你和克隆的“你”,是同一个你?
2020-09-10 20:46

你和克隆的“你”,是同一个你?

本文来自微信公众号:造就(ID:xingshu100),作者:何苗(复旦大学脑科学研究院研究员),题图来自:电影《机械姬》


俗话说“江山易改,本性难移”;俗话又说“近朱者赤,近墨者黑”;俗话还说“龙生龙,凤生凤,老鼠的儿子会打洞”……听起来这些俗语各自向人们传达着强烈的观点:遗传很重要、原生家庭环境很重要。


遗传和环境,谁对人的决定更大?为什么即使是双胞胎,个性差别也很大?为什么有的人唱歌会走音、看东西会色盲?


为什么人和人不同?


同一个家庭成长起来的兄弟姐妹长相不同,甚至个性千差万别;


我们从小到大,每天都在接触着各种各样的人,但每个人似乎都不一样;


对于亲缘关系或同一环境下长大的人,遗传和环境哪个影响更大?


为什么处在一样的环境、拥有相似的基因,人跟人还是不一样?


研究发现,人与人的不同主要体现在脑结构和功能上的差异,这导致人和人在性格、感知、智力乃至脑疾病的患病率和严重程度上都有所不同。


什么决定了大脑差异


大脑的差异从何而来?


科学家们试着从两个方面着手研究这个问题。


首先,从体貌特征而言似乎答案很明确,我们经常能感觉血缘关系近的人,长相一般更相似,比如说子女会长得像父母,兄弟姐妹之间也会比较相像。


这个感觉与实验结果相吻合,亲缘近就代表了遗传信息(DNA)更相像,因此长得就更像。也就是说,体貌等个体差异很大程度取决于遗传信息的差别。


那么性格、智力呢?除了DNA遗传,我们经常考虑的还有后天的环境因素,要把这两个因素区分开,科学家们采取了两个研究方式:收养研究和双胞胎研究。


第一,假设遗传因素才是造成人们在某一方面相似或者不同的原因,那么被收养的孩子虽然跟亲兄弟姐妹在不同环境成长,但他的性格还应该跟亲缘兄弟姐妹更为相似。反之,如果他跟养父母更像,那就说明后天环境起主要作用。


收养研究


第二,双胞胎可以分为“同卵”和“异卵”。假设同卵双胞胎为A,他们的DNA相似度几乎可以达到100%;异卵双胞胎为B,他们的DNA相似度和普通的亲缘兄弟姐妹差不多,大约为50%。


如果A、B都在原生家庭成长起来,那么正常来说,性状上的相似度同卵双胞胎A肯定高于异卵双胞胎B,但如果发生例外,某一性状异卵双胞胎B高于同卵双胞胎A,那就说明遗传因素在这里作用不大,相似度是由后天环境造成的,反之则说明遗传起主要作用。


双胞胎研究


经过测试,科学家们发现,大脑内部的相似度,与行为、智力测试结果相同。因此,他们利用磁共振成像技术,从大脑的结构、连接、功能等方面进行对比,同时还有数百项相关的实验。


结果都证明,遗传基因更相近的人,外貌、智力等的相似度也更高。


也就是说,从性格、智力、行为等方面看,人与人之间差异的很大一部分都受到了遗传因素的调控。


是什么造就了独一无二的你?


德国哲学家莱布尼茨说:“世界上没有完全相同的两片树叶”。人也一样,即使是同卵双胞胎,即使如此相似,但表现出来的性格、面对同一件事情的行为绝不完全相同。


什么造就了独一无二的自我?


遗传基因的相似度造成了每个人与其他人的不同,但,是什么最终决定了独一无二的你?


为了解决这一问题,科学家引入了一个概念——遗传率,也就是DNA突变,对于人们之间差异的贡献百分比。经过对各种行为和能力进行测量,结果表明遗传率在30%~80%不等。


举个例子,比如身高的遗传率是60%,这就意味着有的人高、有的人矮这个现象60%来自于DNA突变,40%可能是其他因素。


既然如此,DNA突变是怎么造成的呢?


