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自生命诞生以来,各种生物就在与周围环境的互动中不断完善自己,在这个过程中,有助于生存和繁衍的遗传特征被保留下来,并代代相传,而那些让生物变得更脆弱的遗传特征则被淘汰。对基因的优胜劣汰让生物不断地进化,直至出现了现阶段进化程度最高的人类。
我们继承了人类祖先所有的优势基因,这些优秀的遗传物质让人类创造了一个又一个的文明,然而,令人费解的是,我们的老祖宗让我们成为万物之灵的同时,也将很多遗传病留给了我们。遗传病是指由于基因发生改变或由致病基因控制的疾病,这些疾病可以一代一代地在家族中传播,给患病者正常的生活带来了极大的困扰。
遗传病给人类造成了长期的危害,按理说在进化中逐渐消亡才对。但事实上,这些致病基因却在人类的基因库中持续存在。为什么这些直接威胁到人类生命健康的基因得以保留下来呢?美国进化医学博士沙伦·莫勒穆通过研究发现,这些致病基因竟然曾帮助人类战胜过巨大的困难!进化不会无端地选择那些会让我们致病的遗传特性,除非它们在伤害我们之前对我们提供了巨大的帮助。这就好比人们明知道某种药物会在40年之后置人于死地,但仍然会服用它,因为这是唯一能让人不在明天就一命呜呼的方法。
血色病让欧洲人战胜黑死病
血色病是一种慢性铁负荷过多的遗传病。正常情况下,当机体检测到体内铁含量过多时,就会自动减少对铁的吸收,从而降低体内的铁含量。但对血色病患者而言,他们会不停地吸收食物中的铁,这些过量的铁被储存在肝脏、心脏等器官中,随着铁在这些器官的累积,人到中年以后,这些器官会出现代谢和功能失常,导致肝脏衰竭、心力衰竭,最终危及生命。
患有血色病的人群主要分布在西欧和北欧,是什么原因导致这种遗传病在这些人群中普遍存在呢?要回答这个问题,我们首先要了解一下14世纪中期的欧洲,这一时期绝对是欧洲人的噩梦。
在1347年至1350年间,欧洲爆发了大规模的鼠疫,这场灾难是空前绝后的,因感染鼠疫死亡的人数超过2500万,占当时欧洲人口的三分之一。鼠疫的致病菌经皮肤、黏膜侵入机体后,进入淋巴结进行增殖,从而导致淋巴结肿大并迅速化脓、破溃,几天之后就会产生生命危险。患者临终前的皮肤呈黑紫色,因此这场瘟疫也被称为黑死病。
在这场黑死病的大爆发中,人体的免疫系统为什么没能抵挡住致病菌的入侵呢?其实,在致病菌进入人体伊始,巨噬细胞(人体内一种免疫细胞)就会将其吞噬,不过,巨噬细胞却无法杀死这些细菌,而是将其带回淋巴结,再做进一步的处理。在这个过程中,帮助致病菌突破重围的就在于人体内一种重要的元素——铁。
铁是生物生存不可或缺的元素,尽管地球上铁资源非常丰富,但能够被生物利用的有机铁却相当匮乏,因此,对于细菌、真菌等生物来说,富含铁元素的人体血液和组织无异于一座金矿。已有研究发现,铁元素含量越高的人群,就越容易感染瘟疫等传染病。
由此看来,患有血色病的人体内有大量的铁,这是否意味着他们更容易感染鼠疫呢?答案恰恰相反,血色病患者体内过多的铁主要沉积在脏器中,当这些脏器的细胞因为铁过量而死亡时,另外一些细胞的铁含量却低于正常值,巨噬细胞就会出现铁缺乏的情况。正是这一特点,让血色病患者对鼠疫有了更强的抵御能力。
