阳光、山顶和胚芽：深肤色与浅肤色人群生成维生素D的效率相似

2023-10-31 理论教育版权反馈

【摘要】：同时，在热带地区，足量的紫外线照射会穿过黑色素这一滤光器，使得皮肤能够通过光合作用形成维生素D。非常奇怪的是，在促进维生素D生成方面，接受等量的光照对于深肤色的人和浅肤色的人并没有差异。显然，这项研究显示，深肤色的人和浅肤色的人在生成维生素D方面似乎有着同样的效率。对欧洲和亚洲其他地方的人而言，肤色与纬

一方面，人类扩张到了全球，另一方面，气候条件有波动，所以，人类面临着新的挑战。我们的祖先采取了不同的办法来适应挑战。有一些适应之法是生理性的，在人的一生当中进行多次调整；另外一些办法则与基因变化有关，这才是真正的进化。这些适应之法使得人类在严酷的环境中生存并发展。当人类向北迁移时，他们会发现，周围的环境本身会发生变化——随着季节而变化。夏季白昼长，而到了冬季，白昼就变短了，阳光也成了一种稀有之物。就人的身体而言，阳光确实是一种货品。阳光灿烂的日子不仅能使人精神振作，而且能提供一种新陈代谢的好处——当你在户外晒太阳时，皮肤就会忙着制造维生素D。或者，至少可以说，我们把一种胆固醇基的化合物转变成了皮肤中一种几乎就是维生素D的物质，随后，肝肾会承担最后的步骤，加入氢和氧以激活这种维生素。

20世纪早期，研究人员在探究一种会导致儿童骨骼畸形的疾病——佝偻病时，阐述了维生素D的重要性。欧洲工业化可能是一个巨大的技术进步，并且最终也可能从各个方面提升人们的生活。但是，在工业化进程当中，还是付出了许多代价。拥挤的城市、工厂工作、雾霾笼罩的天空，所有这一切都在工业革命时代的儿童身上留下了印记。他们长得畸形，柔软的骨骼发生奇怪的弯曲。直到1918年，佝偻病都是一种难治的疾病，并且难以被人理解。这一年，一位名叫梅兰比的英国医生发现，把狗关在室内，给它们喂食稀饭，狗就会患佝偻病；如果再给这些狗喂鱼肝油，又会阻止这种情况发生。第二年，一位名叫哈兹琴斯基的德国研究人员发现，用紫外线照射患佝偻病的儿童就能治愈他们的病。其他研究还发现，各种食物，如植物油、鸡蛋、牛奶和生菜，经过紫外线处理，都能够预防这种疾病。这些研究人员实际上是在不经意间将食物中的胆固醇和植物固醇转变成了维生素D原。最后，当化学家发现了这种重要化合物的化学特性时，他们就开始人工合成维生素D了。最终，人类找到了治疗佝偻病的药物。取得这项突破的德国化学家温道斯因而获得1928年的诺贝尔奖。

然而，人们当时仍然不明白，这一物质怎样作用于骨骼。20世纪随后的几十年里，研究工作主要集中在跟踪这种化合物在人体中的路径。它显示，这种维生素的作用方式类似激素，一旦被肾脏激活，它就会沿着血管进入肠道，并且传递一个信息：“补钙”。但是，维生素D这种化学品的功用并不单一。到了20世纪80年代，人们已经知道，维生素D除了钙代谢和促进骨骼生长的重要作用，还在免疫系统中发挥关键作用。缺乏维生素D，人就更容易患自体免疫疾病（在这种情况下，免疫系统内部各部分会互相攻击，甚至会发生“兵变”），包括糖尿病、心脏病和某些癌症。身体要维持健康运转，每毫升血液中至少要有30纳克维生素D。虽然我们可以从饮食中获取一些维生素D，但是，我们所需的90%的维生素D，都要通过晒太阳来在皮肤中生成。

当然了，阳光，特别是其中的紫外线还是有可能带来伤害的。人的皮肤中有一些化合物就是天然的防晒霜，其中就包括黑色素。如果你比平时接受的阳光照射多，你的皮肤就会开始制造更多黑色素，这样，你就变得黝黑了。不仅白皮肤的人会这样，肤色深的人也会被晒黑。第一批进入欧亚大陆的智人很可能就已经是深色皮肤了，这是缘于他们原来地方（指非洲）的气候。在光照非常充足的地方，要避免晒伤，人皮肤中就需要更多黑色素。所以，我们很容易明白，为什么在赤道地区，自然选择会偏向更深色的皮肤。同时，在热带地区，足量的紫外线照射会穿过黑色素这一滤光器，使得皮肤能够通过光合作用形成维生素D。同理，在光照不足的地方，深色皮肤能够很有效地滤除紫外线，所以就不可能生成足够的维生素D。维生素D缺乏的害处有阻碍免疫系统，也有佝偻病。这些害处意味着，将有一种自然选择的压力起作用：任何肤色较浅的人在生存和生育方面都可能更有优势，他们更有可能将基因传到下一代身上。所以，只要出现一种能够影响黑色素生成并且导致较浅肤色的偶然性基因突变，它就能传遍整个种群。因而，越往北走，人们的肤色越浅。欧洲北部和亚洲北部的人都分别经历了适应光照不足的过程，但是，他们是通过不同的基因突变实现的。这看起来像是一个趋同进化的经典案例——利用不同的手段，实现相似的结果。

