新的研究表明，在一些物種中，父母的經(jīng)歷可以幫助它們的后代更好地生存下去。在瞬息萬變的海洋環(huán)境中，這是一個(gè)充滿希望的好消息。這些研究大多集中于珊瑚礁魚類，這些物種具有高度的內(nèi)在變異性和可塑性。

眾所周知，我們的父母總是喋喋不休地給自己的后代提出各種建議，希望給子女不確定的未來提供更多更好的經(jīng)驗(yàn)，少走彎路，創(chuàng)造更多更佳的生存機(jī)會(huì)。人類就是這樣，一代又一代地將自己的經(jīng)驗(yàn)傳遞給后代。那么，其他物種是否也有類似的本能呢？它們又是通過什么樣的途徑來實(shí)現(xiàn)自己的愿望呢？

多棘雀鯛將適應(yīng)環(huán)境溫度的能力傳給后代

2018年，澳大利亞科學(xué)家蒙迪發(fā)現(xiàn)：巖礁魚能夠繼承父母耐海洋變暖的能力，因而巖礁魚寶寶生下來就能適應(yīng)海洋變暖的環(huán)境。該研究發(fā)現(xiàn)，與之前的認(rèn)識(shí)不同，在海洋環(huán)境變化中，動(dòng)物不只是無助的受害者，不會(huì)完全被動(dòng)地面對(duì)一個(gè)不可避免的毀滅性未來。動(dòng)物父母所經(jīng)歷的一切環(huán)境變化，塑造了動(dòng)物后代對(duì)變化環(huán)境的適應(yīng)性。比如，魚就擁有這種驚人的適應(yīng)能力。

在比正常溫度高幾攝氏度的水中長(zhǎng)大的多棘雀鯛的后代能夠更好地在溫度升高的海洋環(huán)境下生存。

在實(shí)驗(yàn)室里，科學(xué)家培育出了適應(yīng)變暖環(huán)境的一種小熱帶魚——多棘雀鯛。如今，夏季海洋平均水溫比以往高1～2℃，這對(duì)大多數(shù)珊瑚礁魚都會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，例如，這種變化會(huì)使多棘雀鯛的游泳能力或生長(zhǎng)速度受到影響，而且由于較高水溫導(dǎo)致水中含氧量減少，魚兒的呼吸也會(huì)受到影響。

在實(shí)驗(yàn)室里，當(dāng)飼養(yǎng)的多棘雀鯛生活在比如今海洋溫度高3℃的水中時(shí)，它們的后代就擁有了在比海洋溫度高3℃的水中仍然能夠獲得足夠氧氣，以維持正常生存的能力。這一實(shí)驗(yàn)表明，生活在較高水溫下的多棘雀鯛父母產(chǎn)下的幼魚能夠更好地適應(yīng)較高水溫的海洋環(huán)境。

后代從父母經(jīng)歷中受益而獲得適應(yīng)環(huán)境能力，這不僅僅發(fā)生在魚的身上。水蚤是一種生長(zhǎng)在淡水湖、池塘和水坑里的生物，這種小型甲殼動(dòng)物孵化出來的后代，既可以是圓頭，也可以是尖頭?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)：如果水蚤與魚、蠓或其他昆蟲共享水源，就會(huì)長(zhǎng)出帶刺的尖頭，那就是它的保護(hù)“頭盔”，這有助于減少水蚤被吃掉的可能性。對(duì)于許多種類的小水蚤來說，它們是否長(zhǎng)出這種防護(hù)性的“頭盔”，要取決于它們母親的經(jīng)歷。如果水蚤媽媽在懷孕期間接觸到某種捕食者的化學(xué)信號(hào)，那么它就會(huì)生出更多帶有尖頭的后代。

圖中所示的水蚤，可能生來就有或沒有刺或棘。它們是否能夠長(zhǎng)出具有保護(hù)性的“頭盔”取決于它們母親的生存體驗(yàn)。

這種驚人的可塑性也存在于其他物種中。例如，如果蚜蟲和捕食者生活在同一個(gè)棲息地，蚜蟲的后代就能長(zhǎng)出翅膀，以便遠(yuǎn)走高飛，躲避被捕食的厄運(yùn)。也就是說是蚜蟲父母的生存環(huán)境決定了后代是否應(yīng)該長(zhǎng)出翅膀，而蚜蟲后代自身的可塑性則決定了它們可以長(zhǎng)出翅膀。這聽起來就像童話故事令人感到不可思議：周圍環(huán)境變化導(dǎo)致主人公長(zhǎng)出了翅膀！但在自然界中，這就是真實(shí)存在的。

