遗传与变异——我们为什么长这样?

春节时,同学们有没有跟着爸爸妈妈一起去亲戚家拜年呢?一大家子围坐在一起吃饭的时候,你有没有发现大家的五官或多或少有些相似之处呢?造成这种相似的原因就是遗传。

所谓遗传,就是指经过基因的传递,使后代获得亲代(产生后一代生物的生物,对后一代生物来说是亲代。因此,我们可以说你的爸爸妈妈是你的亲代,也就是你的父亲、母亲)的特征。生命之所以能够一代一代地延续下来,主要就是因为遗传物质脱氧核糖核酸(DNA)在起作用,从而使后代具有一些和前代相近的形态特征和生理特征,我们也将这二者统称为生物的性状,它由DNA的片段——基因来控制,人体内大约有3万个基因。像人的眼睛、鼻子、耳朵等这样的外部特征(看得见)属于形态特征,像动物的声音、水果的味道等这样的内部特征(看不见)属于生理特征。

我们观察身边很多有生命的物种:动物、植物、微生物以及我们人类,虽然种类繁多,但在经历了很多年后,人还是人,鸡还是鸡,狗还是狗,蚂蚁、大象、桃树、柳树以及各种花草等,千千万万种生物仍能保持各自的特征。正因为有这种遗传特性,各种生物才能各自有序地生存、生活,并繁衍子孙后代。

但是,亲代与子代之间、子代的个体之间,是绝对不会完全相同的。也就是说,世界上任何生物都是独一无二的,大家总是或多或少地存在着差异,我们将这种现象叫作变异。

遗传和变异是对立的统一体,遗传使物种得以延续,变异则使物种不断进化。

想一想

下面四句谚语或者俗语,哪些是说遗传,哪些是说变异呢?

1.种瓜得瓜,种豆得豆。

2.龙生龙,凤生凤,老鼠的儿子会打洞。

3.一树结果,酸甜各异。

4.龙生九子,子子不同。

看得见的“遗传”

控制我们性状的基因一般都是成对存在的,在成对的基因中,有显性和隐性之分,这两种不同的基因也导致性状遗传的不同。当一对基因组合均为显性时,表现出的性状为显性;当一对基因组合均为隐性时,表现出的性状为隐性;当一对基因组合为一个显性一个隐性时,表现出的性状为显性。也就是说,显性遗传更容易在生物体上体现,并保留下来。

下面我们就来看看,有哪些是一眼就能发现是从爸爸妈妈那儿遗传过来的吧!

1.眼睛

眼睛形状:爸爸妈妈对小孩眼睛形状的影响是显而易见的。一般来说,眼形和眼睛的大小是遗传自爸爸妈妈的,而且大眼睛相对小眼睛来说更容易被遗传下来。只要爸爸妈妈中间有一个人是大眼睛,孩子也是大眼睛的可能性就会大一些。

单双眼皮:一般来说,如果你是双眼皮,那你的爸爸妈妈中至少有一个人是双眼皮;如果你的爸妈都是单眼皮,那你肯定也会是单眼皮。因此,双眼皮是一种显性遗传。还有一个有趣的现象,一些小孩子出生的时候是单眼皮,长大后会慢慢变成双眼皮。据统计,在婴幼儿中,双眼皮的比例才20%;而成年人拥有双眼皮的比例则超过了50%。所以,如果你现在还是单眼皮,说不定过几年就会变成双眼皮呢!

眼球颜色:大部分的中国人眼球是棕色的,这是一种深色的眼球颜色,这种深色的眼球颜色也是一种显性遗传。

睫毛:长睫毛也是显性遗传的,只要爸爸妈妈中有一个人拥有动人的长睫毛,你遗传到长睫毛的可能性就非常大。

2.鼻子

通常情况下,鼻头大、鼻梁高而鼻孔宽的人呈现出显性遗传。也就是说,只要爸爸妈妈中有一个人是挺直的鼻梁,它遗传给孩子的可能性就会很大。另外,小时候是矮鼻梁的人,长大后还有变成高鼻梁的可能,这一点和双眼皮非常像。

3.耳朵

耳朵的形状也是会遗传的,大耳朵是显性遗传,小耳朵是隐性遗传。

4.肤色

皮肤的颜色在遗传的时候往往会不偏不倚,它总是遵循着“相加之后再平均”的自然法则,给孩子打上父母“综合色”的烙印。如果父母中一个人比较黑,一个人比较白,那么在“平均”后,小孩子一般会是介于两者之间的中性颜色皮肤。

5.身高

研究表明,人的身高有70%取决于遗传,其中父母各占一半,另外的30%则由后天因素决定。如果想要长得更高,就要从饮食营养和生活习惯两个方面下功夫,每天摄入足够的蛋白质和钙,保证规律性的运动和充足的睡眠,都可以让我们发育得更好。

6.体形

不知道你是否发现有些同学怎么吃都吃不胖,而一部分同学则“连喝水都会发胖”呢?这是因为体形也会受到遗传因素的影响。一般来说,父母中有一人肥胖,孩子发胖的概率就会达到30%;父母双方都肥胖,小孩发胖的机会是50%～60%。

看一看

问题:小明的爸爸妈妈都是双眼皮,他长大后却是单眼皮,这是为什么呢?

