你比你的爷爷,或许多了一条动脉
环球科学 · 2020/10/26
许多证据表明,在医学技术如此发达的今天,我们仍然在高速演化,从而适应瞬息万变的环境。

本文转载自“环球科学”。

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图片来源:Stadnick, M.D.

许多证据表明,在医学技术如此发达的今天,我们仍然在高速演化,从而适应瞬息万变的环境。

撰文 | 罗丁豪

查尔斯·达尔文1859年的著作《物种起源》揭示了复杂的自然界中生物繁衍生息的根本章法。达尔文在书中设想,只要在一个物种中存在可遗传的性状(heritable traits),这些性状又与个体的生存和繁衍有关,自然选择(natural selection)就能推动物种演化:带有有利的遗传性状的个体得以存活和繁衍,进而推动整个种群向着更适应环境的方向演化。

100多年过去了,经过更新迭代的演化理论已广为人知。如今,通过考古遗传学证据,我们知道包括尼安德特人在内的所有人类,20多万年前都在东非生存。不同的人类物种(如尼安德特人和智人)之间的遗传学差异,比其他动物不同物种(如豺狼和灰狼)之间的差异要小得多,这些遗传学证据致使许多学者认为,对于人类来说,演化已经放缓,甚至业已停止。这背后的原因也很简单:随着人类医学的进步,弱肉强食、物竞天择的日子或许早已过去,人类已经不用为了繁衍和生存而改变自己的基因⋯⋯

但事实真的是这样吗?近日,澳大利亚弗林德斯大学(Flinders University)和阿德莱德大学(Adelaide University)的研究人员在《解剖学杂志》上发表论文,表示一种名为“遗存正中动脉”(persistent median artery)的现象,发生率正稳步上升。其结果是,最近100多年来,很多人多长出了一条血管。

你比你的爷爷,可能多了一条动脉

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正中动脉在前臂中的位置(箭头处)。来源:Maciej Henneberg

正中动脉位于前臂,在胚胎发育早期出现,为发育中的手部供血。因此,在手部发育完善(大约妊娠八周)后,正中动脉会在一系列基因的调控下逐渐消退,为其他组织的发育腾出位置。自19世纪80年代以来,遗传学家就已经注意到,大约10%的人在成年后,仍然拥有这条遗存的正中动脉,这很可能是由于这些调控基因的表达被抑制了。加上把脉时用到的桡动脉(radial artery)和更粗的尺动脉(ulnar artery),这些人的前臂共有三条动脉。

这项发表于《解剖学杂志》的新研究,检查了78名近期去世的人(最小51岁,最老106岁)的前臂,并在其中发现了26例遗存正中动脉现象,占总数的33.3%。也就是说,20世纪末出生的人拥有这条“新”血管的概率,是19世纪中旬出生的人的3倍。

为了进一步巩固这个结论,研究人员分析了此前发表的47篇报告。这些报告囊括了从1846年到1997年出生的逝者中,前臂遗存正中动脉的发生率。他们发现,即使在考虑了多种可能造成偏差的因素(例如同一个解剖学家发表的多份报告)后,这些报告中呈现的遗存正中动脉率仍呈逐步上升的态势。

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根据过往报告得出的遗存正中动脉率,随年份呈上升势。来源:Lucas et al., 2020

相较于一个世纪前,如今的人们有三倍的概率会拥有这条遗存的正中动脉。这篇论文的第一作者泰根·卢卡斯(Teghan Lucas)指出,遗存正中动脉的发生率表现出如此稳定的跨代增长,预示着这条“额外”动脉或许能让人类更适应当前的环境;遗存的正中动脉或能增强人类的前臂力量,使手部更不容易疲劳,还能在桡动脉与尺动脉出现紧急情况时,提供额外的供血。如果这条动脉能提高我们对环境的适应性,那么这个增加的趋势就将持续下去,到22世纪初,几乎人人都会拥有这一条“新”动脉。

这样的“微演化”(microevolution)足以让我们怀疑,直到现在,人类还是在以很快的速度演化。“我们在过去这一个世纪的演化速度,比之前250年任何时候的速度都快。”卢卡斯表示。

人类的演化进行时

正如卢卡斯所说的,近来许多证据都表明,人类演化的速率或许不但没有放缓,反而可能加快了。在这其中,最显著的例子之一当数疟疾(malaria)和镰刀形红细胞贫血症(sickle-cell disease)在非洲地区人口中的演化。