正常人群中,巨噬细胞中含有大量的铁,当巨噬细胞吞噬病原菌以保护机体时,它同时也将丰富的铁元素赠予了这些病菌,某些病菌不仅不会被杀死,反而可以利用巨噬细胞中的铁元素快速地繁殖。当巨噬细胞将病菌带到淋巴结准备进一步消灭时,这些病菌变得更为强大,连整个淋巴系统都无可奈何了。这正是感染鼠疫时的情形:肿大的淋巴结就是致病菌将人体淋巴系统据为己用的直接后果。
美国微生物学家尤金·温伯格在20世纪70年代发现,我们的免疫系统对抗入侵者有两种手段:除了将细菌全部杀死,还可以将它们饿死。而饿死细菌的关键就是铁,没有铁,细菌就不能生存繁衍。因此,血色病患者由于巨噬细胞中缺乏铁元素,它们除了能有效隔绝感染源,还能将致病菌活活饿死。它们比正常的免疫细胞具有更大的杀伤力。
历史学家和科学家普遍认为,直到18世纪,欧洲仍然会周期性地爆发鼠疫。血色病患者不仅在瘟疫中幸免于难,还将这一突变基因顺利传递下去了,而连续不断的瘟疫更是推动了这一基因的传播,导致这一突变对北欧人和西欧人的影响一直持续到现在。
糖尿病让人类度过冰河期
糖尿病是人类的一大杀手,如今,全世界糖尿病患者高达数亿。糖尿病是指由于胰岛素分泌不足,产生的以高血糖为特征的代谢性疾病,血糖长期偏高会导致肾、心脏、神经等组织和器官的慢性损害和功能障碍。尽管糖尿病不会一下子危及到生命,但它确实对人们的生活质量产生了严重的影响。
科学家还没有完全揭开糖尿病的病因,但有一点是确定无疑的,那就是无论Ⅰ型糖尿病还是Ⅱ型糖尿病,遗传因素都是重要的致病因子,科学家已经发现多个导致糖尿病的基因突变。尤其是Ⅰ型糖尿病的发病存在明显的遗传倾向,这类疾病在北欧更为常见,全球范围内,芬兰人的发病率最高,瑞典紧随其后,英国和挪威并列第三,纬度越向南,发病率就越低,非洲、亚洲等地Ⅰ型糖尿病的发病率很低。
根据前文的介绍,如果某一疾病的发病率在某一特定人群更高的话,这通常意味着该病的某些特点在历史上曾经帮助了那些人的祖先度过了难关。糖尿病又曾帮助人类度过了什么难关呢?
大约在1.3万年前,地球经历了最后一个冰河期——晚冰期。这次冰期来得非常迅速,全球气温急剧下降,几万米长的海岸线布满冰层,即使地处温带的西班牙和葡萄牙,冰川也随处可见,同时,巨大的冰川还在不断向南推移。
人们要想在严寒的环境下生存下去,就必须向环境中散发出大量的热量以维持体温的恒定,同时,还要防止血液结冰刺破血管。因此,排出水分,提高血液中糖的含量就成为了抵抗寒冷的有效办法。美国陆军研究院对人体在极端环境下的生理反应进行了20年的研究后发现,当环境温度极低时,人体排尿量会增加,这也就意味着身体内的水分减少了,同时,胰岛素的分泌也会受到抑制,导致血液中的血糖含量比正常情况下高出很多。高浓度的糖大大降低了血液的冰点,即便结冰,人体内的水分也只能形成更小的锯齿状结构的晶体,确保了晶体不会刺穿细胞壁或毛细血管。同时,血液中过剩的葡萄糖也能产生充足的热量。不难想象,在寒冷的环境下,这些人是更有优势的。 此前科学家对小鼠的实验已经证实了这一理论。他们发现,当小鼠暴露于冰点时,它们的身体会对胰岛素产生抵抗。从本质上来说,这种对寒冷的反应就是糖尿病。因此,面对突如其来的冰河期,只有糖尿病患者才有可能生存下来。直到今天,作为对环境的反应,在寒冷月份患糖尿病的人数仍然明显多于其他月份。
疾病也要多样化
