构(氨基酸顺序)决定该亚基的三维构象。
同时,在另一个水平上,每一个亚基的三维构象又含有同相邻亚基间的识别和结合的部位,各亚基借此按一定的空间关系形成特定蛋白质大分子的四级结构。
然后,再通过蛋白质大分子之间以及蛋白质同核酸、磷脂分子之间特定的相互作用,从超分子构造到细胞器,逐级地装配成越来越复杂的形态构造。
在核糖体30S亚基的重组实验中已发现,21种蛋白质和一个16S的rRNA分子同样是按一定顺序并协同地自装配的。此外,还发现细胞的各种基本结构和功能单位(如微管、细菌鞭毛、各种多酶体系以及肌原纤维的粗丝等)的建造,都表现自装配现象。值得注意的是,细菌鞭毛的亚基,在必需有一段现成的鞭毛作为“晶种”的情况下,自装配过程才能进行。
蛋白质组成基因中的核小体,按照量子物质本身的逻辑及蛋白质本身的细胞外活性,蛋白质本身就是一种信息库,蛋白质不可能在染色体中的基因里面仅仅扮演结构的角色。相反蛋白质构成的组蛋白是基因信息的持续记忆的储存核心,甚至其功能与DNA一样重要。
在生物信息领域,对于核仁结构、核糖体扮演的角色及染色体端粒扮演的角色,我们应该赋予更多的信息与控制价值研究,这些都与蛋白质的作用是分不开的。
在人们研究大脑神经,记忆形成机制的时候,很多的证据说明,长期记忆形成以为着神经突触的变化,并伴随着蛋白质的增加。
现代生物学已发现,有些动物是以分裂或芽式方式繁殖的,如海星、蚯蚓。
海星的再生能力甚强,若把它撕成几块抛入海中,每一碎块都会重新长出失去的部分,从而长成几个完整的新海星来。因此,某些种类的海星通过这种超强的再生方式演变出了无性繁殖的能力。蚯蚓也具有较强的再生能力,身体被切断以后,在断掉的地方会生出好似胚胎的组织,很快将失去的部分补偿好,长成一条新的蚯蚓,且从头至尾都有再生能力。
海星与蚯蚓的行为以及表观遗传学研究都在说明,生物细胞是有活性的有机分子构成的集合,细胞是各种有机分子合作的集体表现。在生命进化中,有机分子在细胞中逐渐形成不同的角色,有的负责遗传记录信息,有的负责传递信息,有的负责构成生命的骨架,从量子角度,构成生命的一切物质的大部分空间都是电磁场,有机分子元素非常类似,本质来讲这些空间都可以储存信息。
第一节 非DNA记忆
记忆蛋白
2013年3月,美国罗契斯特大学医学院神经学家史蒂芬—古德曼博士的研究表明,将人体中枢神经系统中的星形神经胶质细胞移植到老鼠大脑之后,老鼠会变得更加聪明。
人脑之所以能够记忆,其根本原因就是脑中存储了特定的蛋白质分子——“记忆蛋白”,人脑神奇的记忆功能正是来自于“记忆蛋白”。科学家们通过实验也证实,人脑中的长时记忆确实与蛋白质的合成有关,例如2000年诺贝尔生理学或医学奖获得者之一坎德尔所做的海兔实验就证实,长时记忆需要生成新的蛋白质
研究者通过多年研究又提出了神经元的胞体就是脑的记忆存储库,“记忆蛋白”就存储在神经元的胞体之中,所以记忆定位于神经元胞体。
神经元都有一个粗短隆起的“身体”,那就是神经元的“胞体”。之所以记忆定位于神经元的胞体是因为:1.因为胞体是神经元的结构与功能中心,在胞体的细胞质中含有多种重要的细胞器,当新生的“记忆蛋白”形成之后,可以在胞体内加工、修饰、包装并存储起来。2.胞体的外层是细胞膜,胞体内又充满了细胞基质,所以胞体内部的微观环境比较稳定,这样就可以防止“记忆蛋白”
