1700230097
基因与环境之间相互作用的理论
1700230098
1700230099
现在我们需要一套关于基因与环境之间相互作用的理论，以便解释凯蒲赛等人做出的惊人发现。这套理论的核心就是解决几个问题：为什么人类的基因要由环境所决定？为什么这种对环境的敏感性有利于物种生存和繁衍？让环境来决定人类的出路是不是有风险？或者说，让基因完全脱离环境，独立发挥功能会不会更有风险？
1700230100
1700230101
素质应激假说（diathesis-stress hypothesis）是一个论述基因环境相互作用的早期概念框架，它认为一些个体天生具备“冒险型”基因（“risky” genetic variants），而其他个体具备“保守型”基因（“safe” genetic variants），但是如果都生活在一个中性的环境中，这两类个体最终的情况会大体相同；而如果“冒险型”个体生活在极端环境下，结果就会大不相同。这就体现出了基因与环境之间的相互作用。事实上，尽管存在争议，但是大量数据表明，对于拥有与5-羟色胺系统相关的“冒险型”基因的孩子，遭受虐待会使其生活前景明显恶化；当然，其他没有这种基因的孩子也是一样，只是程度要轻得多。20既然没有收益，那么人类为何要选择“冒险型”基因呢？为什么进化压力没有消除这些基因型？针对这些问题，人们提出了多种理论。第一种理论认为，这些“冒险型”基因在不太遥远的过去是有益的。只是现在看来会造成对紧张环境“过度反应”的基因型，放在东非大裂谷这种极端环境下就很可能是有益的，但是人类已经离这些极端环境太遥远了，以致很多基因型在自然选择后都消失了。比如，“战士”基因可能对于需要抵御狮子的种群来说是有益的；或者说，这些“冒险型”基因在某些情况下确实有较大的风险，但是在某些没有人去测量的情形下，反而能起到保护作用，例如，精神分裂症往往与创造力和智力存在正相关关系。21
1700230102
1700230103
第二种理论认为应从物种而不是个体的角度去思考，假设存在“兰花型”基因和“蒲公英型”基因两种类型。“蒲公英型”基因能应付绝大部分的环境，而“兰花型”基因只能在理想环境中发挥作用。拥有“蒲公英型”基因的个体能够抵御在环境变化过程中可能遇到的危险（虽然种群选择还是一个有争议的进化论概念）。站在物种的角度上来看，为了确保万无一失，人类会希望同时拥有这两种基因型。为了防止环境出现巨大变化（如气候变化）将完全适应当前环境的“兰花型”基因全部抹除，“蒲公英型”基因的存在对物种延续就显得尤为重要。
1700230104
1700230105
这种进化上的风险管理已经在很多物种上有所体现，例如，拟南芥的萌芽阶段，22以及酿酒酵母的生长和繁殖策略。23在拟南芥的萌芽阶段，一个重要的（由基因促成的）“决策”就是确定种子发芽的时间点，以便其能最大程度地利用生长的环境条件，如水分、阳光等。如果选在阳光最充足的时候发芽，那么所有北半球的植株就都应该在春分日发芽，但要是碰巧那天乌云密布或者出现日食，那植株该怎么办呢？因此，理应有一部分拟南芥植株对于发芽时间的调控不那么精确，换言之，这个群体舍弃了最大效益，来换取发芽时间是一个区间，而非一个点。在拟南芥这个例子中，只在春分日发芽的是“兰花型”植株，而那些发芽时间存在一定随机性的植株就是“蒲公英型”植株——在特定的情况下，它们不会因天气条件而受太大影响。因此，在晴朗的天气里，“兰花型”植株由于在理想的时间点萌发，从而最终会占据优势地位；但是在不太好的天气情况下，“蒲公英型”植株给自己留了后路，也会最终占据主导地位。自然选择会找到一个适当的平衡，应对多变的大自然。
1700230106
1700230108
另一个挑战
1700230109
1700230110
用现有数据来检验这些想法已经够麻烦了，但偏偏有一批社会科学家还指出，某些关于基因与环境相互作用的文献有着潜在的致命缺陷。
1700230111
1700230112
