一顆滾石
許多年前，著名的發(fā)育生物學(xué)家康納德沃丁頓曾經(jīng)發(fā)明了一個(gè)視覺(jué)隱喻，用以描述這類(lèi)發(fā)育中的隨機(jī)過(guò)程（即那些服從隨機(jī)概率分布的過(guò)程）與它們導(dǎo)致高度可變的結(jié)果的方式（見(jiàn)圖4.6）。在這個(gè)圖景中，一個(gè)小球在類(lèi)似于山坡的起伏不平的地形上滾落。小球代表著在發(fā)育歷程中的生物，坡頂代表最初受精時(shí)，坡腳代表發(fā)育的可能結(jié)果。山坡上分布著各種凹陷和谷地，小球可能會(huì)沿著不同路徑到達(dá)不同的終點(diǎn)。


圖4.6發(fā)育中的隨機(jī)性［從“表觀遺傳勢(shì)能斜坡”上滾落的小球所代表的是正在發(fā)育的生物。這個(gè)斜坡的形狀由生物個(gè)體的遺傳組成所決定。在特定階段，內(nèi)部條件的微小變化（噪聲）可以把小球從一條發(fā)育軌道拐入另一條，有時(shí)這會(huì)導(dǎo)致最終表型的巨大差異，即使在遺傳上完全相同的個(gè)體之間（A相對(duì)于B）］
當(dāng)小球滾落時(shí)，每當(dāng)遇到峽谷的起始點(diǎn)，微小的隨機(jī)變異就能影響它是向左還是向右滾動(dòng)。如果讓小球滾落100次來(lái)觀察結(jié)果，可能70次會(huì)進(jìn)入某個(gè)左邊的假想峽谷，30次進(jìn)入右邊。但是這些概率在不同人中會(huì)存在差異，因?yàn)槊總�(gè)人“地形”的精確形狀體現(xiàn)的是各自擁有的基因組。
假設(shè)向左或向右滾動(dòng)這兩種可能結(jié)果代表的是某個(gè)人是左撇子還是右撇子。對(duì)于某個(gè)人而言，通向右撇子的峽谷也許特別深，并且擁有寬闊的入口，因此小球從頂部滾入這個(gè)峽谷的可能性就非常高。如果讓小球滾落100次，可能只有一兩次會(huì)落到另一條代表左撇子的峽谷。而對(duì)于另外一個(gè)實(shí)際上就是左撇子的人，他的地形很可能非常不一樣，代表左撇子的峽谷可能更容易進(jìn)入，每100次中小球可能落入10~20次。
除了考慮左右撇子，我們也可以用類(lèi)似的方式來(lái)考慮臨床上的結(jié)果，例如某個(gè)人是否會(huì)得癲癇、孤獨(dú)癥或精神分裂癥。這些疾病的遺傳也是概率性的。個(gè)體所遺傳的是一種遺傳風(fēng)險(xiǎn)或者說(shuō)患病體質(zhì)，但是否發(fā)病受到非遺傳因素的影響，發(fā)育變異很可能對(duì)此起關(guān)鍵作用。例如，如果同卵雙胞胎中的一個(gè)患有精神分裂癥，另一個(gè)也患病的可能性大概是50%。盡管兩者所遺傳的患病風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)該是一樣的，臨床結(jié)果則可能一個(gè)比另一個(gè)糟糕得多。但是，如果對(duì)這對(duì)雙胞胎各自的后代進(jìn)行觀察，發(fā)病者的后代與未發(fā)病者的后代患精神分裂癥的比例是一樣的。也就是說(shuō)，無(wú)論發(fā)病與否，風(fēng)險(xiǎn)都會(huì)被后代繼承。
對(duì)于大腦的體積或者結(jié)構(gòu)連接這類(lèi)定量變異（而非具備多種截然不同的發(fā)育結(jié)果）的性狀，也可以使用同樣的隱喻。你可以把它們想象為小球滑落的山腳是一片較為平緩的平原，它代表著在一定范圍中的連續(xù)結(jié)果。
基于亞里士多德學(xué)派的術(shù)語(yǔ)，沃丁頓將這個(gè)隱喻命名為“表觀遺傳勢(shì)能斜坡”，它指的是某一個(gè)體的涌現(xiàn)或發(fā)育過(guò)程。（請(qǐng)勿將其與現(xiàn)代生物學(xué)中的“表觀遺傳學(xué)”相混淆，后者指的是一種調(diào)控基因表達(dá)的特定機(jī)制。）表觀遺傳勢(shì)能斜坡很好地抓住了這個(gè)過(guò)程的兩個(gè)特點(diǎn)：首先，個(gè)體間存在遺傳變異；其次，隨機(jī)變異有機(jī)會(huì)影響每一次發(fā)育過(guò)程。除此之外，更重要的是它還說(shuō)明了一個(gè)關(guān)于發(fā)育工作機(jī)制的重要概念——它是一個(gè)自組織過(guò)程。
原則上講，發(fā)育能夠走的路徑有無(wú)限多條——任何細(xì)胞的基因表達(dá)狀態(tài)有無(wú)限多個(gè)，在生物體中組織這些細(xì)胞的方式也有無(wú)限多種。但是，對(duì)于任何生物而言，實(shí)際上開(kāi)放的發(fā)育路徑高度受限于各種反饋互作和基因組中編碼的控制系統(tǒng)。由于這些相互作用，僅有有限的總體基因表達(dá)狀態(tài)或者說(shuō)表達(dá)譜是穩(wěn)定的。細(xì)胞能分化成皮膚或肌肉細(xì)胞，但不會(huì)變成介于兩者之間的某種狀態(tài)。細(xì)胞能形成心臟或肝臟等器官，卻不會(huì)變成奇奇怪怪無(wú)可名狀的一團(tuán)。（在癌癥中，這些相互調(diào)控和反饋的系統(tǒng)以某種方式被擾亂或短路，從而解除了對(duì)細(xì)胞命運(yùn)和組織命運(yùn)的正常限制。）
數(shù)百萬(wàn)年間，這些發(fā)育機(jī)制都朝向一個(gè)目標(biāo)進(jìn)化——產(chǎn)生能夠生存下來(lái)的生物（并且孕育能夠繼續(xù)生存下去的子代）。內(nèi)含于基因組之內(nèi)的自組織規(guī)則與指導(dǎo)程序確保生物發(fā)育的表型會(huì)沿著一系列可預(yù)測(cè)的階段達(dá)成預(yù)期結(jié)果。沃丁頓把這個(gè)過(guò)程叫作“渠化”，并構(gòu)思出表觀遺傳勢(shì)能斜坡上的凹陷和峽谷來(lái)說(shuō)明它。