的变性,防止其携带的信息密码丢失,有利于记忆的长期保存。3.由于胞体是神经元的信息中心,这不仅有利于记忆信息的存储,而且也有利于记忆信息的提取与再现。正是由于胞体在存储记忆方面具有诸多优点,所以记忆极可能就定位于神经元胞体,也就是说人脑中的记忆就存储在神经元的胞体之中。
韩国首尔大学的一个科研小组日前发现一种帮助人类维持长时间记忆的蛋白质,神经细胞中的caap蛋白质可以起到将外界刺激转化为神经信号的作用,从而使人们得以保持较长时间的记忆。研究人员说,caap蛋白质可以通过对不同刺激作出反应而在神经细胞内进行磷酸化,即发生生物化学反应。之后,caap蛋白质与神经细胞核内的creb蛋白质结合,可以帮助维持长期记忆。临床试验表明,抑制caap蛋白质的基因表达会损害长期记忆能力。
台湾新竹清华大学教授江安世带领研究团队,经过7年的努力,发现长期记忆形成所需的新生蛋白质,仅产生于大脑中少数几个神经细胞内。江安世团队利用许多生存基本行为都与人类相似的果蝇作为实验对象,大量地、有系统地筛选果蝇脑内哪些神经元蛋白质的合成参与了长期记忆的形成。结果发现,居然只需抑制脑内两个神经元(称为DAL)蛋白质的新生成,就可成功阻断长期记忆的形成。
非DNA的信息记忆案例
美国亚利桑那大学的心理学家加里·施瓦茨(Gary Schwartz)把器官移植后的改变现象称为“细胞记忆”。他认为细胞囊括了人体整套基因“材料”,因而接受器官移植的患者将从捐献者身体上“继承”某些基因。他宣称,自己的研究证明,至少10%的人体主要器官移植患者———包括心脏、肺脏、肾和肝脏移植患者,都会或多或少“继承”器官捐赠者的性格和爱好,一些人甚至继承了器官捐赠者的智慧和“天分”。
尽管怀疑患者“继承捐献者记忆”的说法,但其他专家们仍然谨慎地表示没有证据可以完全否定这种说法:心脏转换到另一个人身上以后,储存在心脏中的某些性格、爱好的记忆也随之转移到另一个人身上。澳大利亚的一些专家也认为,除了大脑心脏也能存储记忆。科学家统计记录显示,至少有70个器官移植者在手术后的性格变得与器官捐献者的相似。
移植小伙子心肺突然爱吃“肯德基”:英国《每日邮报》、《每日明星报》曾报道:1988年,美国前芭蕾舞蹈家克莱尔·西尔维亚在47岁时接受了心脏和肺脏移植手术后,性格平和的她开始变得非常冲动和富有攻击性,并且爱喝啤酒、爱吃本来并不喜欢的肯德基炸鸡块。由于自己个性发生如此巨大的变化,西尔维亚决定展开调查,她在经过艰苦的查找后,发现她的心肺捐赠者是名叫做蒂姆的18岁男孩,他死于一场摩托车事故,蒂姆生前不仅富有攻击性,并且最爱吃肯德基炸鸡块。
移植受害者心脏梦到凶手逮嫌犯:美国的一名小女孩患有严重的心脏病,当这名7岁女孩被列入心脏移植等候者名单不久,就等到了一颗合适的捐赠心脏,这颗心脏的主人是一名10岁小女孩,几天前不幸被人谋杀了。当这名7岁小女孩接受了心脏移植手术后,性格发生了很大的变化。尽管她压根不知道这颗捐赠心脏的来源,但她从此却开始频频做噩梦,梦到自己被人谋杀了。令人震惊的是,这名7岁女孩对梦中的凶手进行了详细的描述,她对凶手的描述是如此精确,美国警方靠她提供的“凶手线索”,竟然一举逮住了那名残忍谋杀10岁女孩的凶手。