为了能够更好地探究基因与环境之间的相互作用，我们需要考虑另一个问题：我们所研究的环境是否受到了人为控制，或者说它是否是外源性的。这个问题十分重要，因为评估基因与环境之间相互作用的过程分为两个关键的步骤：先将社会活动中的基因成分与环境成分剥离开，然后再研究这两者的相互依赖关系。第一步就十分困难。如果各种行动和因素不能清晰地被分成“基因的”和“环境的”，而是说我们对环境的反映本身就是部分由遗传因素决定的，那又该怎么办呢？实际情况可能是基因也会塑造我们与之互动的环境，而非基因和环境是两种独立的力量，各自对我们直接发挥作用，同时两者之间也会进行相互作用。基因型塑造我们所处的环境，这就是所谓的基因—环境相关性（gene-environment correlation），它可以分为三种。24
1700230113
1700230114
第一种是积极型基因—环境相关性（active gene-environment correlation）。人们（无论是儿童还是成人）能够部分地决定自己所处的境遇，而这可能是为了更好地“适应”或者利用环境。这个过程也被称作选择性基因—环境相关性（selective gene-environment correlation）。例如，内向的人选择的环境（朋友、党派等）可能就与外向的人不一样。
1700230115
1700230116
第二种是唤起型基因—环境相关性（evocative gene-environment correlation），是指基因可能引起环境的回应，而不是主动选择环境。例如，（由基因决定）喜欢搞破坏的孩子就可能引来家长、老师等人的惩罚（环境做出回应）。
1700230117
1700230118
再举一例，假设有一种基因叫作SCHOOL基因，它有A和T两种等位基因，如果拥有A等位基因的孩子比拥有T等位基因的孩子更有可能进入高等院校，那么总体来说，前者上的学校就要比后者好一些。如果A等位基因仅仅通过影响学校选择来起到作用，那不会有什么问题，并且这一机制是A等位基因通过对下游结果，比如，工资产生影响来实现的。但是现在假设A等位基因有两个作用，一是影响学校选择；二是通过提高智商来影响工资。那么，这就可能会把分析学校影响的社会科学家搞糊涂，让他得出错误的结论：得到某些结果的原因是“好”学校，而实际原因是SCHOOL基因两方面效应（分别影响学校和工资）中的一个。相反，如果我们让拥有T等位基因的孩子进入到所谓的“好”学校，他们的工资可能并不会提高，因为学校的影响只不过是基因分选的一个统计工具罢了。
1700230119
1700230120
当有多个基因同时影响一个结果时，我们需要更复杂的能力去推断其因果联系。回到上述例子，虽然具有A等位基因的孩子会选择进入更好的学校，但是我们现在假设一种新的情况，SCHOOL基因对于智商或工资都没有直接的影响。然后再考虑COGNI这个基因，它有C和G两种等位基因。假设SCHOOL基因和COGNI基因之间存在相互作用，对于拥有T等位基因的孩子来说，无论他拥有C等位基因还是G等位基因，结果都是学校糟、智力差、工资低。在这一方面，两者并无相互作用。但是对于拥有A等位基因的孩子来说，如果他拥有C等位基因，他的智商和工资都会比较高。换言之，只有当拥有C等位基因时，SCHOOL基因对于获取工资的影响才会显现出来。换个角度来讲，只有当拥有A等位基因时，COGNI基因对智商和工资的有利影响才会显现出来。如果我们不去对SCHOOL基因进行准确的测量，不去寻找这种基因之间的相互作用，那么仅仅研究COGNI基因的科学家就会错误地推断出，只有当孩子进入优质学校时，C等位基因才会对智商和工资产生影响，因此存在基因与环境之间的相互作用。事实上，正是由于基因—环境相关性，检验学校质量就是检验孩子SCHOOL基因上是A还是T！也就是说，我们以为是基因与环境间的互相作用，其实是之前没观察到的基因之间的相互作用。
1700230121
1700230122
当我们考虑代际问题时，情况会变得更加复杂。因为子女在遗传上是与其父母相关的，而父母会为子女挑选邻居、学校，甚至（间接地）玩伴、运动方式，25所以我们在分析基因与环境相互作用的过程中也会遇到这个问题。父母为子女的生长环境做出了一系列重要的选择，其效果相当于子女自己的基因在帮助他们自己选择生长环境一样，这就是消极型基因—环境相关性（passive gene-environment correlation）的概念。既然父母将SCHOOL基因和COGNI基因都遗传给了他们的孩子，即使孩子自身对于所处的生长环境没有任何选择权，那么这种明显的基因与环境相互作用似乎也可能是基因之间的相互关系，因为我们可以说，父母给后代既传递了基因，又传递了环境。
