你比你的爺爺,或許多了一條動脈-虎嗅網

2021-01-09 虎嗅APP


查爾斯·達爾文1871年的著作《物種起源》,揭示了複雜的自然界中生物繁衍生息的根本章法。達爾文在書中設想,只要在一個物種中存在可遺傳的性狀,這些性狀又與個體的生存和繁衍有關,自然選擇就能推動物種演化:帶有有利的遺傳性狀的個體得以存活和繁衍,進而推動整個種群向著更適應環境的方向演化。


100多年過去了,經過更新迭代的演化理論已廣為人知。如今,通過考古遺傳學證據,我們知道包括尼安德特人在內的所有人類,20多萬年前都在東非生存。不同的人類物種之間的遺傳學差異,比其他動物不同物種之間的差異要小得多,這些遺傳學證據致使許多學者認為,對於人類來說,演化已經放緩,甚至業已停止。


這背後的原因也很簡單:隨著人類醫學的進步,弱肉強食、物競天擇的日子或許早已過去,人類已經不用為了繁衍和生存而改變自己的基因⋯⋯


但事實真的是這樣嗎?近日,澳大利亞弗林德斯大學和阿德萊德大學的研究人員在《解剖學雜誌》上發表論文,表示一種名為「遺存正中動脈」的現象,發生率正穩步上升。其結果是,最近100多年來,很多人多長出了一條血管。


你比你的爺爺,可能多了一條動脈


正中動脈在前臂中的位置(箭頭處)。來源:Maciej Henneberg


正中動脈位於前臂,在胚胎發育早期出現,為發育中的手部供血。因此,在手部發育完善後,正中動脈會在一系列基因的調控下逐漸消退,為其他組織的發育騰出位置。


自19世紀80年代以來,遺傳學家就已經注意到,大約10%的人在成年後,仍然擁有這條遺存的正中動脈,這很可能是由於這些調控基因的表達被抑制了。加上把脈時用到的橈動脈和更粗的尺動脈,這些人的前臂共有三條動脈。


這項發表於《解剖學雜誌》的新研究,檢查了78名近期去世的人的前臂,並在其中發現了26例遺存正中動脈現象,佔總數的33.3%。也就是說,20世紀末出生的人擁有這條「新」血管的概率,是19世紀中旬出生的人的3倍。


為了進一步鞏固這個結論,研究人員分析了此前發表的47篇報告。這些報告囊括了從1846年到1997年出生的逝者中,前臂遺存正中動脈的發生率。他們發現,即使在考慮了多種可能造成偏差的因素後,這些報告中呈現的遺存正中動脈率仍呈逐步上升的態勢。


根據過往報告得出的遺存正中動脈率,隨年份呈上升勢。來源:Lucas et al., 2020


相較於一個世紀前,如今的人們有三倍的概率會擁有這條遺存的正中動脈。這篇論文的第一作者泰根·盧卡斯指出,遺存正中動脈的發生率表現出如此穩定的跨代增長,預示著這條「額外」動脈或許能讓人類更適應當前的環境;遺存的正中動脈或能增強人類的前臂力量,使手部更不容易疲勞,還能在橈動脈與尺動脈出現緊急情況時,提供額外的供血。


如果這條動脈能提高我們對環境的適應性,那麼這個增加的趨勢就將持續下去,到22世紀初,幾乎人人都會擁有這一條「新」動脈。


這樣的「微演化」足以讓我們懷疑,直到現在,人類還是在以很快的速度演化。「我們在過去這一個世紀的演化速度,比之前250年任何時候的速度都快。」盧卡斯表示。


人類的演化進行時


正如盧卡斯所說的,近來許多證據都表明,人類演化的速率或許不但沒有放緩,反而可能加快了。在這其中,最顯著的例子之一當數瘧疾和鐮刀形紅細胞貧血症在非洲地區人口中的演化。