正是這些現(xiàn)象吸引蒙迪進(jìn)行這方面的研究。他想知道：動(dòng)物是如何受到氣候變化影響的，它們是否能夠適應(yīng)這種變化，它們又是如何將這種適應(yīng)性傳遞給它們后代的？

氣候變化迫使海洋魚類生活在更溫暖的水溫和海洋酸化環(huán)境中。蒙迪的研究激發(fā)了更多科學(xué)家的興趣，他們?cè)噲D了解：在這個(gè)快速變化的環(huán)境中，動(dòng)物后代是如何從父母的經(jīng)歷中獲得有益的生存能力的。蒙迪指出，這背后的原因部分與表觀遺傳學(xué)有關(guān)。

表觀遺傳學(xué)是研究基因表達(dá)變化的學(xué)科，表觀遺傳與突變的不同之處在于，基因的實(shí)際序列（DNA代碼）保持不變。上述實(shí)驗(yàn)室里的那些多棘雀鯛就是一個(gè)很好的例子：多棘雀鯛父母被放在更暖的水中并不會(huì)改變它們傳遞給幼魚的基本遺傳密碼，但可以對(duì)哪些基因會(huì)表達(dá)出來產(chǎn)生影響。當(dāng)多棘雀鯛父母接觸到更高的水溫時(shí)，似乎決定著DNA序列中某些基因是否打開或關(guān)閉——如果多棘雀鯛父母現(xiàn)有的DNA中的某些基因擁有了適應(yīng)較高水溫的能力，那么后代這些基因的表觀遺傳的開關(guān)也將被會(huì)打開。

藍(lán)頭瀨魚生存環(huán)境決定后代性別

基因表達(dá)差異的程度決定了野生種群胚胎中已經(jīng)存在的形態(tài)的可塑性。這也是為什么珊瑚礁魚會(huì)成為重要的表觀遺傳學(xué)研究對(duì)象的原因之一：珊瑚礁魚擁有動(dòng)物界中極為驚人的可塑性。再如，藍(lán)頭瀨魚可以改變性別，雌性可以變身為體形更大、色彩更艷麗、更具領(lǐng)地意識(shí)的雄性。有的雄性藍(lán)頭瀨魚也可以將自己偽裝得看起來與“柔弱”的雌魚一模一樣。這種偽裝策略讓它們能夠在不被發(fā)現(xiàn)的情況下偷偷潛入更強(qiáng)大雄性的領(lǐng)地內(nèi)去尋找中意的配偶。

藍(lán)頭瀨魚幼魚的性別取決于其早期發(fā)育時(shí)周圍潛在“敵人”的數(shù)量，如果它在一個(gè)很大的暗礁上孵化，由于那里有很多魚，所以即使是強(qiáng)大的雄性也很難周全地保護(hù)它所有“妻妾”。在這種情況下，正在發(fā)育的幼體更有可能成為雄性。生命早期的社會(huì)環(huán)境決定了幼魚成為雌性或雄性的軌跡，甚至還有中途改變性別的可能性。一個(gè)物種竟然擁有如此復(fù)雜的可選擇的策略和可塑性，實(shí)在令人吃驚。

某種特性具有有利于生存的可塑性，并不意味著這種可塑性會(huì)存在于所有特性中?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)：多棘雀鯛的后代完全能夠在較高的水溫下獲得足夠的氧氣，卻不能繁殖。為什么會(huì)這樣？魚兒對(duì)海洋溫度上升適應(yīng)能力的研究在這里遇到了瓶頸。于是，科學(xué)家采取了一種循序漸進(jìn)的實(shí)驗(yàn)策略。他們沒有直接將魚放入比正常溫度高3℃的水中，而是在第一年將魚放入比正常溫度高1.5℃的水中，第二年再放入比正常溫度高3℃的水中，讓它們逐漸適應(yīng)越來越高的水溫。經(jīng)過這種逐漸適應(yīng)的策略，這些魚果真就能夠繁殖后代了。換句話說，只要讓魚兒有足夠的時(shí)間去適應(yīng)，它們就能夠安然無恙，正常生存。