1700230123
1700230124
在艾弗谢罗姆·凯蒲赛（Avshalom Caspi）等人的研究中，26受虐待对于孩子来说虽然可视为来自外部环境的压力，但很可能实际上这是由父母的基因型所决定的，这就使我们很难将基因和环境分离，并去研究两者之间的相互作用，这也是我们对于这项研究所担心的地方。究竟是父母所创造的环境和5-HTT基因发生相互作用导致了孩子的抑郁，还是存在另一种基因（不妨称作ABUS基因）使父母产生了这样的行为？如果是后一种情况，那么我们可以假设，如果父母同时将5-HTT基因和ABUS基因传给后代，那么这两者会发生相互作用，从而使后代产生抑郁。但是如果后代仅仅获得了5-HTT基因，那么就没有迹象表明该个体会产生抑郁。如果我们不去准确测量ABUS基因（或者5-HTT基因的其他潜在伴侣基因）的活性，那么我们可能就会认为是父母创造的环境以某种偶然的方式和5-HTT基因产生了相互作用，而不是驱使父母去创造环境的、未被检测到的ABUS基因与5-HTT基因产生了相互作用。
1700230125
1700230126
由于基因不仅与环境产生相互作用，还能在一定程度上对环境进行选择，因此父母的基因型（和孩子本身的基因型）也能用来预测后代受虐待的风险指数，所以我们不能分清凯蒲赛等人的研究究竟是发现了基因之间的相互作用，还是发现了基因与环境之间的相互作用。在前一种情况下，后代中测得的基因型与未测得的基因型产生相互作用，因为这些未测得的基因型是与父母的基因型相匹配的，而父母的基因型与其对子女受虐待密切相关。在后一种情况下，我们发现基因与环境之间的相互作用只发生在子代基因型和子代所处的环境之间。
1700230127
1700230128
基因—环境相关性的存在表明，我们很难真正揭示基因与环境之间的相互作用，因为我们不能确定如何区分这两种相互作用。如果基因通过相关性来影响环境，那么有可能我们评估的是某种“行为基因”和某种“环境筛选基因”之间的相互作用，对于环境本身则并没有揭示任何有用的信息。这个问题对于研究基因与环境之间的相互作用显得尤为重要，它或许能够解释为什么那些早期著名的相关研究尽管提供了大量依据，但是却不能进行重复实验，并且直到现在仍充满争议。
1700230129
1700230130
关于从环境因素中分离遗传因素的问题，早在现代分子技术研究手段出现以前就已经有了一段很长的历史。1980年，克里斯托弗·詹克斯（Christopher Jencks）在一篇智商调查研究中非常关注基因与环境之间的相互作用，并对智力迟钝这一现象产生了浓厚的兴趣。27在这之前已经有大量研究表明，苯丙酮尿症（PKU）是由某种肝酶的编码基因发生突变所引起的，缺少这种酶会影响大脑的发育，进而使个体产生智力上的缺陷。现在，随着筛查技术的发展，我们能够及时发现哪些孩子患有苯丙酮尿症，只需要进行简单的饮食调节就能避免症状出现。这样看来，环境干预能够大大降低该基因携带者出现智力低下的概率，很多时候甚至能降为0。那么在这种情况下，智商完全是由基因决定，还是完全由环境决定呢？对于那些没患苯丙酮尿症的孩子来说，不会有专门的饮食调节这种环境影响；而对于拥有不良基因的孩子来说，环境可能会起到主导作用。总的来说，我们如何把遗传因素和环境因素完全区分开呢？28
1700230131
1700230132
现在有一项规模不大且仍在进行的研究，研究者正尝试聚焦于非遗传变异引起的环境变化情况，以此分离基因—环境相关性和两者的相互作用。29虽然看上去你的出生日期与基因型毫无关联，甚至根本不会影响到你的未来生活，但是有时并非如此。
1700230133
1700230134
经历过越战的那一代人都会记得，当时搞过一次抽签征兵，也就是给某一年（如1950年）某一日（如7月22日）出生的男子发一个入伍号码。于是，生日就会对人生造成影响，但是与基因型无关。30利用这些信息，我们可以去研究，这个号码（提高了参加越战的概率）和某种与吸烟相关的基因差异（能够预测成年后是否吸烟和吸烟数量）是否存在着相互作用。服役期间的高压力与随处可见的香烟，是否会影响遗传吸烟倾向的反应呢？31我们发现，高遗传吸烟倾向的退伍老兵更容易吸烟成瘾，因而更容易被诊断患有癌症或高血压。这样看来，军队的高压环境似乎与遗传因素引发的抽烟有着一定的相互作用。而且这个证据是“独立的”（clean），也就是说，抽签时的号码大小与基因无关，所以它不会受到基因—环境相关性的影响。
