從水稻耐冷性研究，看拉馬克主義與表觀遺傳學的異同

拉馬克。By Charles Thévenin - [1] [2], Public Domain

當我們談到「生物如何適應環境」時，經常會聽到兩種看似對立的觀點：一種是拉馬克主義（Lamarckism），另一種是現代遺傳學（Modern Genetics）。

近年來，隨著表觀遺傳學（Epigenetics）的研究興起，這場討論變得更複雜——特別是2025年一項關於水稻耐冷性的研究，看似為「獲得性狀可遺傳」提供了新證據。然而，這真的能證明拉馬克是對的嗎？讓我們一起來釐清這些概念。

19世紀初（1802），法國生物學家拉馬克（Jean-Baptiste Lamarck）在他的《活體組織研究》（Recherches sur l'Organisation des Corps Vivants）中，提出了一個大膽的假說：「用進廢退」與「獲得性狀可遺傳」。

他認為，長期使用某個器官會讓它更發達，而這種性狀可以遺傳給後代。舉例來說，長頸鹿因為經常伸長脖子吃高處的葉子，後代就能有更長的脖子。

在那個時代，遺傳學、基因、DNA、RNA這些概念尚未被發現。拉馬克的理論雖然缺乏分子機制支持，但他的問題意識「環境能否影響後代？」其實是非常有前瞻性的。儘管後來的遺傳學研究推翻了他的學說，拉馬克的思考方向仍然值得尊敬。

2025年的水稻耐冷性研究證明了「拉馬克式遺傳」可能發生嗎？

在2025年，發表於 Cell 期刊的研究（Song et al.），以冷敏感的水稻品種KD8為材料，進行了連續三代的冷害處理，並挑選出具有耐冷性狀的水稻。研究團隊深入分析發現：原來是ACT1基因，造成水稻可以耐冷，而且，這個耐冷性可以遺傳到下一代（第四代）！

他們發現，在冷害處理下，ACT1啟動子區域的DNA甲基化逐漸降低（去甲基化）。這種低甲基化狀態讓ACT1能夠持續表現，幫助水稻抵抗低溫。

乍看之下，這似乎就是「獲得性狀可遺傳」的現代版本！但是，事情真的有這麼簡單嗎？

我們來更仔細地看一下這篇論文。在論文中，研究團隊清楚的指出：

 第一次冷害後，幾乎沒有明顯的耐冷性狀出現。

 第二次冷害後，才出現少數結實率較高的穗。

他們將這些結實率較高的種子收起來、播種，在第三次冷害處理後，才篩選出能夠穩定表現耐冷性的品系（KD8-3C）。

但是，這樣得到的品系，雖然在下一次種植時的確能清楚顯示耐冷性，但是並沒有更進一步的測試證明，它的耐冷性可以不斷地遺傳下去。

也就是說，要發生這樣的情形，需要極端且連續的環境壓力——連續三代發生寒害這種情況，在自然界極為罕見，人類歷史上大概只有發生在14~19世紀的小冰河期才可能出現類似情境。

簡單來說，這項水稻研究展現了「環境壓力 → 表觀變化 → 性狀改變 → 短期遺傳」的鏈結，但這是一個在實驗室極端條件下發現的特例，並非普遍適用的自然規律。

也就是說，要用這個實驗結果來證明拉馬克主義，恐怕不太容易。畢竟拉馬克認為，改變只要一代就能發生，而不是三代。

不過，在完全不知基因為何物的時代，拉馬克能夠提出「環境可能改變後代」的想法，展現了驚人的想像力與問題意識。

但也由於他沒有分子機制支持、也沒有數據驗證，整體的假設過於簡化，造成後來很快就被反證了。

至於這個水稻研究呢？

這個水稻的研究告訴我們，環境確實可能透過表觀遺傳影響後代，但需要非常特殊且罕見的條件（如連續三代寒害），這種狀況在人類歷史上應該是不常出現。另外是，這種效應是否能長期穩定存在，仍需要更多研究驗證。

或許，我們也可以來想想：

如果我們是當年的拉馬克，在不知道什麼是DNA也不知道基因為何物的時代，我們會如何提出假設來解釋物種的適應？

這個水稻研究能否應用到農業育種？有什麼挑戰與限制？

這類「獲得性狀可遺傳」的研究，是否會改變我們對演化的理解？還有哪些未解的問題？

最後，作為科學傳播者，我們應如何平衡「激發想像力」與「避免過度簡化」的責任？

參考文獻：

Song, X., Tang, S., Liu, H., Meng, Y., Luo, H., Wang, B., Hou, X.-L., Yan, B., Yang, C., Guo, Z., Wang, L., Jiang, S., Deng, X., & Cao, X. (2025). Inheritance of acquired adaptive cold tolerance in rice through DNA methylation. Cell, 188(8), 1–12. https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.036

晚年的拉馬克。Public Domain

後記：為了寫這篇文章，我還特別去看了一下拉馬克的維基百科，結果發現他晚年失明，去世時一貧如洗，被埋葬在一個普通公墓裡，而且在下葬後五年，屍骸與其他人的屍骸一起被挖出來，然後就遺失了。而且，他的書籍與物品也被拍賣。唉...