鐮刀形紅細胞貧血症是一種遺傳疾病,患者的紅細胞會在一些情況下變成堅硬的鐮刀形,並因此無法有效運輸氧氣。據《柳葉刀》的一篇報告估計,截至2013年,全球已有將近18萬人死於鐮刀形紅細胞貧血。這種疾病的遺傳機制相對簡單,只有攜帶兩個隱性等位基因的人,才會罹患鐮刀形紅細胞貧血症。


由於該疾病的致死性,隱性等位基因 r 應在演化中逐漸淘汰,然而事實並非如此。這很大部分要歸因於攜帶該基因雜合子的人,對造成瘧疾的瘧原蟲有很高的免疫程度。


瘧原蟲需要在蚊子體內發育,因此,瘧原蟲在非洲地區的肆虐與當地蚊子極高的活動密度有關,而蚊子的猖盛則源於非洲的農業:農業發展需要大量土地,這導致了伐木業的增長。伐木越多,蚊子得以棲息繁殖的區域也就越多,瘧原蟲也就越有傳播的機會。


在瘧疾傳播率高的區域,隱性等位基因 r 的存留率更高,鐮刀形紅細胞貧血的發病率也更高:相比於西非約4.0%的發病率,幾個世紀前經歷了工業革命、伐木率大幅下降的歐美國家,則只有0.5%左右的發病率。


由此可預見的是,隨著人類逐漸攻克瘧疾,隱性等位基因 r 的出現頻率會越來越低,鐮刀形紅細胞貧血的發病率也會趨向於0。這個基因的演化故事,說明疾病,尤其是致死性的疾病,仍在快速推動人類演化。


左:鐮刀形紅細胞貧血症的遺傳機制簡圖,不發病攜帶者(Rr)較不容易感染瘧疾。來源:Wikimedia Commons

右:電子顯微鏡下的鐮刀形紅細胞和正常紅細胞。來源:Wikimedia Commons


與疾病相似的人類演化推動力,還有人類自己的生活習慣。一篇2004年發表於《美國人類遺傳學雜誌》上的論文指出,青少年代謝乳糖的能力,通常在成年後就會消失;然而,在主要依賴於畜牧業、較常飲用牛奶的人類群體內,這種代謝乳糖的能力有更大概率持續到成年以後。在研究中,哈佛醫學院的馬修·羅茲等人發現,乳糖代謝能力的持續,依賴於兩個等位基因,而這兩個等位基因在源自北歐的人類群體中有著極高的出現頻率。


論文指出,在5000到10000年前,飲用牛奶的習慣讓這兩個等位基因在北歐群體中「佔據上風」,導致在源自北歐的群體中,乳糖不耐受的人口比例顯著低於其他群體。


另一篇發表於《分子生物學與演化》的論文表示,甚至是近期才「風靡全球」的素食主義,也很有可能推動人類快速演化。大多數人能從含肉膳食中直接獲取長鏈多不飽和脂肪酸這類對大腦功能極其重要的分子;然而,素食者因為缺少直接的LCPUFA來源,必須利用FADS2,將植物中的ω-3和ω-6脂肪酸轉化為LCPUFA。


這項研究對比了印度浦那市234名居民和美國的311名居民的基因組。與美國的居民不同,浦那市的234名居民幾乎全部是素食者。研究人員發現,68%的浦那市居民在基因組中都含有一個能提高FADS2轉化效率、使機體更高效地生產LCPUFA的變異;而在美國居民中,這個數字為18%。進一步的分析指出,這種差異大概率是由於浦那市居民的素食習慣推動了針對FADS2基因上這個突變的自然選擇。


事實表明,即使在醫學和科學技術如此發達的今天,人類仍然需要用遺傳學可塑性,與環境中的變化抗衡。然而,一些演化學家表示,未來人類是否會繼續演化,仍然是一個沒有答案的問題。


在2008年的一篇觀點文章中,劍橋大學利弗休姆人類演化研究中心的傑伊·斯託克指出,或許在技術足夠發達的未來,人類可以憑藉行為和文化「緩衝」環境變化,進而放緩,甚至停止人類演化的腳步。


但至今為止,大量證據說明,基因層面上的可塑性,或許仍在推動著人類適應瞬息萬變的環境。


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