你是怎麼變黑的 | 混亂博物館

2021-01-13 混亂博物館




































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受審美潮流的影響,人們對於「美黑」或「美白」的追求,在不同地區不同文化的社會中交替輪轉。有意思的是,像膚色的變化和循環,我們在皮膚本身的演化進程中也能見到。




-文字稿-


每到夏天,一些人就開始關注防曬,他們主要擔心皮膚變黑。但是對皮膚本身來說,「變黑」才是為了「防曬」所做出的努力。


當紫外線穿過表皮層時,光子會撞擊其中活細胞的DNA,使其中的一些分子被「激發」(excited),繼而誘發其他反應,比如兩個相鄰鹼基對的融合。



具體來說,如果兩個嘧啶鹼基對(胸腺嘧啶或胞嘧啶)彼此相鄰且具有空間對稱性,則它們可能發生周環反應(Pericyclic reaction)—— 也就是嘧啶手拉手形成了一個四碳環。

 


可以想像, DNA聚合酶面對這樣一個「連體嬰兒」,可能會有點不知所措,很容易引發DNA編碼的錯誤和蛋白質合成異常。如果這剛好發生在與DNA修復或者腫瘤抑制相關的區域,那麼就可能誘發細胞的癌變。

 


除了這種直接的損傷方式,還有一種間接的損傷方式。以能量傳遞的角度來看待光子撞擊分子,處於「激發」態的分子想回歸「穩態」,就需要釋放掉額外獲得的能量。

 


胺基酸這類分子可以通過化學反應的方式來釋能,例如,被「激發」的胺基酸分子將這些多餘的能量傳遞給周圍的氧原子,使其也被「激發」。這些高能的氧原子就會像打了雞血一樣在細胞中亂竄,直到和任何與之碰撞的蛋白質或者脂類物質發生反應後,才能恢復低能穩定態,這就是所謂「自由基」(radical)。「自由基」的鏈式反應過程會破壞細胞的各種分子,並且其中危害最大的就是當它們擊中DNA時所造成的損傷或變異。



「防曬」對於動物個體,並非只是關乎審美,還具有自然選擇的壓力。一些動物因而進化出了針對這些DNA損傷的特化型生化防護——真黑素(Eumelanin)。這是一類大分子蛋白質,除了有著較長的共軛體系與較大的離域空間外,它被「激發」後絕大部分的能量都以熱能的形式發散,而非反應能

 


與其他生物色素比如葉綠素相比,真黑素是一種極為「懶惰」的色素,即使在「激發」態下也很難與周圍的其他分子發生反應,大約每1000次激發,反應次數還不到1次。



作為一種難溶物,它也不會被身體很快代謝掉,因而可以長久地存在於皮膚中。真可謂物美價廉,居家旅行、防曬抗癌必備良品。

 


儘管人類的膚色有深有淺,但是現代人體內的黑色素細胞(Melanocyte)數量其實大體上相當。真正決定外觀差別的,是他們生產的「黑色素」(melanin)數量,以及「真黑色素」與「棕黑色素」(Pheomelanin)、毛髮色素(Trichochromes)等色素之間的比例。比如,主要產生真黑素的人,往往擁有棕色或黑色頭髮,以及深色皮膚。主要產生棕黑色素的人,往往會擁有紅色或金色頭髮,以及淺色偏白皙的皮膚。



進一步研究表明,黑素細胞生產「黑色素」的種類和數量受其表面的黑皮質素受體MCR(Melanocortin receptor)所控制。比如,當MC1R被激活時,它刺激「黑素細胞」生產「真黑素」;反之,如果受體未激活或被阻斷,則生產「棕黑色素」。



通過對MCR的基因進行追蹤比對並建立「分子鐘」,結合其他相關證據,就可以推測這些變異發生的大致時間點和這些點的間隔時間,也就是說我們可以知道人類皮膚顏色改變的時間。



第一次重要的改變,伴隨著早期人類生活環境的開闊化,也就是從樹林中來到稀樹草原(savannahs),同時人類的毛髮也漸漸褪去。這些因素都導致了紫外線輻射水平的提高,從而使得那些具有皮膚色素沉著變異的個體獲得了生存上的優勢,比如減少了葉酸的消耗,增強了皮膚屏障(epidemal permeability barrier)和減少了紫外線對細胞的傷害。



通過對比人類和黑猩猩的MC1R的基因,以及與其他基因考古方面的證據相互驗證(高木聚糖表徵等),科學家們發現在距今約120~10萬年前,深膚色表達在人類中經歷了較強的陽性選擇。也就是說在這段時間裡,人類逐漸都變黑了。

 


第二次改變來源於4到6萬年前一波智人從非洲出走。由於日照強度隨緯度增加而減弱,以紫外線為首的一系列環境選擇壓力變小,種群內一些淺膚色的變異個體不但會得到保留,甚至因為可以更高效利用陽光合成維生素D,得到了環境的陽性選擇,並隨著種群遷徙、基因交流或隔絕等長期過程,形成了現代人類多樣化的膚色。



一個叫做SLC24A5的基因是決定膚色差異的重要位點(Sience, 28 Oct 2005)。現代東亞人和非洲人共享著一個相同的SLC24A5等位基因(樣本200);而現代歐洲人中(主要是西歐淺膚色樣本)約82%的個體具有另一個等位基因,僅有一個胺基酸的差異(樣本容量120)。更進一步的,通過計算SLC24A5的背景突變率和其側翼DNA的變異,這一變異僅能追溯到距今12000到6000年前,換句話說,「白人」其實此時才變成了白的。

