第三節 變異的原因
以身高為例子

生物變異關係到人類醫學、糧食生產、環境保育等等,因此,變異的形成原因和機制,是生物學十分重要的課題。

人體身高,是探討變異原因的好例子。你認為哪些因素會影響人的身高呢?

 

  請判斷下列哪些因素會影響人的身高。







 
 
原因一:遺傳

遺傳的其中一個重要功能,是把親代的生物性狀傳給下一代。在無性生殖,子代得到的遺傳訊息,和親代比較,接近完全相同;在有性生殖,情況完全相反:遺傳訊息會被刻意重組,因此子代的基因不會和親代一模一樣(遺傳變異),但依然是同一物種。

有性生殖通過以下\(\;3\;\)個範疇,導致遺傳變異:

  1. 染色體組合

    在有性生殖,配子細胞通過減數分裂,獲得親代一半的染色體。非同源染色體之間的配搭,有多達 \(\;2^{23} = 840\;\)萬種組合。

  2. 受精的隨機性

    哪一個精子與卵細胞結合,是隨機的。即使是來自同一個體,配子間都有極大的變異,每個受精卵都有獨特的基因型組合,形成子代個體間的差異。

  3. 基因突變

    \(\rm{DNA}\;\)的序列是遺傳訊息的核心。由於各種化學和物理原因,\(\rm{DNA}\;\)序列有時會出現變化或結構損毀。幸好,細胞有修理機制去偵測和更正這些改動。

    不過,細胞有時候會沒有進行這種更正,變更了的序列因而被永久保留。這種不能逆轉的永久序列改變,稱為\(\;\rm{DNA}\;\)突變。如果突變的\(\;\rm{DNA}\;\)區段剛好有基因,就成了基因突變。

    基因突變常常會改變其所表達的蛋白質序列,有機會影響生物分子的結構、活動和細胞功能。在絶大部份的情況下,基因突變是有害的:導致某蛋白質機能受影響,繼而影響生物的機能;這樣的突變,是導致癌細胞和遺傳病的原因。

\(\;3\;\)個範疇導致遺傳變異: 1. 染色體組合; 2. 受精的隨機性與; 3. 基因突變


癌變是調控基因突變失效的結果

原因二:環境

我們認識到遺傳因素對身高的重要影響。不過我們也發現,即使同卵雙胞胎 (孖生兒) 的基因相同,身高也可能有差別,但為什麼會出現如此情況呢?

生物的性狀是各種化學反應的結果。因此,影響化學反應的環境因素,會給性狀帶來變異。這些因素包括:

  • 營養
  • 氣候
  • 環境毒素、輻射(輻射除了造成突變,也會直接破壞蛋白質)
  • 環境衛生、疾病
  • 胎兒發育時母體的健康狀況和生活習慣
  • 壓力
  • 文化、教育、醫療、社會經濟狀況

這些因素都獨立於生物個體,因而被歸類為環境因素。其中,文化、教育、醫療和社會經濟狀況等因素,更是人類獨有。

如果環境因素只是導致了表現型的改變,而沒有改變基因型,那麼該變異不能遺傳給後代。例如:一位父親因營養過剩而肥胖,他兒子不會因此 "遺傳" 出肥胖的特徵。

環境因素較易影響連續變異,很難影響不連續變異。

各種帶來變異的環境因素

控制身高的分析

本節起首,我們以身高為例子,探討變異的原因,學習到遺傳和環境兩大因素。現在,你們能分析出哪些因素會影響人的身高嗎?

身高同時受遺傳和環境影響,特別是種族(遺傳)、衛生狀況(環境)和食物營養(環境),如食物的蛋白質和熱量。

事實上,經濟學家常常以人口的平均身高,作為國家之間衛生和營養狀況的比較指標。下圖顯示了不同地區\(\;25-30\;\)歲男性的平均身高。

基於遺傳的因素,西方人普遍比東方人為高;而同是中國人,城市人比農村人平均高\(\;3-4\; \rm{cm}\),原因之一就是城市營養好於農村(環境因素)。

人口的平均身高比較

小結
  • 生物性狀變異的來源包括:遺傳因素和環境因素
  • 遺傳變異:
    • 子代的基因不會和親代一模一樣
    • 差異主要來自有性生殖,機制是:
      1. 在生殖細胞的減數分裂中,非同源染色體自由組合進入配子
      2. 兩性的配子隨機結合
      3. 基因出現突變
  • 環境變異:
    • 如營養、體育運動、自然環境、生活習慣、衞生程度等
    • 如果環境因素只是導致了表現型的改變,而沒有改變基因型,變異不能遺傳給後代
    • 環境因素較易影響連續變異,很難影響不連續變異
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