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?
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:
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。
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。
\(\rm{DNA}\;\)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
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:
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
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