1700230135
1700230136
另一篇关注“独立的”基因环境相互关系证据的研究恰巧也用到了一个重大的日子——2001年9月11日，一个几乎令所有人都难忘的日子。与上个事例一样，我们同样想利用它去寻找重要的、与基因型无关的环境。32研究刚起步时，我们发现有另外一项大型国际研究从2001年8月就一直进行着，其研究人员收集志愿者的唾液进行DNA分析，并且询问他们当时是否有抑郁的症状。这项研究持续跟进了数千人从高中起的情况，到现在已经超过了5年。我们比较了在“9·11”事件前后的调查情况，以此评估该事件造成的抑郁程度差异是否与基因型相关。33虽然这和凯蒲赛等刊登在《科学》杂志上的那篇文章（考察高压力事件与5-HTT基因启动子长度的互动关系，预测抑郁症症状的程度）34类似，然而结果却不尽相同。凯蒲赛等发现，短小型5-HTT基因会放大高压力事件对抑郁症产生的影响，而我们却发现了相反的现象，那就是短小型5-HTT基因会减轻“9·11”事件对抑郁症产生的影响。而且更为关键的是，在“9·11”事件发生前后所采访的对象是随机选取的。
1700230137
1700230138
对于这两种不同的结论，一个可能的解释是，我们设计的研究能够将基因—环境相关性和两者的相互作用分离开来。35在这两项研究中，因果推断都需要哪些假设呢？事实上，两者都要求基因型与环境无关，因此在我们的研究中，需要保证基因型与调查时间位于“9·11”事件之前或之后无关，而凯蒲赛等人需要保证基因型与儿童是否受过虐待无关。我们的研究假设似乎更合理一些。
1700230139
1700230140
虽然将遗传效应和环境效应分离开来的研究对于真正理解它们之间的相互作用是至关重要的，但关于这方面的文章却很少。如今，这一领域的研究陷入了两难境地，因为我们很难发现既能解释重要的社会经济现象，又与遗传因素无关的环境因素。
1700230141
1700230142
对于这种“自然实验”（natural experiment）的研究方法，有人批评它们新则新矣，却无法描述真实世界，指出我们不能指望靠抽签征兵和恐怖袭击来研究基因—环境相关性领域中最紧迫的问题。另外也有一些人将其称作极其“局部”的处理效应（local treatment effect）。接下来让我们来看一个教育学的例子。美国《义务教育法》最新规定，义务教育时间应延长1年，因此很多经济学家对此进行了自然实验研究，想要从未来工资或预期寿命的角度探究它的实际影响。36在研究义务教育时间延长1年的影响时，应当排除其他会导致学生接受更多教育，而且可能会直接影响收入或死亡率（如智商、毅力等）的背景因素。然而，由于该项法律只是让本来上10年学的孩子多上1年，所以我们从中能了解到的信息极其有限。对于本来就会继续深造的学生来说，我们无法了解这项政策的影响。它也无法告诉我们这对另一个教育节点，即上大学，有多大的价值。如果我们感兴趣的是上大学对未来收入的影响，那么分析义务教育从10年延长到11年带来的变化也未必有什么意义。如果我们认为教育对所有孩子产生的影响是相同的，而且每延长1年教育时间带来的影响也是相同的，那么我们或许确实能从中了解到一些关于其他教育政策变化的知识。但是，这两个假设显然都非同小可。
1700230143
1700230144
虽然推广局部效应的结论有其潜在问题，但我们也需要考虑其他研究方法的局限性。除了关注“局部”效应以外还有一种比较准确的方法，那就是关注我们认为存在偏倚的估计值。也就是说，如果我们想研究义务教育由11年延长到12年的影响，那面前有两种选择，一是分析之前从10年延长到11年后产生的“独立的”数据；二是采用其他虽然不能产生“独立的”数据，但是可以直接检验从11年延长到12年的影响的研究方案。当然我们可以结合这两种方法进行分析，但要是它们产生的结果不一样该怎么办呢？
1700230145
[
上一页 ]
[ :1.700230096e+09 ]
[
下一页 ]