“维生素D假说”似乎很有道理。它假定，人类长出浅色皮肤，是为了适应北方光照不足的问题。人们观察到，英国和北美当代人中，深肤色的人比浅肤色的人更易患维生素D缺乏症。这一结果似乎能够支持上述假说。然而，对当代人体内维生素D含量的仔细测量却给研究结果带来了巨大挑战。针对维生素D含量和接受光照进行的跟踪研究产生了很有意思而又出人意料的结果。研究发现，随着接受光照的增加，维生素D的含量也会增加（到某种程度）。这符合人们的预期。我们也可以理解，裹上衣服与血管中维生素D含量降低有关联。但是，浅涂一层防晒霜虽然可以防止晒伤，似乎却不能减少维生素D的生成。拥有深色皮肤也不能减少维生素D的生成。非常奇怪的是，在促进维生素D生成方面，接受等量的光照对于深肤色的人和浅肤色的人并没有差异。

显然，这项研究显示，深肤色的人和浅肤色的人在生成维生素D方面似乎有着同样的效率。乍一看，这些新发现似乎会推翻我们关于人类肤色进化的所有理论。然而，还是有一些现实情况需要解释：越向北走，土著人的肤色确实变得更浅；而且，在北方国家里，深肤色的人确实更易于患上维生素D缺乏症。

第一种情况会引出一个问题，即在进化中的那些变化都是怎样发生的，它们并非总是因为某一基因突变会带来优势而发生。有时候，当与自然选择压力无关的基因突变在一个种群中扩散时（这种扩散被称为基因漂变），变化依然会发生。这一过程本质上具有随机性，很大程度上要看运气。也许，我们的祖先向北迁移时发生的情况是，自然选择要求人形成深肤色的强大压力（一种针对晒伤和皮肤癌的防御机制）逐渐减轻了。同时，趋向浅色皮肤的基因突变并不会被淘汰，依然会发生，最后可能还会通过基因漂变而扩散。而且，实际上，从赤道地区到北方高纬度地带，人的肤色并不是逐渐变浅的；白色素的沉着很可能出现得非常晚，并且也只在欧洲和亚洲极北地区的种群中才有。对欧洲和亚洲其他地方的人而言，肤色与纬度并没有关系。维生素D假说的另一个问题是，人们并未发现许多工业革命之前佝偻病患者的骨骼化石。

但是，在今天的英国和北美，深肤色的人与维生素D缺乏症有什么样的关联呢？有一项关于当代人种群的研究发现了一条线索。这项研究让人们填写一份详细的问卷，设置的问题是阳光明媚的时候，你们会干什么？问卷调查显示，阳光明媚时，肤色浅的人会冲出去晒太阳，而肤色深的人更多地会待在室内。在光照强烈且充足的地方，这很可能是个好策略；但是，在光照不强并且不足的北方，你就得尽可能充分利用阳光明媚的好天气了，在冬天尤其如此。对早期智人——旧石器时代以狩猎采集为生的游牧部落——而言，一年当中不可避免地每天都要在户外（或者，更准确地说，在帐篷外）。因此，虽然深肤色可能是人类为适应赤道地区强烈光照而形成的，那么，相反的情况（指浅肤色是为了适应北方高纬度）则经不起深究。然而，在皮肤之下，维生素D新陈代谢却有一些不太明显的变化。这些变化可能才是为适应高纬度环境而出现的。北欧人基因组中有一些突变增加了人体中维生素D前体的含量，而深肤色的人则有其他一些基因突变，它们增加了维生素D在体内的吸收和运转。然而，随着人们应用精确的流行病和基因组数据，一个简单的流行假说又让位于一个更为复杂的现实情况。近些年，关于人类对不同纬度的适应理论变得更加有趣，但远远不够明确；你可能会说，是远远不够黑白分明。

一方面，纬度变化似乎与某些新陈代谢的适应性变化有关，另一方面，高纬度还带来了一个特别的挑战。有人认为，一些人种能够适应高纬度的低氧环境，与一种被称为EPAS1的特殊基因变体有关。这种基因能够减少血红蛋白的生成，非常适合低氧环境；此外，它还能使血管网络更加密集。有明显迹象显示，在自然选择的作用下，EPAS1基因已经进入了中国西藏人的基因组中，但是，这种基因的源头却仍然神秘莫测。其基因模式显示，它不是一种现有基因变体随着人们开始在高原地区生活而突然流行起来，也不是一种偶然出现的新基因。那么，它来自何方呢？2015年，研究人员完成了一项雄心勃勃的国际科研项目，名为“1000个基因组”。所有为这一项目提供DNA的人中，都没有这种基因变体，只有两名中国人例外。但是，这种基因在丹尼索瓦人的基因组中却有存在。所以，现代中国西藏人的EPAS1基因变体似乎是从丹尼索瓦人那里继承的，然后又因为积极的自然选择而被保留了下来。这甚至都让人嫉妒。正如同苹果会通过与野苹果杂交而获得一些有用的适应特性，我们祖先也会吸收当地的基因。(www.chuimin.cn)