类似这样的例子还有很多。在非洲很多地区,人们普遍患有镰刀型细胞贫血症,这种人的红细胞由正常的圆盘状变异成镰刀状,从而导致红细胞携带和运输氧气的能力大大降低,这种红细胞还很容易破裂造成贫血,甚至导致病人死亡。但非洲地区疟疾流行,镰刀型细胞贫血症患者对疟疾的感染率则比正常人低得多,因为他们体内的红细胞严重缺氧,使红细胞里的疟原虫窒息而亡。
维生素D是人体吸收钙质必不可少的物质,但人体是无法合成这种物质的,只能在紫外线的照射下将胆固醇转化成维生素D。但生活在远离赤道的人们却无法接受到足够的阳光照射,为了解决这一问题,进化这个看不见的手在这类人的基因库中加入了一个叫做载脂蛋白E的基因,它的作用是确保血液中胆固醇的含量迅速升高,从而可以最大限度地将胆固醇转化成维生素D。这个基因在北欧人中非常普遍,而且越靠近极地,携带这一基因的人就越多。然而,这一基因也并不总是对人有益的,由于现代人血液中胆固醇的含量本身就很高,这一基因还是像过去那样行使自己的功能,这无疑会导致人体中胆固醇含量高于正常值,从而增加了人们发生心脏病和阿尔茨海默症的风险。
还有一种叫做ACHOO综合征的疾病,它的临床表现是患者从黑暗环境进入强光环境时,会不由自主地打喷嚏。这是因为我们的祖先大多居住在山洞中,而这种打喷嚏的行为能帮助他们有效清除鼻腔和呼吸道中的细菌。进化到现在,ACHOO综合征患者穿过黑暗的隧道、见到一缕阳光时,就会不可抑制地打喷嚏。不过,这种病症倒没什么危害。
由此看来,现在很多让我们避之惟恐不及的遗传病,在过去的某个时候恰恰是当时人们的优势特征。一代人的进化优势很可能是另一代人的进化缺陷,尤其是当他们处于不同的环境时,这一矛盾尤其突出。
尽管没有人愿意继承这些遗传病,但这些所谓的疾病都曾经是进化的胜利者。人们常常呼吁保护生物多样性,其实疾病或许也需要保持多样性。我们不能预见未来,今天看似没用、甚至有害的特性,也许明天就能派上大用场。谁能保证鼠疫、疟疾不会发生在自己的城市呢?谁又能知道下一个冰河期不会很快到来呢?
我们继承了人类祖先所有的优势基因,这些优秀的遗传物质让人类创造了一个又一个的文明,然而,令人费解的是,我们的老祖宗让我们成为万物之灵的同时,也将很多遗传病留给了我们。遗传病是指由于基因发生改变或由致病基因控制的疾病,这些疾病可以一代一代地在家族中传播,给患病者正常的生活带来了极大的困扰。
遗传病给人类造成了长期的危害,按理说在进化中逐渐消亡才对。但事实上,这些致病基因却在人类的基因库中持续存在。为什么这些直接威胁到人类生命健康的基因得以保留下来呢?美国进化医学博士沙伦·莫勒穆通过研究发现,这些致病基因竟然曾帮助人类战胜过巨大的困难!进化不会无端地选择那些会让我们致病的遗传特性,除非它们在伤害我们之前对我们提供了巨大的帮助。这就好比人们明知道某种药物会在40年之后置人于死地,但仍然会服用它,因为这是唯一能让人不在明天就一命呜呼的方法。
血色病让欧洲人战胜黑死病
血色病是一种慢性铁负荷过多的遗传病。正常情况下,当机体检测到体内铁含量过多时,就会自动减少对铁的吸收,从而降低体内的铁含量。但对血色病患者而言,他们会不停地吸收食物中的铁,这些过量的铁被储存在肝脏、心脏等器官中,随着铁在这些器官的累积,人到中年以后,这些器官会出现代谢和功能失常,导致肝脏衰竭、心力衰竭,最终危及生命。
患有血色病的人群主要分布在西欧和北欧,是什么原因导致这种遗传病在这些人群中普遍存在呢?要回答这个问题,我们首先要了解一下14世纪中期的欧洲,这一时期绝对是欧洲人的噩梦。