DNA突变


DNA突变几乎不可避免,每一次细胞分裂、增殖时,DNA都需要复制,复制就会出错,形成突变。


尽管我们的细胞中存在着很多纠错、查错的机制,但还是做不到百分之百准确,原因是基因组的DNA实在太长了。


打个比方,四大名著加起来差不多350万字,如果把基因组的每一个碱基看成一个汉字,那我们人类的基因组每复制一遍,就相当于要把四大名著抄800多遍,因此偶尔有错也不奇怪。


突变的基因在人类繁衍过程中反复经历着出现、清除、淘汰、留下


突变的基因在人类繁衍过程中反复经历着出现、清除、淘汰、留下,因此每个人都有数百万突变的基因。


科学家们进行了大量研究发现,对于相貌、身高、智力、性格等因素而言,遗传造成的差异占比较大,而环境造成的差异相对较小。


这意味,你与别人不同,是因为遗传基因不完全相同;你之所以成为现在这个样子,则是因为DNA突变起了很大作用。


基因突变有规律可循吗?


复杂的发育过程充满了基因突变的可能性。从受精卵发育成人,需要在遗传程序的指导下经历一系列十分复杂的步骤。


在胚胎发育的最早期受精卵迅速分裂,一分为二、二分为四、四分为八,如此继续,直到形成一个由几千个细胞组成的球状胚胎,这些细胞最终会发育成人体的不同器官。


从受精卵发育成人,需要在遗传程序的指导下经历一系列十分复杂的步骤


就拿大脑来说,它包含着许多不同的脑区和数以百亿计的细胞,数量堪比银河系中的恒星。要让这些区域正确形成,这些细胞必须正确到达应该在的位置,发挥正确的功能,经历一系列复杂的发育过程。


如果有一些关键的调控基因发生了改变,可能某一个结构不能正常地形成,也许会导致比较严重的发育性的脑疾病。但即使程序完全相同,这个过程仍然会受到无处不在的随机性影响。


相似的基因,发生突变后依然会相似吗?


即使基因几乎一模一样的同卵双胞胎,发育过程中的基因突变也充满了概率问题,很有可能导致最后的发育结果有所不同。


这就像做菜,即使有一个非常详细的菜谱,但可能十个不同的厨师做出来的味道依然有细微差别。


许多年前,著名的发育生物学家康纳德·沃丁顿曾经发明了一个视觉隐喻,用以描述发育中的随机过程与它们导致高度可变的结果的方式。


在图景中,一个小球在类似于山坡的起伏不平的地势上滚落。


唐纳德·沃丁顿理论


小球代表着在发育历程中的生物,坡顶代表最初受精时,坡脚代表发育的可能结果。山坡上分布着各种凹陷和谷地,小球可能会沿着不同路径到达不同的终点。


当小球滚落时,每当遇到峡谷的起始点,微小的随机变异就能影响它是向左还是向右滚动。


如果让小球滚落100次来观察结果,可能70次会进入某个在左边的假想峡谷,30次进入右边。


但是这些概率在不同人中会存在差异,因为每个人“地形”的精确形状体现的是各自拥有的基因组。


左撇子还是右撇子,虽然并不是完全由遗传决定,但它仍然完全是先天的


利手性,也就是左撇子还是右撇子,就是一个很好的例子。


它完全不受家庭环境的影响,但是又只是部分源于遗传。父母一方或双方如果是左撇子,孩子是左撇子的几率就会增加,但也只是把基线从10%提高到15%或20%。


双胞胎研究提示,这个性状的总遗传率只有25%左右——同卵双胞胎也通常并不同时是左撇子。也就是说,这个性状虽然并不是完全由遗传决定,但它仍然是完全先天的。


读到这儿,我们似乎可以得出这样一个结论:你=DNA+DNA突变,这个说法对吗?


事实上,这并非是故事的全貌,即便把“遗传”和“遗传突变”结合在一起看,依然并不足以解释人群中的其他变异,是不是还存在一个隐藏的第三因素?


你=DNA+DNA突变+?


这个因素是什么?