 


很容易聯想到,這個時間與農業的誕生有很大關係:比如由於食物結構變成了更加單一的穀物,以及服裝覆蓋面積的增加,人們會面臨維生素D缺乏導致的鈣吸收問題。正如前面提到,淺膚色在此時可以更加高效地合成維生素D,也就獲得了一種競爭優勢。同理,女性在懷孕和哺乳期間需要更多的鈣,因而一般來說膚色比男性也更淺。



古人類學家妮娜‧雅布隆斯基(Nina Jablonski)的研究甚至表明,只要環境選擇壓力足夠大(這個壓力不僅指自然性的,還有文明建立後的社會性選擇壓力),理想情況下只需要100代,也就是約2000到3000年,就可以演化出現代人的各種膚色,這遠比人們過去想像中要快得多。



事實上除了膚色,許多其他人類基因測序的相關工作,也表明現代人的基因並沒有停止變異,依舊以一個非常快的速度在不斷變化。但這就是另外一個故事了。



不論如何,通過重新審視人類進化的歷程,我們才有可能正確認識到自己在其中的位置,進而發出疑惑:使用快速變化的膚色這種膚淺的特徵來區分你我、強調種族差異,到底意味著什麼?



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1.Elias, PM; Menon, G; Wetzel, BK; Williams, J (2010). "Barrier Requirements as the Evolutionary "Driver" of Epidermal Pigmentation in Humans". American Journal of Human Biology. 22 (4): 526–537. doi:10.1002/ajhb.21043.

2.Nina Jablonski and George Chaplin (May 2017). "The colours of humanity: the evolution of pigmentation in the human lineage". Philosophical Transactions of the Royal Society B. 372 (1724): 20160349. doi:10.1098/rstb.2016.0349.

3.Agnez-Lima, Lucymara F., Julliane T.a. Melo, Acarízia E. Silva. "DNA Damage by Singlet Oxygen and Cellular Protective Mechanisms." Mutation Research/Reviews in Mutation Research 751.1 (2012): 15-28.

4.Parrish, John A., Kurt F. Jaenicke, and R. Rox Anderson. "Erythema And Melanogenesis Action Spectra Of Normal Human Skin." Photochemistry and Photobiology 36.2 (1982): 187-91.

5. Anna Elizabeth Moscowitz1; Huda Asif; Laurence Baily Lindenmaier1, Andrew Calzadilla2, Chongxu Zhang3 and Mehdi Mirsaeidi2,The Importance of Melanocortin Receptors and Their Agonists in Pulmonary Disease Front. Med., 27 June 2019 | https://doi.org/10.3389/fmed.2019.00145

6.Mathieson I, Lazaridis I, Rohland N, Mallick S, Patterson N, Roodenberg SA, Harney E, Stewardson K, Fernandes D, Novak M, Sirak K (2015-10-10). "Eight thousand years of natural selection in Europe". bioRxiv 10.1101/016477

7.Jablonski NG, Chaplin G (July 2000). "The evolution of human skin coloration" (PDF). Journal of Human Evolution. 39 (1): 57–106. doi:10.1006/jhev.2000.0403. PMID 10896812. Archived from the original (PDF) on 2012-01-14.

8.Nityanand Maddodi; Ashika Jayanthy and Vijayasaradhi Setaluri. Shining Light on Skin Pigmentation: The Darker and the Brighter Side of Effects of UV Radiation. 27 February 2012, DOI: 10.1111/j.1751-1097.2012.01138.x

1.Pexel_ all named ID & cutomized field

2.Non-Melanoma Skin Cancer  https://www.youtube.com/watch?v=8KPbudrY57c

3.* TED | what happend when DNA damged https://www.youtube.com/watch?time_continue=268&v=vP8-5Bhd2ag&feature=emb_title

4.From DNA to protein - 3D  https://www.youtube.com/watch?v=gG7uCskUOrA

5.* Veritasium |The World in UV https://www.youtube.com/watch?v=V9K6gjR07Po

6.what is MC1R https://www.youtube.com/watch?v=G2VcQSW4QxY

7.Devastating Wildfires on the Savannah | The Great Rift: Africa's Wild Heart | BBC https://www.youtube.com/watch?v=A7b1bg6RrK8

8.The electronic wonders of melanin https://www.youtube.com/watch?v=KifAQBhYgO0

9.HMMI | https://www.youtube.com/watch?v=VC0TL_lYLm8 https://www.youtube.com/watch?v=VC0TL_lYLm8

10.From Melanocyte to Melanoma  https://www.youtube.com/watch?v=aiARvdeXdKM

11.National Geographic | Human Origins 101https://www.youtube.com/watch?v=ehV-MmuvVMU

12.Neanderthals 101 | National Geographic https://www.youtube.com/watch?v=FMc81qpCQ3g

13.Evolution from ape to man. From Proconsul to Homo heidelbergensis https://www.youtube.com/watch?v=SGxDv7XybSo

14. The Hunting Man - OUT OF THE CRADLE |NHK Doc https://www.youtube.com/watch?v=9k5UEFPGpfU

15.The Biology of Skin Color — HHMI BioInteractive Video | https://www.youtube.com/watch?v=hFw8mMzH5YA

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