在1347年至1350年间,欧洲爆发了大规模的鼠疫,这场灾难是空前绝后的,因感染鼠疫死亡的人数超过2500万,占当时欧洲人口的三分之一。鼠疫的致病菌经皮肤、黏膜侵入机体后,进入淋巴结进行增殖,从而导致淋巴结肿大并迅速化脓、破溃,几天之后就会产生生命危险。患者临终前的皮肤呈黑紫色,因此这场瘟疫也被称为黑死病。
在这场黑死病的大爆发中,人体的免疫系统为什么没能抵挡住致病菌的入侵呢?其实,在致病菌进入人体伊始,巨噬细胞(人体内一种免疫细胞)就会将其吞噬,不过,巨噬细胞却无法杀死这些细菌,而是将其带回淋巴结,再做进一步的处理。在这个过程中,帮助致病菌突破重围的就在于人体内一种重要的元素——铁。
铁是生物生存不可或缺的元素,尽管地球上铁资源非常丰富,但能够被生物利用的有机铁却相当匮乏,因此,对于细菌、真菌等生物来说,富含铁元素的人体血液和组织无异于一座金矿。已有研究发现,铁元素含量越高的人群,就越容易感染瘟疫等传染病。
由此看来,患有血色病的人体内有大量的铁,这是否意味着他们更容易感染鼠疫呢?答案恰恰相反,血色病患者体内过多的铁主要沉积在脏器中,当这些脏器的细胞因为铁过量而死亡时,另外一些细胞的铁含量却低于正常值,巨噬细胞就会出现铁缺乏的情况。正是这一特点,让血色病患者对鼠疫有了更强的抵御能力。
正常人群中,巨噬细胞中含有大量的铁,当巨噬细胞吞噬病原菌以保护机体时,它同时也将丰富的铁元素赠予了这些病菌,某些病菌不仅不会被杀死,反而可以利用巨噬细胞中的铁元素快速地繁殖。当巨噬细胞将病菌带到淋巴结准备进一步消灭时,这些病菌变得更为强大,连整个淋巴系统都无可奈何了。这正是感染鼠疫时的情形:肿大的淋巴结就是致病菌将人体淋巴系统据为己用的直接后果。
美国微生物学家尤金·温伯格在20世纪70年代发现,我们的免疫系统对抗入侵者有两种手段:除了将细菌全部杀死,还可以将它们饿死。而饿死细菌的关键就是铁,没有铁,细菌就不能生存繁衍。因此,血色病患者由于巨噬细胞中缺乏铁元素,它们除了能有效隔绝感染源,还能将致病菌活活饿死。它们比正常的免疫细胞具有更大的杀伤力。
历史学家和科学家普遍认为,直到18世纪,欧洲仍然会周期性地爆发鼠疫。血色病患者不仅在瘟疫中幸免于难,还将这一突变基因顺利传递下去了,而连续不断的瘟疫更是推动了这一基因的传播,导致这一突变对北欧人和西欧人的影响一直持续到现在。
糖尿病让人类度过冰河期
糖尿病是人类的一大杀手,如今,全世界糖尿病患者高达数亿。糖尿病是指由于胰岛素分泌不足,产生的以高血糖为特征的代谢性疾病,血糖长期偏高会导致肾、心脏、神经等组织和器官的慢性损害和功能障碍。尽管糖尿病不会一下子危及到生命,但它确实对人们的生活质量产生了严重的影响。
科学家还没有完全揭开糖尿病的病因,但有一点是确定无疑的,那就是无论Ⅰ型糖尿病还是Ⅱ型糖尿病,遗传因素都是重要的致病因子,科学家已经发现多个导致糖尿病的基因突变。尤其是Ⅰ型糖尿病的发病存在明显的遗传倾向,这类疾病在北欧更为常见,全球范围内,芬兰人的发病率最高,瑞典紧随其后,英国和挪威并列第三,纬度越向南,发病率就越低,非洲、亚洲等地Ⅰ型糖尿病的发病率很低。
根据前文的介绍,如果某一疾病的发病率在某一特定人群更高的话,这通常意味着该病的某些特点在历史上曾经帮助了那些人的祖先度过了难关。糖尿病又曾帮助人类度过了什么难关呢?