回答:根据问题中的描述,我们可以将影响小明爸妈和小明是单眼皮还是双眼皮的遗传基因和性状用下面的图1展示。

图1

从图1中我们可以看出,即使小明爸妈都是双眼皮,小明也是有可能呈现单眼皮特征的。

看不见的“遗传”

1.声音

我们的声音通常会非常接近父母,甚至会比长相和形体的相似程度更高。如果拥有笑声爽朗的爸爸和大嗓门的妈妈,那你很难拥有轻柔的嗓音。通常,儿子的声音和爸爸更接近,女儿的声音则很像妈妈。

声音的高低、音量、音质等各方面,不仅与喉头有关,还由鼻子的大小、张口的大小、舌头的长短、脸部的骨骼等各因素综合决定。这些方面无不遗传父母的基因,所以声音遗传是不奇怪的。

但是,如果先天遗传的音质不够美,

2.智力

虽然智力不完全由遗传因素决定,但与遗传有一定的关系。一般认为,遗传占大多数情况下都可以通过后天的发音训练改变。因此,某些声音条件并不优越的人,通过发声训练会发生声音改变,从而拥有甜美圆润的嗓音。智力决定因素的60%,环境则占到了另外40%。研究表明,我们的智力受妈妈的遗传因素影响更大。

在智力的遗传中,不仅包括智商,还包括了情商,也就是人的个性、处事能力等。比如,有些孩子在处事能力、交际能力方面像爸爸,而个性、脾气则与妈妈很相像。

3.寿命

长寿属于多基因遗传,不仅涉及多种遗传基因,而且还受到饮食、运动和环境等因素的影响。长寿的遗传特征有两点:一是长寿可多代连续长寿,也可隔代长寿,或只是两代长寿;二是呈现母系遗传优势,也就是说女性比男性长寿。

4.血型

人类的血型通常分为A、B、O和AB四种,一般来说血型是终生不变的。在医学和遗传学上,常利用父母的血型来推断子女血型,如父母双方均为O型,其子女必为O型血而不可能出现别的血型。

血型遗传表

我们的遗传基因完全来自父母吗?

既然遗传是亲子之间遗传,那是不是说我们的遗传基因只来自父母呢?答案当然是否定的。我们可能会发现自己在某些特征上与父母并不相似,但与爷爷奶奶或外公外婆有相似之处,这种一家三代人中,第一代和第三代出现类似的特征,而第二代并未出现的情况,叫作隔代遗传。

隔代遗传的情况并不罕见,这是由于显性基因和隐性基因在代际遗传过程中分别起作用造成的。我们已经知道,当显性基因存在的情况下,显性基因起作用,隐性基因不起作用。而只有两个隐性基因存在的情况下,隐性基因才起作用。我们将显性基因标记为A,隐性基因标记为a。那么,如果爷爷的某个基因为aa(表现为隐性特征),奶奶的为Aa(表现为显性特征),则父亲的基因可能是Aa。若母亲的基因为Aa,则小孩的基因又有可能成为aa(具体遗传方式参考27页图1),表现为与其爷爷相同的隐性特征,所以孩子长得像爷爷或奶奶是很正常的。

根据隔代遗传的定义,从基因上讲,人甚至可以回到原始人的样子,但这个概率很小,我们称这种情况为“返祖症”。

在隔代遗传中,还有一个非常明显的表现,就是伴性遗传疾病。其患者绝大多数为男性,追踪其家族发病的情况时可以发现,患者的母亲是正常健康人,其外祖父却是该病患者。因为伴性遗传病是隐性遗传病,并且都是通过女性传递的。女性虽不发病,却是伴性遗传病致病基因的携带者,并将这种病传递给其子代中的男性。比较著名的例子是血友病,其患者最后往往因流血过多而死。血友病最著名的一个例子是英国“皇家病”。维多利亚女王是一个血友病基因携带者(本人未患病),她的一个儿子利澳波德死于血友病,女儿普林赛斯、比阿丽斯也同样是血友病基因的携带者。普林赛斯的儿子中有两个患血友病,一个女儿埃娜女王也是血友病基因携带者,她也生了两个患血友病的儿子。

英国“皇家病”家族遗传史

经典案例

隔代遗传——黑白双胞胎

据英国《每日邮报》报道,英国诺丁汉市的一名产妇凯莉·霍吉森接受剖腹产手术,生下一对双胞胎女婴,等助产士将婴儿送到她身边时,凯莉才惊讶地发现,两个女婴的皮肤竟然一个黑、一个白。她对记者说:“我发现她们都有漂亮的蓝眼睛,可里米的头发是金色,皮肤是白色;但基恩的头发和皮肤都是黑色。”

几周过去后,凯莉发现“白孩”里米的皮肤颜色变得更加白嫩,“黑孩”基恩的肤色则变得更黑,并且里米的眼睛仍是蓝色,而基恩的眼睛已变成了棕褐色。

原来,凯莉和她丈夫都是混血儿,他们各自的母亲都是白人,而父亲则都是黑人。专家称,混血儿父母生下“黑白双胞胎”的概率仅有百万分之一。

变异——世界因此而精彩

大家可能会问,生物一代代遗传下来,每种生物的形态结构和生理功能应该是一模一样的,那为什么父母所生子女,一人一个样,一人一种性格,各有各自的特征?