星女换肾后兴趣大变变成考古迷:英国普雷斯顿郡彭沃萨姆市37岁女子谢丽尔·约翰逊本来是一个爱看肥皂剧、惊悚小说和歌星传记的流行文化爱好者。然而令谢丽尔做梦也没想到的是,患有肾病综合征的她接受肾移植手术后,突然性格大变,她再也不爱看肥皂剧、流行小说或歌星传记,而是突然迷上埃及考古学纪录片和俄罗斯19世纪作家陀斯妥也夫斯基等人的小说。
她以前从来都对这些艰深的知识毫无兴趣,谢丽尔现在相信,她在移植了器官捐赠者的肾脏后,同时也继承了器官捐赠者的“个性”!谢丽尔称,她怀疑那名去世的器官捐赠者可能是一名研究古埃及学的考古学家,否则她无法解释自己目前为何对埃及考古学知识那么感兴趣。谢丽尔说:“我过去只看肥皂剧,可现在我爱看大量关于埃及金字塔的科学纪录片,我希望更多地了解古埃及,这真是太奇怪了。”
老鼠恢复学习和记忆能力:2013年4月发表在最新一期《自然·生物技术》文章指出威斯康辛大学张苏俊教授(音译)领导的科研团队,通过引导人类胚胎干细胞分化成神经细胞,再将得到的中间细胞移植进大脑受损的老鼠的神经细胞内老鼠体内,随后成功地帮助老鼠恢复了学习和记忆能力。
麋鹿对捕食者存有“记忆”:2011年12月,有中科院动物所野生动物的研究组发表在《公共科学图书馆—综合》上的文章表明:通过回放捕食者的声音和展示捕食者影像图板,麋鹿对它们历史上曾经的捕食者依然存有“记忆”。动物所研究人员发现,麋鹿对历史捕食者的声音和图像表现出恐惧与警戒反应。而且,麋鹿对老虎吼叫声和影像图板的警戒反应最强。研究者推测,虎可能是早期麋鹿的重要捕食者,此项研究结果证实猎物的反捕食行为可在相当长的时间内传递给后代。很多的动物都拥有这样的“记忆”,这种记忆遗传虽然出于动物的本能,但是我们会问,这种记忆是储存于DNA中吗?虽然证据不全,但是记忆也可能储存于其他有机物质中比如蛋白质。
神奇蠕虫被斩首后头部重新长出记忆仍保留:2013年7月15日消息,科学家发现当真蠕虫头部被切断后,不仅能够重新长出新的头部,而且再生的大脑里还保存着被斩首前所存储的记忆。
美国波士顿塔夫斯大学的一组生物学家训练1厘米长的蠕虫寻找隐藏在有盖培养皿里的食物。这些食物被一束明亮的光照亮。这些蠕虫被训练得能够克服对光的恐惧,从而获得食物。当蠕虫真学会了这些觅食技巧后就被切断头部。两周之后,真蠕虫的头又重新长出来,研究小组发现那些曾经被训练过的蠕虫找到食物的速度远快于未接受训练的蠕虫。同时,即使它们第一次没有顺利找到食物,只需要再进行一次训练,这些蠕虫就会重新学会觅食技巧并忽略光源。这比被斩首前从未接受过训练的蠕虫掌握觅食技巧的速度要快的多。
这项研究表明,这种蠕虫的记忆被储存在身体的其他部位。研究人员提出的第二种可能的原因是这些真蠕虫的大脑改变了它们的神经系统,使得它们能够适应光,同时这种改变在新的大脑长出来后仍然能够保留,这些发现可以作为人类和其他动物的记忆是如何储存的。这项研究发表在《实验生物学》上。
还有一些案例是:一名女性接受器官移植后,竟突然开始会说流利的外语;另一名女孩移植了一名年轻词曲作家的心脏和肺脏后,竟突然爱好弹吉他,并开始写诗和谱曲。
