人类的进化停行了？

防走失，电梯中转平安岛报人刘亚东A

来源：全球科学做者：全球科学

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自从人类祖先走出非洲，迁移到全球各地之后，差别地域的人群很快适应了本地情况，演化出差别的特征，那似乎表白，人类近期的演化加快了。然而，对人类基因组的阐发，却让科学家发现了一个完全差别的事实：天然选择的发作极为迟缓，5000年后的人类仍会和今天的人类一样。

撰文 | 乔纳森·普里查德（Jonathan Pritchard）

翻译 | 王传超 李辉

几千年前，人类奔走风尘，初次来到海拔4 200多米的青藏高原。在海拔如斯高的地域，空气中的均匀含氧量大约只要海平面的60％，那会招致慢性高原病，进步婴儿灭亡率，对他们的身体是严峻考验。大约10年前，一系列研究发现了一种在中国藏族人中很常见，但在其别人群中很稀有的基因变异，它能够调理藏族人体内的红细胞生成量，那或许有助于解释藏族报酬什么能适应恶劣的保存情况。那一发现供给了一个生动的例证，向我们展现了人类若何在不太遥远的过去快速适应新情况。一项研究估量，那个有益变异扩散至大大都藏族人体内的时间距今不到3 000年——在演化长河中，那只是一霎时罢了。

在藏族人身上的发现，似乎印证了如许一种概念：自从大约6万年前（估量的时间范畴为5万年前～10万年前）人类走出非洲大陆后，在心理上已经履历过屡次如许的适应性改动。不成承认，人类对情况的良多次适应都含有“手艺”成分，好比为了抵御冰冷，我们造造出了衣服。但在史前时代，仅凭手艺底子不敷以处理流行症大范畴流行、高山上空气稀薄等情况难题。在那些情况下，人类对情况的适应只能通过遗传演化而不是手艺来处理。因而，我们有理由预期，对人类基因组的全面检测会发现良多比来才扩散至差别人群的新基因突变，原因则是天然选择——也就是说，照顾那些突变的人生出的孩子，会比其别人的孩子更安康、更有利于繁衍。

2004年，我和同事起头寻找那些影响深远的情况难题在人类基因组里留下的印记。我们想要弄清晰，在几万年前起头那次全球之旅后，人类是若何演化的。世界差别地域人类的遗传差别，在多大水平上是因为人们在天然选择的感化下为适应差别情况压力而产生的？那些遗传差别中，又有几是由其他因素形成的？得益于遗传变异研究范畴不竭前进的手艺，我们起头有才能解答上述问题。

研究证明，在人类基因组中，由十分快速而强烈的天然选择过程招致的基因突变几乎没有。相反，我们在人类基因组中看到的大部门天然选择，它们的发作过程似乎都要消耗好几万年的时间。一种看起来似乎经常发作的情况是：很久以前为了应对本地的情况压力，一种有益突变扩散至整小我类群体中，然后跟着那些人向新的领地迁徙，该突变也会被带到更远的处所。那些古老的天然选择印记在基因组中一呆就是好几千年，没有被新的情况压力所改动，那申明天然选择的发作过程远比科学家想象的慢得多。看起来，藏族人中的阿谁重要基因的敏捷演化可能只是一个特例。

做为一名演化生物学家，我时常会问：今天的人类能否仍在演化。我们当然仍在演化。只是，关于我们到底在如何演化，谜底则要复杂得多。典范的天然选择是如许的：一种有益突变像野火燎原一般，敏捷扩散至整小我类群体。但我们的数据显示，在过去6万年中，那种体例的天然选择在人类中其实其实不多见。那种演化体例凡是需要一些情况压力连结数万年稳定——一旦人类起头向全球迁移，手艺创造的速度起头加快，那种情况就不常见了。

上述发现不只加深了我们关于人类近期演化的领会，还让我们关于人类将来可能如何有了更深的认识。当前，我们面对太多的挑战，好比全球天气变革、流行症频发，天然选择发作太慢，不大可能给我们供给几帮忙，我们能依靠的就只要文化和手艺。

选择印记

在20世纪，科学家要想寻找人类祖先为应对情况变革而产生的基因突变，仍是一件极为困难的工作，因为做那项研究所需的东西还不存在。跟着人类基因组测序的完成，越来越多的基因突变成科学家所发现，那种场面发作了底子性改变。

