当被收养的埃里克·穆勒第一次看到生母的照片时，他被她们的脸如此相似所震惊。
“这是我第一次看到一个长得像我的人，”他写道。
这段经历让米勒开始了一个为期三年的项目，他拍摄了数百组相关的人，最终出版了《家庭》一书
相似之处
.
当然，这样的相似之处很普遍，而且表明基因对面部有很强的潜在影响。
但科学家对面部特征的基因研究得越多，情况就越复杂。
即使没有上千个基因，也有上百个基因影响着脸型，而且影响的方式往往很微妙，这使得仅通过检查每个基因的影响来预测一个人的脸看起来几乎是不可能的。
随着科学家们了解的越来越多，一些人开始得出结论，他们需要寻找其他地方来发展对面孔的理解。
加拿大卡尔加里大学(University of Calgary)的发育遗传学家和进化人类学家本尼迪克特·哈尔格里姆松(Benedikt Hallgrimsson)说:“当我们试图在基因层面上做出解释时，也许我们在追逐错误的东西。”
相反，哈尔格里姆松和其他同事认为，他们可以将基因分组成团队，随着面部的形成，这些团队一起工作。
理解这些团队是如何工作的，以及它们影响的发育过程，应该比试图理清数百个个体基因的影响要容易得多。
如果他们是对的，人脸可能没有我们想象的那么复杂。
更多的信息
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当遗传学家第一次开始了解人脸时，他们从最简单的任务开始:识别导致面部异常的基因。
例如，在20世纪90年代，他们了解到一种基因的突变会导致Crouzon综合征——其特征是眼睛间距大，经常凸起，上颚发育不全——而另一种基因的突变会导致小而凸起的眼睛。向下倾斜，下颌和腭裂，这是Treacher Collins综合征。
这是一个开始，但这些极端的案例并不能说明为什么正常人的脸会有如此大的差异。
然后，大约十年前，遗传学家开始采用一种不同的方法。
首先，他们通过识别每个人脸上的标志(下巴尖、嘴角、鼻尖、每只眼睛的外眼角等)来量化数千张正常的脸，并测量距离。在他们中间。
然后，他们使用一种被称为全基因组关联研究(GWAS)的分析方法，检查这些人的基因组，看看是否有任何基因变异与特定的面部测量相匹配。
到目前为止，已经发表了大约25个关于面部形状的GWAS，总共鉴定了300多个基因。
匹兹堡大学颅面遗传学家赛斯·温伯格说:“每个区域都可以用多个基因来解释。”
“有些基因向外推，有些基因向内推。
这是最终形成你和你的外表的总平衡。”
科学家们已经确定了300多个与特定面部特征相关的基因，尽管它们的总体影响很小。
以下是一些由基因决定的特征。
不仅每个特定的面部区域都涉及多个基因，而且迄今为止发现的变异并不能很好地解释每张脸的具体特征。
在2022年发表的一项关于面部遗传学的研究中
基因组学和人类遗传学年度回顾
，温伯格和他的同事收集了4680名欧洲血统的人脸的GWAS结果。
已知的基因变异只能解释14%的面部差异。
个人年龄占7%;
性行为,12%;
身体质量指数大约占变异的19%，剩下令人难以置信的48%无法解释。
很明显，GWAS没有捕捉到决定脸型的重要因素。
当然，其中一些未知的变化必须用环境来解释;
事实上，科学家们已经注意到，面部的某些部位，包括脸颊、下颌和嘴巴，似乎更容易受到饮食、年龄和气候等环境影响。
然而，一些人认为，这个缺失因素的另一个线索在于家庭独特的基因。
大型和小型变体
哈尔格里姆森说，如果面孔只是数百个微小基因效应的总和，就像GWAS的结果所暗示的那样，那么每个孩子的脸都将是父母双方的完美结合。他认为，如果我们向空中投掷硬币300次，150次会出现正面朝上的情况也是同样的道理。
然而，你只需要看看某些家庭就会发现事实并非如此。
“我儿子的鼻子长得像他祖母，”哈尔格里姆森说。
“这一定意味着某些基因变异在家族内部有很大的影响。”
但是，如果某些面部基因有重要的影响，并且在携带这些基因的亲属中可见，为什么在GWAS中没有观察到它们呢?