第二节 双重遗传
非DNA细胞质在胚胎学中的影响
从分子胚胎发育过程中的基因表达及其调控从分子胚胎学的观点看来,发育问题可以大致表述为:在卵子发生和成熟过程中,发育信息如何储存在卵的结构内;受精后卵细胞又如何通过核质之间、分裂球之间以及胚胎不同部位之间的相互作用,使基因按一定的时空秩序选择性地表达,从而控制专一蛋白质的合成和装配,实现细胞的分化和个体的发育。
卵母细胞在发育过程中具有显著的不对称性。卵母细胞的一端称为植物极,相反的一端称为动物极。
卵裂受精卵进行的快速有丝分裂,称为卵裂。经过卵裂,受精卵被分割成很多小细胞,这些由小细胞组成的中空球形体称为囊胚。
原肠胚形成:囊胚细胞迁移,最终将囊胚转变成原肠胚,它是由三层细胞层构成的。外胚层形成上皮覆盖在外表面(皮肤和腺体)以及中性组织;内胚层分化成的上皮覆盖在组织的内表面(胃肠和相关的腺体);中胚层最终发育成扩散的海绵网状间充质细胞,这些细胞形成支持细胞,如肌肉、软骨、骨、血和结缔组织。
非核DNA物质与在遗传中的作用:在卵细胞受精后加入RNA合成的抑制剂不会影响蛋白质合成,这表明合成蛋白质的mRNA是卵母细胞带来的,这些由卵母细胞带来的信息分子称为母体信息。形态分子基础表明,非核物质、蛋白质、核糖体含有信息,能够自我组装。
蛋白质在胚胎发育过程中的出现和活动,同胚胎的形态发生运动和细胞形态分化有密切关系。细胞表面担负着细胞间识别、信息传递、物质交换以及运动等重要功能。两栖类原肠胚各胚层的细胞之间表现出的选择亲和性。在胚胎发育中,细胞间识别的分子基础还不甚清楚,但有证据提示可能同细胞表面糖蛋白大分子有密切关系。从鸡胚视网膜细胞表面已分离出的一种具有组织专一性的细胞凝聚因子,是分子量为50000的糖蛋白。
胚胎细胞间存在能容许分子量从1300~1900之间的小分子通过的间隙连结,这些连结在发育过程中的出现和改变与发育信息传递的关系,也是受到注意的问题。
细胞的相互作用对细胞分化的诱导:1.动物在一定的胚胎发育时期,一部分细胞影响相邻细胞,使其向一定方向分化的作用。如将正常的能够发育成神经组织的细胞从两栖类原肠期的早期胚胎中切下,然后移植到另一个胚胎的可以发育成表皮的区域中,结果,移植来的细胞发育成了表皮而不是神经细胞。同样,将可以分化发育成表皮组织的细胞移植到能够发育成神经组织的胚胎中,移植的细胞发育成了神经细胞。2.条件的不同对细胞分化能力的改变有一定的限制。
如果用晚原肠期(大约2天后)的细胞进行上述相同的实验,其结果完全不同:将神经组织的细胞放在胚胎的能够发育成表皮组织的部位将不会发育成表皮,而是神经细胞,反之亦然。3.细胞诱导的机制涉及细胞与细胞的接触、细胞基质的接触、信号分子的扩散等,可能是通过某些化学诱导物实现的。诱导物从诱导组织进入反应组织引发诱导,这些诱导物可能是大分子的蛋白质或核酸类,也可能是小分子或信号分子,其确切性质还有待于进一步研究。另外,细胞外基质在细胞诱导中可能有重要作用。
发现胚胎发育延迟机制,修复部分先天缺陷:英国伦敦国王大学的研究人员发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文称,他们发现了一种称为“发育延迟”的新机制,通过这一机制,胚胎发育过程中的器官能够在其发育出现异常时进行自我修正,从而避免先天缺陷。