从整体来看，任何两小我的基因组都极其类似，大要每1 000个核苷酸对里仅有1个差别。一个核苷酸对被另一个代替的DNA位点叫做单核苷酸多态性（SNP），每个SNP位点上的各个DNA片段就叫做等位基因。因为基因组中大部门序列既不编码卵白量，也不克不及调控基因表达，因而良多SNP可能都不会对个别产生明显感化。但是，若是一个SNP呈现在编码卵白量或者调控基因表达的区域时，就可能影响某种卵白量的构造和功用，或者影响该卵白合成的地点或产量。

当天然选择出格“喜爱”某个等位基因时，那个基因就会跟着群体的繁衍而变得越来越常见。相反，不受喜爱的基因则会越来越少见。若是情况不断连结那种形态，有益的等位基因就会扩散，曲至群体中的每小我都照顾着它——此时，该等位基因就算在群体中固定下来了。理论上，若是一个有益等位基因能付与个别极大的保存优势，在短短几百年内该基因就能在人群中固定下来；反之，若是它带来的优势其实不那么明显，则需要好几千年时间才气在人群中不变下来。

若是在研究人类近期演化的过程中，我们能够从古老的人类残骸中提取到DNA样本，然后以此逃踪有益等位基因是若何随时间变革的，那无疑长短常抱负的。但是，古老残骸中的DNA凡是会敏捷降解，从中提取DNA样本是行欠亨的。因而，我们和全球的良多科学家开发出了一些办法，通过研究现代人的遗传变异，去寻找发作在过去的天然选择感化的蛛丝马迹。

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一种战略是，阐发一个群体中差别个别的DNA数据，从中搜索仅有细微差别的SNP等位基因片段。当一种新的有益突变在群体中快速扩散时，染色体上与之相邻的DNA片段也会随之扩散，那个过程叫做“遗传乘车”。跟着时间的流逝，有益等位基因在群体中会越来越遍及，而与之相邻的中性或近于中性的等位基因也会越来越常见——它们几乎不会影响卵白量的构造和生成量，但会跟着有益等位基因一路遗传。成果，那个有益等位基因所在的基因组区域上，SNP位点的数量会很少以至完全消逝，那种现象被称为选择性肃清（selective sweep）。等位基因在天然选择感化下扩散时，在基因组中还会留下另一种完全差别的印记：当一个群体进入一种新情况时，若是现有的一种等位基因立即就能为他们供给很大的帮忙，那个基因纷歧定会引起“遗传乘车”现象，就能在该群体中变得十分遍及（但在其他群体中仍很稀有）。

多项研究已发现了数百个过去6万年间、也就是人类祖先走出非洲后，天然选择在人类基因组中留下的明显记号。关于此中的少数记号，科学家已经晓得它们代表了哪些选择压力，带有那些记号的等位基因又会给人类带来哪些益处。

在欧洲、中东和东亚的游牧民族身上，基因组中含有乳糖酶（lactase，能合成乳成品中的乳糖）基因的区域明显履历过高强度的天然选择感化。在大大都人群中，婴儿一出生就具有消化乳糖的才能，但断奶后，乳糖酶基因就会停行表达，以致于人们成年后就不再能消化乳糖。2004年，美国麻省理工学院的一个研究小组在《美国人类遗传学杂志》（American Journal of Human Genetics）上颁发文章称，据他们估量，在成年人体内仍有活性的乳糖酶基因突变型，仅仅用了5 000～10 000年时间，就在欧洲游牧民族中普及。2006年，现就职于美国宾夕法尼亚大学的萨拉·蒂什科夫（Sarah Tishkoff）指导的一个研究小组在《天然·遗传学》（Nature Genetics）上陈述称，他们在东亚游牧民族中发现了乳糖酶基因快速演化的证据。那些改动必定是对新的保存前提的一种适应。

在付与人们流行症抵御力的一系列基因中，我们也能看到选择印记。美国哈佛大学的帕迪斯·撒贝蒂（Pardis Sabeti）发现了一个比来才扩散到大大都尼日利亚约鲁巴人身上的基因，也就是所谓的LARGE基因。那很可能是约鲁巴人应对近期才呈现在本地的拉沙热（Lassa fever，急性病毒性出血热疾病）的成果。

迟缓的演化

上述例子和少数其他案例有力地证明，天然选择能敏捷促进有益等位基因的扩散。然而，关于其余几百个候选印记，我们还不晓得是什么情况前提促进了那些被选中的等位基因的扩散，也不清晰照顾那些等位基因会有什么感化。我们和其他科学家阐发认为，那几百个候选印记可能意味着，被研究过的那几小我类群体中，过去1.5万年里至少发作了好几百次快速的选择性肃清。但在一项更新的研究中，我和同事找到的证据表白，那些印记中的绝大大都其实底子不是在近期人类对本地情况的快速适应中产生的。