新的环境或环境变化带来的一个最重要的挑战就是有了不同的病菌。我们总是不停地与细菌作战，这种进化史上的军备竞赛已经嵌入了我们的基因组。很明显，一些进入智人基因组的基因变体源于尼安德特人和丹尼索瓦人。据推测，在一些特定时期和特定地点，这些基因使智人对于一些传染病有了一定的防护。

人类有一种基因继承自尼安德特人，它与抵抗病毒传染有关。每20个欧洲人中，就有一个人有这种基因；但是，在当代巴布亚人中，超过一半有这种基因。在巴布亚，大自然似乎强烈地偏爱这种基因。还有一些与免疫系统有关的基因似乎也是源于尼安德特人，并且，在一些人种中比另一些人种存在得更多。正是通过这样的模式，我们才看到了偶然性在进化中的重要作用。如果人类种群暴露于某一种病菌之下，而有一种基因变体能够抵抗这种病菌，那么，它就会变得重要起来，进而被自然选择。反之，如果人类种群没有暴露于这种病菌之下，那么，这种基因变体很可能就会消失，至少在基因库中出现的频率会降低。

在我们的基因组中，有成串互相紧密关联的基因在执行重要任务，帮助身体识别外来入侵者，并发起反击。它们还会进行自我识别，会对一些蛋白质进行编码，这些蛋白质就像有小旗贴在人体细胞上一样，这样，免疫系统就不会把它们误认成外来病菌了。这些基因被称为HLA基因。据估计，在现代欧亚人中，有超过一半的这种基因是继承自尼安德特人或丹尼索瓦人。

然而，我们从古人类继承的某些基因也有负面作用。有一些等位基因在过去某些时期有用，但是今天却成了有害的。某些HLA基因变体可能会使人易患自体免疫疾病。从本质上讲，这是HLA基因未能发挥自我识别作用：对免疫系统而言，那些小旗看起来很古怪，疑似外来入侵，令它产生警觉；于是，免疫系统就对自体细胞发起了攻击。从尼安德特人身上继承的免疫系统基因HLA-B*51能导致患白塞病的风险增大。这种病是一种炎症，能引起口腔和生殖器溃疡，还能引起眼睛发炎，甚至会导致失明。白塞病在英国很罕见，但是，在土耳其，每250人中就有一人患病。这种病也被称为“丝路病”，但是其起源似乎要比人类布匹贸易久远得多。在丝绸之路成为贸易路线之前的数千年，这些路线就对人类往他处迁移并居住起着非常重要的作用。也许，在远古时代，智人就是在这些穿越中亚的走廊上遇到尼安德特人，并与之通婚交流的。

在当代墨西哥人中，很奇怪地普遍都有一种与脂肪新陈代谢有关的特殊基因变体，它似乎最初也来自尼安德特人。也许，因为与某种特殊饮食有关，它在过去曾经能够带来某种优势。但是，与人们今天摄入的食物相互作用后，它却增加了人患糖尿病的风险。还有一些从这些“消失的部落”进入人类基因组的基因变体与皮肤和头发颜色有关联。每10个当代欧洲人中，就有7个身上有一种源自尼安德特人、能使人长雀斑的基因。而对于其他继承自古代人类的基因而言，我们尚不太清楚其在现代人基因组中的作用。另一方面，有许多古代人类DNA很明显已经被淘汰了，极有可能是因为它与生育力下降有关。

与消失的部落通婚交流意味着我们的祖先曾经利用过一个丰富多样的基因库——可能会吸收一些对当地环境（包括其中的病菌）的适应性。这是关于进化变化机制的一个重要的新认识：一种新基因变体的引入和扩散，可能始于一个新的基因突变，也可能是某一种群中原有的基因突变突然显示出某种用途。但是，它还可能是通过通婚交流，从另一个关系紧密的种群中引入的。从苹果到人类的基因组中，都有杂交起源的证据。

但是，在我们身上留下印记的，不仅仅是一些曾与我们通婚并且紧密关联的人种。我们与包括动植物在内的其他物种也成了好朋友，本书中已经讲过9个这样的物种。人类与这些物种密切交流，驯化培植它们，或者给它们机会，让其“自我驯化”。在这一过程中，人类历史的进程也受到了深刻影响。关于产生这种影响的具体方式，我们仍然难以理解。新石器时代的影响已经传了几百、几千年了。

阳光、山顶和胚芽：深肤色与浅肤色人群生成维生素D的效率相似

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