人类经历着不同的自然选择压力,文化差异似乎加快了某些进化转变。在过去的几千年,古代人的骨骼也有明显的变化。很多地方人的头骨变了,变得更宽更小。
对于近代人类进化的变化,我们所知甚少。这些变化大多数都隐藏得很好。目前欧洲有关古DNA的记录是国际上最详细的,而美国、埃塞俄比亚、印度、中国和其他地区的古DNA也陆续传到了网上。我们已经对这些数据进行了单一基因组的分析,很快就能整理出一幅基因变化的地图,找出近期的历史进化。
——约翰·霍克斯 (本文作者,美国威斯康星大学麦迪逊分校古人类学家)
有关自然选择的研究告诉我们,我们现在看到的人类多样性是由近代发展起来的。现代人类90%的基因是遗传大约10万年以前撒哈拉沙漠以南地区的人类。因此,很多遗传学家认为,人类的进化似乎已经到了尾声。
几百万年前,人类的祖先与黑猩猩和僰猿的祖先分离,历经了体格、饮食、习惯和脑体积的巨大变化。约10万年以前,他们开始学会了直立行走、使用工具并创建了语言。全世界大多数人的基因组都是类似的。因此,许多科学家会认为人类进化已经到达尾声。
然而,全球的人类都经历着不同的 自然选择压力,而且文化差异似乎加快了某些进化转变。比如,开始驯养动物区域的人群体内出现了乳糖耐受性;热带地区种植庄稼后,水源变成了蚊子的栖息地,导致之后的黄热病和疟疾,最终引起了当地人群血红细胞的变化;新的生态系统必然带来人体的改变,如高海拔的人色素会变浅,以保证维生素D的含量,为他们加快氧气的新陈代谢……
自然选择是捉摸不透的,人类的进化之路从未停止。
血异常的出现
在近代人群中,第一个与自然选择有关的迹象是在血液中发现的。
首先,B型血通常出现在亚洲,在其它地方很少出现。其次,专家们确定了其他带有明显地域特征的血型,其中最典型的就是达菲血型,它有三个版本,或者说等位基因,就像ABO血型系统一样。其中一种版本———达菲null,出现在撒哈拉沙漠以南95%的人口中,而同样生活在那个地区但祖先是来自其他地方的人口中,几乎没有这种血型。
除血型外,研究人员还分析了近代出现的血液紊乱和异常的现象。其中一项有趣的发现是:6-磷酸葡萄糖脱氧酶的不足可以维持血红细胞的数量,但有时也会引起致命的疾病。其他的血液异常现象还包括:镰状细胞特征、血红蛋白产量减少 (α-地中海贫血)、血溶性贫血、血红蛋白异常等等。对这些血液异常现象的地域性研究发现,它们的出现都与疟疾有关。而在没有疟疾的地区,基本没有镰状细胞迹象和其他血红细胞变化的出现。
乳糖耐受性增强
人类和其他哺乳动物乳汁中30%的热量是来自一种叫做“乳糖”的物质。要想利用这些热量,消化系统必须将它分解成两种化学物质:半乳糖和葡萄糖。在人类开始驯养动物,并饮用它们产出的奶后,人类体内进化出了一种乳糖耐受性。但只有尚未断奶的动物才具备这种能力,成年的动物是不能分解乳糖的。
现代还有很多人只能按婴儿的方式分解乳糖。一般来说,成人正常摄取牛奶能激发一小部分的乳糖耐受性,但大量饮用牛奶或其他含乳糖的奶制品会引起消化问题。中国人以及很多欧洲南部的人都有牛奶消化的困难,而在欧洲北部和撒哈拉沙漠以南地区,95%的成年人天生就能产生乳糖耐受性,因此没有消化牛奶的困难。欧亚大陆西部以及撒哈拉沙漠以南以外的其他地区,也有小部分的人能产生乳糖耐受性。
乳糖耐受性的产生与基因有关。从爱尔兰到印度地区,那里的人们都经历过1次可以产生乳糖耐受性的基因突变。而阿拉伯半岛和撒哈拉沙漠以南的人经历过5次。因此在古代人类中,经历了至少5次可以促进乳糖耐受性形成的突变。突变发生的区域就是那些驯养牛、羊、骆驼和收集奶制品的地方。而人类最早在1万年以前开始驯养动物,牛普遍出现在撒哈拉沙漠以南地区和欧洲北部的时间还要再晚一点,这证明乳糖耐受性在成人中形成的时间离现在并不长。
乳糖耐受性不仅是人类近代最有影响力的基因变化,也是科学家从古代骨骸DNA中研究的第一个课题。德国美因兹大学的约阿希姆?博格和同事是第一个研究该课题的团队。7000年以前打猎、钓鱼为生的欧洲古人类并没有进行农耕、驯养动物,因此他们的基因序列里没有一丝乳糖耐受性的痕迹。之后在欧洲和西亚的陶瓷器上发现了奶脂的残留,证明了人们已经开始驯养牲口,乳糖耐受性才开始出现。
自乳糖耐受性出现在古人类基因中之后,以平均10%的速度在每代人中发展了起来。这种进化的优势可能引起妇女生育能力的提前。长期进行低热量饮食的女人通常生育能力较低,在生完孩子后再怀孕的时间较长。一个具有乳糖耐受性的女人可以利用牛奶的热量降低自己的生育年龄,提高自己的生育能力。
在过去的2000年里,乳糖耐受性依旧在扩大影响范围。美国斯坦福大学的亚伊尔?菲尔德及其同事去年在英国抽取了3000多个人类基因,研究基因自然选择的效应,他们发现乳糖耐受性是英国继罗马时代后最大,而且是唯一的基因变化。
肤色等颜色的变化
乳糖耐受性是近代人类最重要的一项进化突破,它与文化有着密不可分的关系,并且是由单一基因的转变形成的。但人类其他的进化就不像乳糖耐受性进化那么简单,它们是由多种基因共同影响进化的。
肤色就是一个典型的例子。肤色是人口中最明显的生理特征之一,受到20多种基因的控制,这些基因负责产生黑色素、管理黑色素的比例分布,从而形成肤色。这些基因的变化会破坏真黑色素,产生大量偏红的嗜黑色素,并分布在皮肤的不同区域,形成一些雀斑。
尽管影响肤色的基因很复杂,但在人类进化中还是有一定的规律。祖先生活在热带的人大多都是深肤色,而祖先生活在靠南极北极的人大多是浅肤色。最新的一项研究发现,1万年前住在北欧的人,要比现在的北欧人肤色要深。
人体其他部位的颜色也在进化。近期,菲尔德和同事对现代英国人祖先的DNA进行研究,发现在蓝眼睛和金头发人的DNA中,和头发及眼睛有关的色素要比其他人明显增多。自罗马时代之后,英国经历过大量的移民,包括维京人、盎格鲁撒克逊人和诺曼人的迁入。但人口迁移并不能解释为什么有些基因的数量会出现如此巨大的变动。而且近1000年内,英国人的头发确实越来越金了。