镰刀形红细胞贫血症是一种遗传疾病,患者的红细胞会在一些情况下变成坚硬的镰刀形,并因此无法有效运输氧气。据《柳叶刀》的一篇报告估计,截至2013年,全球已有将近18万人死于镰刀形红细胞贫血。这种疾病的遗传机制相对简单,只有携带两个隐性等位基因(rr)的人,才会罹患镰刀形红细胞贫血症。由于该疾病的致死性,隐性等位基因 r 应在演化中逐渐淘汰,然而事实(尤其在疟疾传播较为猖狂的非洲地区)并非如此。这很大部分要归因于携带该基因杂合子(Rr)的人,对造成疟疾的疟原虫(Plasmodium)有很高的免疫程度。

疟原虫需要在蚊子体内发育,因此,疟原虫在非洲地区的肆虐与当地蚊子极高的活动密度有关,而蚊子的猖盛则源于非洲的农业:农业发展需要大量土地,这导致了伐木业的增长。伐木越多,蚊子得以栖息繁殖的区域也就越多,疟原虫也就越有传播的机会。在疟疾传播率高的区域,隐性等位基因 r 的存留率更高,镰刀形红细胞贫血的发病率也更高:相比于西非约4.0%的发病率,几个世纪前经历了工业革命、伐木率大幅下降的欧美国家,则只有0.5%左右的发病率。由此可预见的是,随着人类逐渐攻克疟疾,隐性等位基因 r 的出现频率会越来越低,镰刀形红细胞贫血的发病率也会趋向于0。这个基因的演化故事,说明疾病,尤其是致死性的疾病,仍在快速推动人类演化。

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左:镰刀形红细胞贫血症的遗传机制简图,不发病携带者(Rr)较不容易感染疟疾。来源:Wikimedia Commons右:电子显微镜下的镰刀形红细胞和正常红细胞。来源:Wikimedia Commons

与疾病相似的人类演化推动力,还有人类自己的生活习惯。一篇2004年发表于《美国人类遗传学杂志》上的论文指出,青少年代谢乳糖的能力,通常在成年后就会消失;然而,在主要依赖于畜牧业、较常饮用牛奶的人类群体(大多源自北欧)内,这种代谢乳糖的能力有更大概率持续到成年以后。在研究中,哈佛医学院的马修·罗兹(Matthew Rhodes)等人发现,乳糖代谢能力的持续,依赖于两个等位基因;而这两个等位基因在源自北欧的人类群体中有着极高的出现频率(约77%)。论文指出,在5000到10000年前,饮用牛奶的习惯让这两个等位基因在北欧群体中“占据上风”,导致在源自北欧的群体中,乳糖不耐受的人口比例显著低于其他群体。

另一篇发表于《分子生物学与演化》的论文表示,甚至是近期才“风靡全球”的素食主义,也很有可能推动人类快速演化。大多数人能从含肉膳食中直接获取长链多不饱和脂肪酸(LCPUFA)这类对大脑功能极其重要的分子;然而,素食者因为缺少直接的LCPUFA来源,必须利用FADS2(脂肪酸去饱和酶-2),将植物中的ω-3和ω-6脂肪酸转化为LCPUFA。这项研究对比了印度浦那市(Pune)234名居民和美国的311名居民的基因组。与美国的居民不同,浦那市的234名居民几乎全部是素食者。研究人员发现,68%的浦那市居民在基因组中都含有一个能提高FADS2转化效率、使机体更高效地生产LCPUFA的变异;而在美国居民中,这个数字为18%。进一步的分析指出,这种差异大概率是由于浦那市居民的素食习惯推动了针对FADS2基因上这个突变的自然选择。

事实表明,即使在医学和科学技术如此发达的今天,人类仍然需要用遗传学可塑性,与环境中的变化抗衡。然而,一些演化学家表示,未来人类是否会继续演化,仍然是一个没有答案的问题。在2008年的一篇观点文章中,剑桥大学利弗休姆人类演化研究中心(Leverhulme Centre for Human Evolutionary Studies)的杰伊·斯托克(Jay Stock)指出,或许在技术足够发达的未来,人类可以凭借行为和文化“缓冲”环境变化,进而放缓,甚至停止人类演化的脚步。但至今为止,大量证据说明,基因层面上的可塑性,或许仍在推动着人类适应瞬息万变的环境。

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