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第八章 细胞环境与DNA的双重遗传（第1页）

第八章　细胞环境与DNA的双重遗传

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（GarySchwartz）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。