也许这些变异在一般人群中是非常罕见的。
“脸型实际上是常见和罕见变异的结合，”比利时鲁汶大学研究医学成像的遗传学家彼得·克拉斯说。
作为一个可能的例子，他指出了法国演员格姆扎尔德·德帕迪约的典型鼻子。
“你不知道基因，但你认为这是一种罕见的变异，”他解释说。
卡迪夫大学(Cardiff University)正畸学领域的研究人员斯蒂芬·里士满(Stephen Richmond)说，其他一些可遗传的独特面部特征，如酒窝、下巴裂和一字眉，也可能被鉴定为罕见的、影响很大的变异。(英国威尔士)研究面部遗传学。
然而，为了寻找这种罕见的变异，科学家们将不得不超越GWAS，探索全基因组序列的大型数据集。
克拉斯说，这项任务必须等到这种与面部测量相关联的序列变得更加丰富之后才能完成。
另一种可能性是，在某些家庭中，影响较小的基因变异可能会产生更大的影响。
Hallgrimsson在老鼠身上观察到了这一点:与一组同事一起，特别是现在在美国石溪大学的Christopher Percival，他们在三个近交系的老鼠身上引入了影响颅面形状的突变。
他们发现，这三种血统最终具有非常不同的面部形状。
“同样的突变在不同品系的老鼠身上可能会产生不同的，有时甚至是相反的效果，”Hallgrimsson强调说。
非常熟悉的面孔
如果类似的事情发生在人类身上，那么很可能是在一个特定的家庭(比如一个特定的老鼠品系)中，这个家庭独特的遗传背景使某些脸型变异更有效。
但Hallgrimsson说，在没有近亲繁殖菌株的帮助下，证明这种情况发生在人类身上可能很困难。
这位专家认为，最好是研究面部形成背后的发育过程。
这些过程涉及到基因群的共同作用(通常是为了调节其他基因的活性)，以控制胚胎发育过程中某些器官和组织的形成。
为了确定与脸型相关的过程，Hallgrimsson和他的团队首先使用复杂的统计学方法在1100多只老鼠身上找到了影响颅面变异的基因。
然后，他们转向基因数据库，以确定每个基因参与的发育过程。
分析指出了三个特别重要的过程:软骨发育、大脑生长和骨骼形成。
Hallgrimsson推测，这三个过程(可能还有其他过程)的速度和发生的个体差异可能在很大程度上解释了为什么一个人的脸与另一个人的脸不同。
有趣的是，这些基因簇中的一些可能有指导其他团队成员活动的队长。
因此，试图了解面部变异的研究人员可以把重点放在那些主要基因的作用上，而不是数百个单独的基因参与者。
斯坦福大学的遗传学家Sahin Naqvi和他的同事进行了一项有趣的新研究，支持了这一观点。
纳克维从一个悖论开始。
他知道，大多数发育过程都是经过精心调整的，即使是调控这些过程的基因活动的细微变化，也会导致严重的发育问题。
但他也知道，这些相同基因的微小差异可能是他自己的脸看起来与邻居不同的原因。
这两个观点怎么可能都是对的呢?纳很好奇。
英国前首相鲍里斯·约翰逊(右二)和他的父亲、妹妹、哥哥的家族相似性是很普遍的。
一些研究人员认为，这些相似性可能是罕见的基因变异的结果，这种变异在一个家庭中有很大的影响。大卫·贝内特(盖蒂图片社)
为了调和这两个相互矛盾的概念，Naqvi和他的同事决定把重点放在一个调控基因上，
SOX9
它控制着许多其他基因的活动，这些基因与软骨和其他组织的发育有关。
如果一个人只有一个功能拷贝
SOX9
结果是一种被称为皮埃尔·罗宾综合征的颅面疾病，其特征是下颌发育不全以及其他许多问题。
Naqvi的团队开始逐步减少活动
SOX9
并测量这对它所调节的基因有什么影响。
为了做到这一点，他们对人类胚胎细胞进行基因工程改造，使其能够减少
SOX9
。
然后，研究人员测量了六种不同水平的
SOX9
取决于其他基因的活性。
基因会受到控制吗
SOX9
在基因发生微小变化的情况下保持它们的活性，从而维持稳定的发育，或者它们的活性是否会随着基因的变化而成比例地减少
SOX9
?