藍(lán)頭瀨魚有變成雄性或雌性的內(nèi)在能力，它們的性別很大程度上是由珊瑚礁上的環(huán)境動(dòng)態(tài)所決定的。

鰩魚表觀遺傳變化可傳遞多代

考慮到全球氣候變暖的頻率和強(qiáng)度不斷上升，珊瑚礁魚是否能夠應(yīng)對(duì)海洋溫度的突然變化和逐漸變化是一個(gè)關(guān)鍵問題。2018年10月，聯(lián)合國(guó)發(fā)布的氣候報(bào)告稱，目前全球溫度比工業(yè)化前的水平高出1℃，氣溫的持續(xù)增高加劇了氣候不穩(wěn)定而產(chǎn)生的破壞性影響。2016年，澳大利亞大堡礁30%的珊瑚在長(zhǎng)達(dá)9個(gè)月的可怕海洋熱浪中死亡。溫度升高1～2℃，珊瑚白化現(xiàn)象就會(huì)出現(xiàn)。如果珊瑚一直白化，最終就會(huì)死亡。2016 ～2017年，大堡礁珊瑚曾發(fā)生了有史以來最嚴(yán)重的持續(xù)白化現(xiàn)象。

那么，珊瑚后代能夠從父母的經(jīng)歷中獲得恢復(fù)能力嗎？科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里將成年珊瑚暴露在溫度升高和酸化環(huán)境中，然后將它們的后代暴露在同樣的環(huán)境中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果父母曾經(jīng)歷過短時(shí)間的不利環(huán)境，其后代的存活率和生長(zhǎng)率都會(huì)更高?？茖W(xué)家認(rèn)為，這種快速的適應(yīng)性也要?dú)w功于表觀遺傳。但是這些適應(yīng)性能長(zhǎng)久持續(xù)下去嗎？在變暖的海洋環(huán)境中，珊瑚生存能力的提高會(huì)短暫出現(xiàn)，然后很快消失，還是會(huì)遺傳給后代呢？

在加拿大，研究鰩魚的科學(xué)家們正在探索這個(gè)問題。他們研究了鰩魚兩個(gè)種群的遺傳物質(zhì)，其中一種鰩魚生活在大西洋寒冷的新斯科舍海岸，另一種鰩魚生活在溫度高10℃的圣勞倫斯灣南部。生活在更溫暖的圣勞倫斯的鰩魚體形明顯變小，這是一種適應(yīng)性改變。變小使得鰩魚能夠在溫暖水域的低氧環(huán)境中生存下來，它們通過表觀遺傳基因修飾實(shí)現(xiàn)了較小體形的生理改變。

暴露在較高溫度下的成年珊瑚可以將它們適應(yīng)氣候變化的一些能力傳遞給后代。

雖然生活在不同地方的兩個(gè)鰩魚種群是相同物種，但生活在溫度較高、含氧量較低水域中鰩魚的體形比溫度較低、含氧量較高水域中的同類體形更小。

鰩魚的這兩個(gè)種群在地理上的分離已有7000年歷史，但它們?cè)诨蛏喜o差異。也就是說，圣勞倫斯灣南部的鰩魚并沒有進(jìn)化，它們的DNA與其他鰩魚種群完全相同。但不同的是，它們的基因表達(dá)模式總共發(fā)生了3653個(gè)變化，使它們的身體適應(yīng)了更溫暖的海水。研究確定，這些表觀遺傳變化已經(jīng)發(fā)展并持續(xù)了318代。

然而，由于表觀遺傳變化不涉及DNA基因密碼的永久性變化，這種表觀遺傳變化也有可能是可逆的。這一特性正在推動(dòng)人類醫(yī)學(xué)的一場(chǎng)革命。表觀遺傳治療的巨大潛力在于，與基因異常不同，表觀遺傳變化是可逆的，因此，受影響但未發(fā)生基因變異的DNA序列有恢復(fù)正常功能的希望。

如今，大量醫(yī)學(xué)和生物學(xué)研究表明：溫度、激素或其他化學(xué)物質(zhì)的變化都有可能通過改變某些引導(dǎo)基因表達(dá)方式的表觀遺傳因子來對(duì)DNA產(chǎn)生影響。這與一個(gè)多世紀(jì)前人們對(duì)環(huán)境如何導(dǎo)致變化的理解大相徑庭。早在19世紀(jì)80年代，德國(guó)生物學(xué)家奧古斯特·魏斯曼就曾試圖通過切除連續(xù)五代老鼠的尾巴來研究某代老鼠的變化對(duì)下一代老鼠的影響。他得出結(jié)論認(rèn)為，環(huán)境刺激的效果（在這個(gè)例子中是切斷老鼠的尾巴）不能傳遞給它的后代，切掉尾巴老鼠的后代生下來都是有尾巴的。但魏斯曼沒有意識(shí)到的是，切斷老鼠父母尾巴與老鼠是否有尾巴沒有任何關(guān)系。引發(fā)表觀遺傳變化的因素是溫度或化學(xué)物質(zhì)，而不是物理傷害。另外，老鼠天生有沒有尾巴已經(jīng)存在于它們的遺傳密碼中，只有通過遺傳密碼，這種特征才能遺傳下去或表達(dá)出來。