从受精卵发育成胚胎的过程,即胚胎的形成过程十分复杂,很容易出错,这些错误会导致先天缺陷,如先天畸形、智力低下、聋哑等,其比率大致在3%到5%之间。为研究如何避免这类先天缺陷,研究人员对小鼠胚胎形成过程中臼齿的发育过程进行了观察研究。他们在小鼠臼齿发育过程中造成Barx1基因突变,从而使该基因功能丧失,结果发现,Barx1基因功能的丧失并没有导致小鼠臼齿异常,而是使得臼齿出现了24小时的发育延迟。进一步研究发现,这种延迟是由BMP信号通路减少造成的。在延迟期间,BMP活动会稳步提升,最后达到正常水平之上,从而使臼齿的后续发育提速,最终赶上胚胎其他器官的发育水平。
研究人员认为,发育延迟可能是一种普遍机制,这种修正细胞信号错误的自发机制,可使处于胚胎发育过程中的组织和器官能够自我修复信号交互中的任何微小错误,从而避免发育异常。
这也说明除了DNA基因之外,还有细胞集体环境中的其他信息对于遗传起到非常重要的作用。
细胞质对细胞核的影响
除核内基因的控制外,胞质对性细胞的分化亦起重要作用,卵质本身的活动还表现自主的时间程序,虽然其分子机制还不清楚。如双翅目昆虫的受精卵后端有一部分称为极质,极质中含有膜包起的颗粒状物质,称为极粒,当核进入极质后,极粒围绕在核周围,诱导极细胞分化为生殖细胞,因此,生殖细胞的分化决定于细胞质中的极质。
细胞卵分裂时,细胞核内的物质,包括基因组都平均地分配到子细胞内,所以子细胞内的遗传物质是相同的。但卵内细胞质各区域的组分并不相同。卵裂使不同的胞质组分分割进入各卵裂细胞,这些特殊细胞质组分称为细胞质决定子。
细胞质决定子在卵母细胞中已然形成,受精卵在数次卵裂中,决定子一次次地重新改组、分配。卵裂后,决定子的位置固定下来,并分配到不同的细胞中,影响着细胞分化。
细胞质不仅在细胞分化中具有重要作用,在成熟个体的组织中,细胞质对细胞核仍然具有影响。其参考如下:1.许多实验表明细胞质能够影响细胞核的基因表达。鸡的红细胞是终端分化细胞,它的细胞核是高度凝集的,不合成RNA或DNA。当与培养的人Hela细胞(去分化的癌细胞)融合后,核的体积增大20倍,染色质松散,出现RNA和DNA合成,鸡红细胞核的重新激活是Hela细胞的细胞质调节的结果。2.细胞质对基因表达具有调节能力。De Robertis和Gurdon(1977)把培养的爪蟾肾细胞核注入蝾螈的卵母细胞内,分析蛋白质合成情况,他们发现,原来在肾细胞中表达的基因,此时不表达,而原来不表达的基因,这时却被激活。说明卵母细胞质中含有某些成分,这些成分控制基因表达的开关,对某些基因能激活,而对另外一些基因却起抑制作用。
除了这些实验胚胎学的早期研究已注意到卵质内可能存在基因调控物质,如双翅目昆虫卵的极质决定生殖细胞的发育,马副蛔虫植物极卵质使染色质不发生消减,都是著名的例子。
克隆证明,细胞环境决定了基因表达1977年,英国科学家利用成年绵羊的体细胞成功克隆了一只小羊,从实践上证明了高度分化的哺乳动物动物细胞具有全能性。