研究小组发现，这些基因可分为两类。
他们中的大多数人没有改变他们的活动，除非
SOX9
水平降至正常水平的20%或更低。
也就是说，他们似乎受到了保护，即使是相对较大的变化
SOX9
.
这种缓冲，可能是其他调控基因补偿的结果
SOX9、
将有助于保持发展的协调。
但有一小部分基因对即使是很小的变化也很敏感
SOX9
，以协调的方式增加或减少自己的活动。
科学家们发现，这些基因往往会影响皮埃尔·罗宾综合征患者的下颌大小和其他面部特征。
事实上，这些未被缓冲的基因似乎决定了一张正常的脸在多大程度上(多或少)与皮埃尔·罗宾综合症的特征相似。
在该范围的一端是下颌发育不全和该综合征的其他结构变化。
另一端呢?
“你可以把反皮埃尔·罗宾想象成一个过度发育的、细长的下巴，下巴突出;
实际上，有点像我的，”纳克维说。
皮埃尔·罗宾综合征(PRS)是一种颅面疾病，部分特征是下颌小，由调节基因SOX9突变引起。可知
从本质上讲,
SOX9
导致了一组定义方向或轴线的基因，在这个方向或轴线上，面孔可以变化:从最多到最少与皮埃尔-罗宾综合征相似。
Naqvi现在想看看是否其他由不同调控基因领导的基因组定义了额外的变异轴。
例如，他怀疑对一种叫做
PAX3
可能会定义一个与鼻子和前额形状相关的轴，而那些敏感的则称为
TWIST1
这种基因一旦发生突变，就会导致颅骨过早融合，从而形成一条与颅骨和前额长度相关的轴。
面上的变异线
其他证据表明，Naqvi认为脸沿着预定的轴线变化的想法可能是正确的。
例如，遗传学家汉娜·霍斯肯斯(Hanne Hoskens)是克拉斯的前学生，目前正在哈尔格里姆松的实验室做博士后，她根据人们的面部特征与软骨发育不全(侏儒症最常见的形式)的传统特征的相似程度进行了分类，比如前额突出。还有扁平的鼻子，还有其他特征。
专家发现，与那些与传统面孔不太相似的人相比，那些特征更接近侏儒症的人往往有不同的与软骨发育相关的基因变异。
如果类似的模式出现在其他发育途径中，它们可能会设置障碍，限制面部的发育。
这可以帮助遗传学家从复杂的情况中提取出面部形状背后更广泛的原理。
“面部变化的方向是有限的，”哈尔格里姆松说。
“有足够多的方向，有大量的变化，但我们只看到了几何可能性的一小部分。
这是因为这些轴是由发展过程决定的，而这些过程相对较少。”
在有更多的结果之前，现在说这种新方法是否真的为解释为什么一个人的脸看起来不同于另一个人的脸提供了重要线索还为时过早;
为了理解
冲击
埃里克·穆勒第一次看到母亲的照片时所感受到的认同感。
但是，如果Hallgrimsson、Naqvi和他们的同事们走在正确的道路上，那么关注发育途径可能是一种方法，可以穿过数百个基因的丛林，这些基因长期以来一直模糊了我们对面孔的理解。
文章由
丹妮拉菲德
.
本文原载于
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