?霾污染中的北京鸟巢。赵亚杰/摄
编译 | 赵政东（上海科技大学博士生、《知识分子》编译小组成员）
责编 | 叶水送
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基因与环境，无疑是一项宏大的议题，因为要将基因、表型和环境三者之间建立起因果联系，其实十分困难。然而，生物医学的发展，可让我们对这一问题的认识更加深入。
我们对霾污染并不陌生，有害颗粒物对人的呼吸系统、心血管系统等有巨大的伤害，进而影响我们的健康。但科学家还关注另外一个问题：霾污染等环境污染在多大程度上会影响我们的基因以及表观遗传过程，即环境除了影响我们“外在”的身体，还会不会影响我们“内在”的基因或遗传物质呢，这种影响会不会传递给我们的后代呢？
答案是肯定的，但具体情况比较复杂，这种影响也不会在短期内产生。经过千万年的自然选择，地球上的生命已适应了各种不同的环境。比如，人类的祖先从非洲走向世界各地时，面对不同的食物以及海拔等因素，基因组发生了深刻的变化，从而来适应环境的变化。
环境带来的影响还发生在细胞水平，比如在免疫系统中，与外在、内在的因素的互动会重塑我们免疫细胞，从而维持我们的稳态与健康。科学家们还发现，对环境的适应不仅会发生在遗传水平（即DNA序列的变化），还可能通过表观遗传（即不依赖与DNA序列变化的遗传）的机制，传递到下一代。
现代社会快速变化的饮食习惯、生活方式以及外界环境，对我们的基因产生的影响，对我们的生理状态产生了影响，比如肥胖与II型糖尿病的发展等。近日，Science刊发了一系列聚焦基因与环境的综述文章，我们简要介绍给中文读者。
从非洲走向世界：我们祖先的基因发生了哪些变化
现代人始于20万年前的非洲。在过去的10万年里，他们走出非洲，从热带走向北极，从高海拔到低海拔，甚至走向了不毛之地。在这一过程中，他们遇到了各地的原始居民，如尼安德特人、丹尼索瓦人等，彼此相互进行了基因交流，从而使得非洲现代人的基因组中掺入了1 ~ 6 %的已灭绝古人种的基因。不仅如此，非洲原始人内部也发生了基因融合的现象，但是由于远古居民的DNA往往保存不完整，且迄今没有找到远古非洲居民的基因组，这使得对基因融合的定量研究做起来很困难。
?图2 世界自然环境特征与基因变化简图
在过去的1万年间，人类从狩猎—采集的生活方式转变为农牧业，并在世界各地定居下来，在各地环境（比如高海拔，极冷的环境，各种病原体等）的选择压力下，我们祖先的基因经历了哪些变化呢？图2演示的清晰的基因地理图，我们可看到在疟疾横行的撒哈拉以南的非洲地区，在极端寒冷、阴暗的阿拉斯加、加拿大以及格陵兰岛等地，在以海洋食物等高脂食物为主的地区，在潮湿、炎热、寄生虫和病菌流行的热带雨林地区，人类的基因组都发生了明显的变化，这些变化使我们适应寒冷、消化高脂食物、抵挡高能的辐射、以及对抗病原菌等，从而变得彼此不同。
人类生活在平均海拔高于2500米的高原，由于低氧环境，往往有致命的危险。但生活在这些地方的人们历经了数千年的环境适应，已经进化出一套适应低氧环境的机制，表达很多低氧诱导因子（hypoxia-inducible factor，HIF），从而来帮助他们克服低氧环境带来的影响。Nature曾发表一项研究称，藏人和夏尔巴人的高海拔基因源自丹尼索瓦人，研究者还测序了40名藏人和40名汉人的EPAS1基因，发现藏人和汉人的祖先在大约2750年到5500年前分离，因此，EPAS1基因片段在一些人身上无法找到。另一个例子是，生活在青藏高原、安第斯山脉的人，一个促进低氧环境适应的酶（EGLN1）在他们身上都高表达，这是进化过程中的一种趋同进化，即在类似的环境刺激下，生命体逐渐趋向于相同的方向进化，以适应外界的环境条件。