科学家研究的结果告诉我们,生物界除了遗传现象以外还有变异现象,也就是说个体间有差异。全世界都无法找出两个一模一样的人,即使是双胞胎,外人看起来好像一模一样,但是与他们朝夕相处的父母却能分辨出他们之间的细微差异。不仅是人类,世界上甚至找不到两片完全相同的叶子。

人类中多数变异现象是源自父母亲遗传基因的不同组合。我们每个人都从父亲那里得到遗传基因的一半,从母亲那里得到另一半,大家所得到的遗传基因虽然数量相同,但内容有所不同,因此每个人都是一个新的组合体,与父母不一样,兄弟姐妹之间也不一样,而形成彼此间的差异。正因为有变异现象,人们才可以很容易地从人群中认出张三、李四,如果没有变异,大家全都是一个样子,社会上的麻烦事就多了。

不同品种的玉米

引起生物变异的因素包括内部与外部两个因素。内部因素是指遗传物质的差异,不同生物之间、同一生物不同个体之间的差异就是遗传物质差异的结果;外部因素则是指环境条件的差异。生物的变异是内因与外因共同起作用的结果,例如,不同品种的种子,结出来的果实不一样;同样一批种子,生长在不同的环境中,其果实也是不同的。

我们知道,地球上的环境是复杂多样、不断变化的。生物如果不能产生变异,就不能适应不断变化的环境。如果没有可遗传的变异,就不会产生新的生物类型,生物就不能由简单到复杂、由低等到高等地不断进化。由此可见,变异为生物进化提供了原始材料。

生物的变异有利于同种生物的进化,因为各种有利的变异会通过遗传不断地积累和加强,不利的变异会被淘汰,使生物群体更加适应周围的环境。在农作物、家禽、家畜中,有时会出现对人有益的变异。例如,牛群中可能出现肉质较佳的牛,也可能出现产奶较多的牛。人们挑选这样的牛进行大量繁殖,经过不断地选育,就能得到肉质好或产奶多的新品种。有一些小麦品种在高水肥的条件下产量很高,但是由于植株高,抗倒伏能力差,大风一来,就会大片大片地倒伏,既影响产量,又不容易收割。怎样才能得到既高产又抗倒伏的品种呢?科学工作者利用一种普通的矮秆小麦抗倒伏能力强的特性,将这种小麦与高产的高秆小麦杂交,在后代植株中再挑选秆较矮、抗倒伏、产量较高的植株进行繁殖。经过若干代的选育以后,就得到了高产、矮秆、抗倒伏的小麦新品种。

延伸阅读

Y-DNA染色体检测——追溯人类起源的核心技术

2016年8月26日,被称为“中国四大谜案”之首的白银连环杀人案嫌疑人在甘肃省被抓捕归案,这起追凶时间长达28年的重大刑事案件,最终得以告破。根据甘肃省公安厅的披露,侦破该案的核心关键,是启用了Y-DNA染色体检验技术。这到底是一项什么样的技术呢?

首先,我们要从最基础的染色体了解起。染色体的本质就是DNA和蛋白质的组合,是基因的主要载体。一般正常人都拥有23对染色体,其中常染色体22对,性染色体1对——男性为XY,女性为XX。

因此我们可以看到,Y染色体是男性独有的,同时它还遵循着父系遗传的原则。也就是说,男性基因组中的Y染色体和其父亲的Y染色体相同,同一个家族中具有血缘关系的男性的Y染色体也是相同的。

Y染色体的“父系遗传”特点,不仅仅应用在警方缩小刑侦范围、排查嫌犯的过程中,也被科学家用于研究人类的进化和起源。

20年前,科学家曾通过检测Y染色体,将全世界的人类分成几大类,并研究出Y染色体最早起源于20万年前东非晚期一名智人男子。

随着分析技术的发展,当今科学已经可通过Y染色体的特异性区分不同语系、民族类群等。假设再往下细分,Y染色体检测可将人类关系细化到县、村镇、家族等。

尽管目前还没有达到这样的技术水平,但人类学家并未停止另一个方向的探索——寻找历史人物的家族图谱。复旦大学生命学院人类学系教授李辉曾带领团队通过Y染色体多位点检测,研究曹操家族基因课题,发现曹操后代分布在我国广东、安徽等9个地区。同样的检验技术,还被成功用于寻找孔子的现代后裔中。

李辉曾表示,研究Y染色体的最大目标是追溯人类起源,寻找中华文明的起源,推演中华民族的一体化过程。他相信从古代样本中找DNA来推演人类进化过程这一研究,最后的结果就是全国的男性关系都可以用一张图来表示。

Y染色体是什么?

(插画绘制/朱宝)