一顆滾石
許多年前，著名的發(fā)育生物學家康納德沃丁頓曾經(jīng)發(fā)明了一個視覺隱喻，用以描述這類發(fā)育中的隨機過程（即那些服從隨機概率分布的過程）與它們導致高度可變的結果的方式（見圖4.6）。在這個圖景中，一個小球在類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，坡腳代表發(fā)育的可能結果。山坡上分布著各種凹陷和谷地，小球可能會沿著不同路徑到達不同的終點。


圖4.6發(fā)育中的隨機性［從“表觀遺傳勢能斜坡”上滾落的小球所代表的是正在發(fā)育的生物。這個斜坡的形狀由生物個體的遺傳組成所決定。在特定階段，內部條件的微小變化（噪聲）可以把小球從一條發(fā)育軌道拐入另一條，有時這會導致最終表型的巨大差異，即使在遺傳上完全相同的個體之間（A相對于B）］
當小球滾落時，每當遇到峽谷的起始點，微小的隨機變異就能影響它是向左還是向右滾動。如果讓小球滾落100次來觀察結果，可能70次會進入某個左邊的假想峽谷，30次進入右邊。但是這些概率在不同人中會存在差異，因為每個人“地形”的精確形狀體現(xiàn)的是各自擁有的基因組。
假設向左或向右滾動這兩種可能結果代表的是某個人是左撇子還是右撇子。對于某個人而言，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，可能只有一兩次會落到另一條代表左撇子的峽谷。而對于另外一個實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，我們也可以用類似的方式來考慮臨床上的結果，例如某個人是否會得癲癇、孤獨癥或精神分裂癥。這些疾病的遺傳也是概率性的。個體所遺傳的是一種遺傳風險或者說患病體質，但是否發(fā)病受到非遺傳因素的影響，發(fā)育變異很可能對此起關鍵作用。例如，如果同卵雙胞胎中的一個患有精神分裂癥，另一個也患病的可能性大概是50%。盡管兩者所遺傳的患病風險應該是一樣的，臨床結果則可能一個比另一個糟糕得多。但是，如果對這對雙胞胎各自的后代進行觀察，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，無論發(fā)病與否，風險都會被后代繼承。
對于大腦的體積或者結構連接這類定量變異（而非具備多種截然不同的發(fā)育結果）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)結果。
基于亞里士多德學派的術語，沃丁頓將這個隱喻命名為“表觀遺傳勢能斜坡”，它指的是某一個體的涌現(xiàn)或發(fā)育過程。（請勿將其與現(xiàn)代生物學中的“表觀遺傳學”相混淆，后者指的是一種調控基因表達的特定機制。）表觀遺傳勢能斜坡很好地抓住了這個過程的兩個特點：首先，個體間存在遺傳變異；其次，隨機變異有機會影響每一次發(fā)育過程。除此之外，更重要的是它還說明了一個關于發(fā)育工作機制的重要概念——它是一個自組織過程。
原則上講，發(fā)育能夠走的路徑有無限多條——任何細胞的基因表達狀態(tài)有無限多個，在生物體中組織這些細胞的方式也有無限多種。但是，對于任何生物而言，實際上開放的發(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狀態(tài)或者說表達譜是穩(wěn)定的。細胞能分化成皮膚或肌肉細胞，但不會變成介于兩者之間的某種狀態(tài)。細胞能形成心臟或肝臟等器官，卻不會變成奇奇怪怪無可名狀的一團。（在癌癥中，這些相互調控和反饋的系統(tǒng)以某種方式被擾亂或短路，從而解除了對細胞命運和組織命運的正常限制。）
數(shù)百萬年間，這些發(fā)育機制都朝向一個目標進化——產(chǎn)生能夠生存下來的生物（并且孕育能夠繼續(xù)生存下去的子代）。內含于基因組之內的自組織規(guī)則與指導程序確保生物發(fā)育的表型會沿著一系列可預測的階段達成預期結果。沃丁頓把這個過程叫作“渠化”，并構思出表觀遺傳勢能斜坡上的凹陷和峽谷來說明它。