科学家把人工遗传操作动物繁殖的过程叫“克隆”,其本身的含义是无性繁殖,即由同一个祖先细胞分裂繁殖而形成的纯细胞系,该细胞系中每个细胞的基因彼此相同。
克隆也可以理解为复制、拷贝和翻倍。就是从原型中产生出同样的复制品,它的外表及遗传基因与原型完全相同,但大多行为思想不同。无性繁殖是指不经过两性生殖细胞的结合由母体直接产生新个体的生殖方式,常见的有孢子生殖、被子生殖出芽生殖和分裂生殖。由植物的根、茎、叶等经过压条、扦插或嫁接等方式产生新个体也叫无性繁殖。细菌一分为二,一葡萄枝切成十段就可能变成十株葡萄,仙人掌切成几块,每块落地就生根,都是生物靠自身的一分为二或自身的一小部分的扩大来繁衍后代,这就是无性繁殖,无性繁殖的英文名称叫“Clone”,译音为“克隆”。
克隆技术两性繁殖,只需从动物身上提取一个单细胞,将含有遗传物质的供体细胞的核移植到去除了细胞核的卵细胞中,利用微电流刺激等使两者融合为一体,然后促使这一新细胞分裂繁殖,发育成胚胎,当胚胎发育到一定程度后,再被植入动物子宫中使动物怀孕,便可产下与提供细胞核者基因相同的动物。这一过程中如果对供体细胞进行基因改造,那么无性繁殖的动物后代基因就会发生相同的变化。
分化细胞保留着全部的核基因组,它具有生物个体生长、发育所需要的全部遗传信息,即能够表达本身基因库中的任何一种基因,也就是说分化细胞具有发育为完整个体的潜能,称为全能性。
中国科学家对鱼克隆的实验:1979年春,中国科学院武汉水生生物研究所的科学家,用鲫鱼囊胚期的细胞进行人工培养,经过385天59代连续传代培养后,用直径10微米左右的玻璃管在显微镜下从培养细胞中吸出细胞核。与此同时,除去鲫鱼卵细胞的核,让卵细胞留出空间,把玻璃管吸出的核移放到空出位置的鲫鱼卵细胞内。得到了囊胚细胞核的卵细胞在人工培养下大部分夭亡了。在189个这种换核卵细胞中,只有两个孵化出了鱼苗,而最终只有一条幼鱼渡过难关,经过80多天培养后长成8厘米长的鲫鱼。这实际上是由换核卵产生的,因此也是克隆鱼。
既然鲫鱼的囊胚细胞核取代鲫鱼卵细胞核后能得到克隆鱼,那么异种鱼换核能否得到新的杂种鱼呢?科学家设法把鲤鱼胚胎细胞的核取代了鲫鱼卵细胞的核。鲤鱼细胞核和鲫鱼卵细胞质居然能相安无事,并完成了发育的过程,最后长出有“胡须”的“鲤鲫鱼”。这种鱼有“胡须”,生长快,完全像鲤鱼,但它的侧线鳞片数和脊椎骨的数目与鲫鱼相同。
克隆技术可以用来生产“克隆人”,因而引起了全世界的广泛关注,带来了一系列的伦理道德问题。克隆动物的成功率还很低,多莉羊是融合了277枚移植核的卵细胞,仅获得了“多莉”这一只成活羔羊,成功率只有0.36%。即使是后期改进技术,其成功率也只有百分之几。此外,生出的部分个体表现出生理或免疫缺限。部分胎盘功能不完善,有些克隆牛犊的胸腺、脾和淋巴腺,也未得到正常发育;克隆动物胎儿普遍存在比一般动物发育快的倾向,这些都可能是死亡的原因。即使是正常发育的“多利”,也被发现有早衰迹象。
这些都说明,在生命形成、成长过程中,细胞质、细胞非DNA物质,在进化中起到关键作用,甚至主导作用。
总结:细胞环境与DNA的双重遗传