第一个可能是我们测量的误差,比如同一个人填不同维度的量表测出来的结果不同;今天的表和明天的表结果不同等,但其实这部分误差是可以被计算出来的,但把这部分扣除之后,仍然会发现还有些东西是没有办法解释的。


这就牵出了第二个因素——非共享环境,它不是指后天的成长环境,而是我们每一个人的经历中都有一些完全独特于个体本身且不为他人所有的一些因素,它们总是让我们变得更加不同。


第三,一个更重要的来源——并非“环境“因素,而是每一个人所固有的内在因素,源自于大脑发育过程中的随机性。


每个人看到的世界为什么如此不同?


同一首歌,为什么有人唱出来跑调有人很准确?


同一幅画,为什么有人看出了30种颜色,有人看出39种颜色?


我们在生活中似乎经常能碰到这样的情况,同样的东西不同的人有不同的感受。


你能从这张图中看到几种颜色?


比如让两个人回答同一张图上有多少种不同颜色,如果你数出来的数量大概在20到32之间,你可能具备三色视觉,也就是说你有三种不同的视蛋白,可以接受三种不同波长的光:红色、绿色和蓝色,最后混杂起来形成我们看到的多姿多彩的世界。


但如果你在这张图中看到的色彩少于20种,那有可能是缺失了其中一个颜色的感知,也就是我们常说的色盲。


还有一部分人可能在看到的颜色在32到39种之间,那么你可能拥有罕见的四色视觉,这是因为三个感知颜色的视蛋白上有一个基因产生了突变,使得你多了一种感知颜色的能力,因此会看到更为细微的颜色差别。


这个实验说明,视觉并不像照相机一样所见即所得,因为我们所见的这一部分,我们任何一种感知能力,不管是视觉、触觉还是听觉,我们所能感受到的刺激其实是很单调的。


比如视觉就是光子过来,听觉就是声波过来,而我们所主观看到的这个世界是很丰富的。


因此,感知能力实际上是通过把外界接收到的信息和自己脑中已有的知识,以及对于这个世界的认知进行了比较和处理后形成的概念。


感知是一个主动的过程


也就是说感知其实是一个主动的过程,它并不仅仅被动地接受一个客观的刺激后,我们就立刻说这是怎么样子,而是通过推测到底是什么产生了我们所感受到感觉刺激,这样的一个行为来实现。


这就意味着我们脑子里已有的内部模型、我们大脑里已有的知识,可以改变我们的感受到信息的最终结果。


从“接受刺激”到“形成感知”是一个复杂的过程,除了需要调动我们的外界感受器,比如视网膜等,还需要大脑中一系列的神经环路来处理信息。


因为神经环路是在遗传程序的指导下发育而成,因此遗传、基因突变等都会影响最后的感知结果,一旦出现问题,也会造成感知上的失调。比如色盲、音盲、脸盲等。


以音盲为例,为什么有人唱歌总是走调?


如果你去测量这个人对于高低音的感知,可能会发现他其实是有判断力的,但是自己唱却唱不准,这种情况就很可能是他内部的神经环路做处理的过程中出现了偏差。


脸盲也是如此,有的人不是记不清楚别人的脸,而是会认错人。


他可能也不是说不能识别这张脸和那张脸,如果客观地放两张照片,他是能看出区别的,只是无法把这张脸和脑海中其他一些关于这个人的姓名、职业等信息串联在一起。


除此之外,还有一种特殊的感知能力,它不是出错,而是在一些异常情况下,不同感觉之间产生了冗余的、本不该有的联系,被称为“联觉”。


字符-色彩联觉


拥有联觉的人,在接受单一的感觉刺激时会感受到其他多余的感觉,比如字符-色彩联觉,他们会认为字母、数字或者汉字的笔画带有天然的色彩。


根据美国心理学协会的数据,大约2000人中只会出现一个联觉者,当然这一概率在艺术家、作家以及音乐家的人群中更高,比如现代抽象主义绘画的创始人康定斯基


每一个独一无二的我,或许不完美,但弥足珍贵


最终,我们发现每个人在遗传程序的调控之下,在充满了随机且不可复制的发育历程中,造就了世界上每一个独一无二的自我,或许并不完美,但弥足珍贵。


希望每个人能更好地认识自己和他人,也能够更为平和地看待自己和他人。


本文来自微信公众号:造就(ID:xingshu100),作者:何苗(复旦大学脑科学研究院研究员)

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