我们与美国斯坦福大学的同事合做，对大量SNP数据停止了阐发，而那些数据来自全球范畴内1 000小我的DNA样本。我们在研究带有选择印记的等位基因的天文散布时发现，大部门明显的选择印记都遵从三种散布形式中的一种，别离是“非洲外肃清形式”、“欧亚西部肃清形式”和“东亚肃清形式”。

那些肃清形式反映出一些有趣的问题：人类祖先的迁移对有益等位基因的全球散布产生了强烈影响，而天然选择几乎没有对那些散布做出任何调整，以使它与现代情况压力相婚配。

以SLC24A5基因的一种突变成例，它是招致肤色变浅最重要的基因之一。因为那是对光照强度降低的一种适应，因而有人可能会估计，该突变在人群中的呈现频次会跟着纬度升高而升高，它在北亚与北欧人群中的散布应该是类似的。然而，我们看到的却是“欧亚西部肃清形式”：从巴基斯坦到法国，那个突变及其“乘车DNA”在人群中都很常见，但在东亚人群，哪怕是在东北亚人群中，那个突变都几乎不存在。如许的散布形式意味着，那种有益突变基因是在欧亚西部人群与东亚人群的配合祖先分隔后，才在欧亚西部人群中产生并被带到该人群所保存的区域。因而，SLC24A5基因最后在人群中普遍呈现是天然选择的成果，但今天哪些人群还有那个基因，哪些人没有，在必然水平上则是由早期人类的汗青决定的（东亚人的浅肤色由其他基因变异形成的）。

对上述选择印记及其他数据停止的更深切阐发，揭露了另一种奇异的形式。一些等位基因的常见水平在差别人群中差别极大，例如说几乎所有亚洲人都有，却没有一个非洲人拥有的基因。有人可能会预期，天然选择在促进那些新的等位基因快速扩散时，会呈现很明显的“乘车效应”。但那些基因中的绝大大都都没有表示出那种效应。相反，那些基因似乎是在人类祖先走出非洲后的6万年里逐渐扩散的。

鉴于那些发现，我和同事认为，典范的选择性肃清——在天然选择感化下，一种新的优势突变在人群中敏捷固定下来，现实上很少发作于我们的祖先踏上全球游览之后。我们揣测，天然选择对单个等位基因的感化其实相对微弱，因而仅能迟缓地推进基因的扩散。如许一来，只要当情况压力数万年持续稳定的时候，大大都等位基因才可能在选择压力下扩散至整小我群。

继续演化？

我们的结论似乎自相矛盾：若是一个有用的等位基因实的需要50 000年而非5 000年才气在一个群体中遍及存在，那么人类为何能敏捷适应新情况？虽然我们理解得最充实的适应性变革都源于单基因突变，但绝大部门的适应性变革可能并不是以那种体例产生，而是由一些对基因组中上千或上万个相关基因具有暖和影响的基因变异形成的。

天然选择调理人类身高时，它的感化范畴很大，会改动成百上千个差别等位基因的呈现频次。就像俾格米人，他们生活在非洲、东南亚和南美的热带雨林中，在那些处所，矮小的身段更能适应营养物量匮乏的情况。若是每一个“矮身高基因”的普及水平都只能升高10%，那么大大都俾格米人就会在短时间内获得更多那类基因，整个群体的身高就会变得更矮。就算俾格米人的身高在整体上遭到了十分强的选择压力，感化在每个“身高基因”上的选择压力仍然有可能很弱。正因为如斯，多基因性适应不会在基因组中留下我们在研究中常看到的那些选择印记。

人类能否仍在演化？如今还很难找到天然选择感化于当今人类的证据。但是不难想象，人类有哪些性状可能遭到天然选择的影响。在开展中国度，疟疾、艾滋病等流行症给那些国度的人民施加了强大的选择压力。那些能让本地公众对那些疾病产生必然抵御的已知基因突变，可能就正在履历强大的选择感化，因为照顾那些突变的人存活几率更大，繁衍的后代可能也比没有那类突变的人多。

在兴旺国度，少少有人会在成年前夭折，因而遭到更大选择压力的，可能是那些影响人们生育孩子数量的基因。理论上，生育或繁衍行为中受基因突变影响的任何一个方面，都可能是天然选择的感化目的。

不外，与文化、手艺——当然，还有地球情况——的变革速度比拟，绝大部门人类遗传特征的变革都极其迟缓。并且，较大的适应性改变需要情况连结万万年稳定。因而，从今以后的5 000年里，人类所处的情况无疑会发作极大的改动，但只要基因组没有颠末大规模的报酬革新，人类大要仍然会是今天的人类，不会有什么变革。