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跳躍基因 雕琢獨特大腦

2012/05/01 蓋吉(Fred H. Gage)、莫特瑞(Alysson R. Muotri)
同卵雙胞胎長大後為什麼會有不同的人格特質?因為「跳躍基因」會在神經細胞中四處移動,並改變大腦的特性。
重點提要
■基因以及環境都會影響我們的行為,科學家最近又發現了其他影響我們的機制。
■「跳躍基因」這種DNA片段會自我複製並轉移到基因組中的其他位置,可以影響其他基因的活性。有時候,跳躍基因會啟動鄰近的基因,這種事情在大腦中發生的機率比較高,並導致特徵和行為的差異,即使基因很相近的個體,也會因此而有不同之處。
■這些會移動的遺傳單元也可能影響人類發生心理疾病的機率。
■科學家正在研究跳躍基因能否幫助人類適應快速變動的環境。

你的大腦很獨特,我的也是。大腦有極為細緻的結構,每個層次都可以看到個體之間的差異。人腦中有1000億個神經細胞,分成數千種不同的種類,彼此之間的連結總數超過100兆。這些差異讓每個人的思考、學習、行為以及罹患心理疾病的機率都不相同。

大腦中的各種神經連結與功能是如何產生的?我們遺傳到的基因變化是原因之一。但即使是由同一對父母所帶大的同卵雙胞胎,他們的心智功能、行為特徵,以及罹患心理或神經衰退疾病的機率也可能會截然不同。事實上,基因相同的小鼠在實驗室中以完全相同的方式養大,其學習能力、逃避恐懼以及抗壓反應也不盡相同。這背後一定有其他的原因。

生活經驗絕對會有影響,經驗可以改變某些細胞群之間的連結強度,不過科學家發現越來越多證據指出了其他的因素,像是一些在胚胎發育時期或之後發生的基因變異,或影響基因活性的機制。例如「選擇性剪接」:同一個基因可以因此產生不同的蛋白質。在細胞中,大部份的運作由蛋白質負責,因此組織細胞中的蛋白質將會影響該組織的功能。許多科學家正在研究外遺傳(epigenetic)變化所造成的影響。(外遺傳機制會修飾DNA來改變基因活性,結果會增加或減少某些特定蛋白質的合成,但是不會改變基因本身的訊息。)

過去幾年來,我們與同儕很好奇有個通常只出現在大腦中的有趣現象:跳躍基因。幾乎所有物種都有這種基因(包括人類),它們可以自我複製並轉移到基因組(細胞核中所有DNA的總稱)的其他部位,然後改變細胞的運作,因此就算它與相鄰的細胞完全相同,功能也會有變化。當許多不同的細胞都出現這種插入現象後,可以想見一些細微或略為顯著的變化就會顯現在認知能力、人格特質以及神經病變的傾向上。

我們先前對於腦中跳躍基因的發現,讓我們開始注意到另一個問題:既然大腦的正常運作對生存這麼重要,為什麼會演化出這種改變遺傳運作的機制呢?我們沒有確切的答案,但許多證據指出,跳躍基因增加了腦細胞的變異度,讓生物體擁有能夠快速適應多變環境的彈性。從適者生存的角度來看,這些跳躍基因(也稱為移動單元)能在演化的過程中保留下來,或許是因為它們瑕不掩瑜,強化了物種的適應力。


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