在器官移植中,在很多时候,被捐助者出现了被捐助者的性格特征,那么记忆是从哪里来的,胚胎冷冻十年,被冷冻几千万年的细菌,同样保持对生命的记忆,才使生命得以解冻后复活。这更体现了生命的记忆性不仅仅是DNA的问题。
在卵细胞与父系生殖细胞结合后,经过分裂形成胚胎,科学家发现,当胚胎长到一定状态,就开始功能分化,形成特定的领域,逐步发展成动物的头、手、心脏等器官。但是在传统的细胞分裂中,这种现象是没有的。而且卵细胞里的细胞质,不会仅仅提供营养物质,还会提供生命形成需要的形状遗传信息。
在著名的克隆多莉羊实验中,成功率只有百分之几,甚至更少,而且很多的胚胎出现了生理性缺陷,成为坏胎。这说明可能去除细胞核物质的卵细胞本身存在生命需要的结构信息,科学家在取出卵细胞核并注入其他细胞核的时候,破坏了卵细胞里面细胞质及其结构,导致出现胚胎成长过程中出现了信息获取的缺陷,而且这些信息与传统的认为的遗传物质DNA没有关系。
中国科学家做了一个克隆实验,就是把鲤鱼胚胎细胞核,替代鲫鱼卵细胞中的核,培养成胚胎。结果个体长大后发现,长出有“胡须”的“鲤鲫鱼”。这种鱼有“胡须”,生长快,完全像鲤鱼,但它的侧线鳞片数和脊椎骨的数目与鲫鱼相同。这说明:鲫鱼卵细胞在去除遗传物质染色体DNA以后,也遗传了鲫鱼的特征形状。而这些遗传特征不仅仅是依靠了DNA,而且还依靠了卵细胞里面细胞质及环境信息。成长的个体继承了鲤鱼与鲫鱼的双重遗传特征。
在第七章表观遗传学里,没有DNA的变化也会导致遗传,甲基化也会导致遗传,小RNA也有遗传特征。张辰宇教授团队的研究发现——植物的微小RNA 可以通过日常饮食进入人的体内,它们可以通过调控人体内靶基因的表达来影响人体的生理功能,从而发挥作用。这个研究表明植物微小核糖核酸可能是食物中的“第七种营养成分”。 这项研究为我们理解动植直接的跨“界相互作用及共进化(co-evolution)提供了新的线索鱼方向,当前世界生物学界对微小RNA作用是一个研究热点,无疑张教授的研究为生物界的生态食物链、动,植物的外源性微小RNA在猎物和捕食者间的相互影响中的潜在作用开辟了新的道路。
在染色体中,组蛋白是核小体的组织结构,DNA缠绕在组蛋白上(详细信息请参阅第五章细胞蛋白质与基因的逻辑),并形成严密的结构模式。DNA一直作为遗传信息的主体,但是在表观遗传学里,有些生物形状,外观出现变化,但是基因确还保持不变。这说明肯定有其他物质扮演着信息传播的能力,这种物质主要对象就应该是蛋白质。
我们可以打开思路并创新思维,蛋白质负责生物体的表达,而DNA基因负责整体遗传信息,两者存在量子层面的信息沟通互动。蛋白质反馈信息达到一定量后,就会发生DNA基因遗传改变,然后传递给缠绕核小体蛋白的DNA染色质。而RNA就是蛋白质与DNA的中间体与进化中的初级复合体。当积累到一定能量后,信息通过一些酶修饰镶嵌在DNA里面,成为稳定的遗传信息。也许蛋白质在细胞内,完全可以自己遗传及复制,信息记忆性,比如细胞质、神经细胞、蛋白质朊病毒就是一个例子。但是在一个细胞集体里,由于分工合作,蛋白质与DNA变得更加专职于自己的分工。
总之,DNA遗传只是细胞环境中的重要一部分,但是不是全部,DNA只是细胞中有机分子分工合作中的一员,从量子学角度来看,细胞有机分子只是量子集合官能团中的一个职能代表。