斑胸草雀父母警示胚胎適應(yīng)環(huán)境

科學(xué)家不斷發(fā)現(xiàn)令人震驚的動(dòng)物“跨代適應(yīng)”的例子。例如，澳大利亞科學(xué)家瑪麗特在觀察斑胸草雀的行為時(shí)，聽到了一聲她從未聽到過的叫聲。那是一只斑胸草雀在呼喚它還未孵出來的寶寶，它是在與仍在蛋殼里的寶寶交流。但當(dāng)時(shí)瑪麗特還并沒有意識(shí)到這一點(diǎn)。

在聽了600個(gè)小時(shí)的錄音后，瑪麗特發(fā)現(xiàn)，斑胸草雀的父母只有在周圍環(huán)境非常炎熱時(shí)才會(huì)發(fā)出這樣的叫聲。斑胸草雀的父母通常在孵育后期快結(jié)束時(shí)才會(huì)發(fā)出這種“高溫預(yù)警”叫聲。目前還不清楚斑胸草雀選擇這一時(shí)機(jī)發(fā)出如此叫聲的原因，可能是因?yàn)樵诖酥芭咛ミ€沒有發(fā)展出聽覺能力，無法接收到父母?jìng)鬟f信息。

在接下來的實(shí)驗(yàn)中，瑪麗特將斑胸草雀卵放在孵化器中，并將它們分成兩組。一組聽到的是斑胸草雀父母通常的叫聲，另一組聽到的是斑胸草雀父母在孵化前5天內(nèi)發(fā)出的“高溫預(yù)警”叫聲的錄音。

雛鳥在孵化出來時(shí)身體大小沒有差異。然而，在雛鳥被放置在較涼爽或較炎熱巢穴中24小時(shí)內(nèi)，研究人員就發(fā)現(xiàn)了雛鳥體重的差異，胚胎期聽到過“高溫預(yù)警”叫聲的雛鳥發(fā)育較緩慢、體形較小。這是因?yàn)椋^小的體形更有利于散熱，這是適應(yīng)高溫環(huán)境的一種優(yōu)勢(shì)。當(dāng)它們長(zhǎng)大后，這些聽到過“高溫預(yù)警”信號(hào)的斑胸草雀，會(huì)繼續(xù)尋找更涼爽的筑巢地點(diǎn)，它們比那些沒有準(zhǔn)備好應(yīng)對(duì)高溫的同類擁有更多的后代?？梢姡改傅摹把詡魃斫獭笔顾鼈兏苓m應(yīng)變熱的環(huán)境。

斑胸草雀幼雛的體形大小和它們耐受更高溫度的能力，由父母接觸到的環(huán)境變熱程度決定。

研究表明，在溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)形成過程中，聽到“高溫預(yù)警”叫聲的雛鳥的身體發(fā)育與它們的兄弟姐妹迥然不同。這種“產(chǎn)前聲學(xué)體驗(yàn)”對(duì)于動(dòng)物適應(yīng)環(huán)境的研究有很重要的意義。斑胸草雀似乎是在用特殊的叫聲來改變未孵出雛鳥的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，并長(zhǎng)期改變后代對(duì)熱的敏感性，讓未孵出的寶寶在胚胎期就為擁有應(yīng)對(duì)極端高溫天氣的能力做好準(zhǔn)備。研究表明，鳥類比我們想象的更擅長(zhǎng)于應(yīng)對(duì)環(huán)境變化。也許鳥類真的能夠應(yīng)對(duì)并很快適應(yīng)溫度上升，適應(yīng)所有那些正在快速發(fā)生的其他環(huán)境變化。

動(dòng)物們?cè)诹钊藫?dān)憂的環(huán)境變化中積極影響后代的適應(yīng)能力，這讓我們能夠更好地理解其他物種在整個(gè)人類環(huán)境中的代際適應(yīng)機(jī)制。動(dòng)物世界中的“跨代適應(yīng)”給我們帶來了更多希望，為人類應(yīng)對(duì)地球變暖環(huán)境提供了更多的可能性。