大约在1.3万年前,地球经历了最后一个冰河期——晚冰期。这次冰期来得非常迅速,全球气温急剧下降,几万米长的海岸线布满冰层,即使地处温带的西班牙和葡萄牙,冰川也随处可见,同时,巨大的冰川还在不断向南推移。
人们要想在严寒的环境下生存下去,就必须向环境中散发出大量的热量以维持体温的恒定,同时,还要防止血液结冰刺破血管。因此,排出水分,提高血液中糖的含量就成为了抵抗寒冷的有效办法。美国陆军研究院对人体在极端环境下的生理反应进行了20年的研究后发现,当环境温度极低时,人体排尿量会增加,这也就意味着身体内的水分减少了,同时,胰岛素的分泌也会受到抑制,导致血液中的血糖含量比正常情况下高出很多。高浓度的糖大大降低了血液的冰点,即便结冰,人体内的水分也只能形成更小的锯齿状结构的晶体,确保了晶体不会刺穿细胞壁或毛细血管。同时,血液中过剩的葡萄糖也能产生充足的热量。不难想象,在寒冷的环境下,这些人是更有优势的。 此前科学家对小鼠的实验已经证实了这一理论。他们发现,当小鼠暴露于冰点时,它们的身体会对胰岛素产生抵抗。从本质上来说,这种对寒冷的反应就是糖尿病。因此,面对突如其来的冰河期,只有糖尿病患者才有可能生存下来。直到今天,作为对环境的反应,在寒冷月份患糖尿病的人数仍然明显多于其他月份。
疾病也要多样化
类似这样的例子还有很多。在非洲很多地区,人们普遍患有镰刀型细胞贫血症,这种人的红细胞由正常的圆盘状变异成镰刀状,从而导致红细胞携带和运输氧气的能力大大降低,这种红细胞还很容易破裂造成贫血,甚至导致病人死亡。但非洲地区疟疾流行,镰刀型细胞贫血症患者对疟疾的感染率则比正常人低得多,因为他们体内的红细胞严重缺氧,使红细胞里的疟原虫窒息而亡。
维生素D是人体吸收钙质必不可少的物质,但人体是无法合成这种物质的,只能在紫外线的照射下将胆固醇转化成维生素D。但生活在远离赤道的人们却无法接受到足够的阳光照射,为了解决这一问题,进化这个看不见的手在这类人的基因库中加入了一个叫做载脂蛋白E的基因,它的作用是确保血液中胆固醇的含量迅速升高,从而可以最大限度地将胆固醇转化成维生素D。这个基因在北欧人中非常普遍,而且越靠近极地,携带这一基因的人就越多。然而,这一基因也并不总是对人有益的,由于现代人血液中胆固醇的含量本身就很高,这一基因还是像过去那样行使自己的功能,这无疑会导致人体中胆固醇含量高于正常值,从而增加了人们发生心脏病和阿尔茨海默症的风险。
还有一种叫做ACHOO综合征的疾病,它的临床表现是患者从黑暗环境进入强光环境时,会不由自主地打喷嚏。这是因为我们的祖先大多居住在山洞中,而这种打喷嚏的行为能帮助他们有效清除鼻腔和呼吸道中的细菌。进化到现在,ACHOO综合征患者穿过黑暗的隧道、见到一缕阳光时,就会不可抑制地打喷嚏。不过,这种病症倒没什么危害。
由此看来,现在很多让我们避之惟恐不及的遗传病,在过去的某个时候恰恰是当时人们的优势特征。一代人的进化优势很可能是另一代人的进化缺陷,尤其是当他们处于不同的环境时,这一矛盾尤其突出。
尽管没有人愿意继承这些遗传病,但这些所谓的疾病都曾经是进化的胜利者。人们常常呼吁保护生物多样性,其实疾病或许也需要保持多样性。我们不能预见未来,今天看似没用、甚至有害的特性,也许明天就能派上大用场。谁能保证鼠疫、疟疾不会发生在自己的城市呢?谁又能知道下一个冰河期不会很快到来呢?