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我们不知道答案的125个科学问题(14)人类的出现

已有 1855 次阅读 2018-5-18 20:41 |个人分类:学术园地|系统分类:科普集锦| 科学问题, 人类出现

本系列不仅仅是Science杂志问题的个人翻译,而是试图给出一个答案的可能线索...... 

上接第13个问题:http://blog.sciencenet.cn/blog-318012-1089804.html 

题记:又一个生物领域人类自己的问题。人类面对自己,一个最为自然的问题就是人类如何产生?就如同一个刚刚学会说话的孩子,某一天站在镜子前就迫不及待地问父母,这家伙从哪里来的?而对地球上的生物来说,比人类还要久远的生物有很多种,但为什么只有人类这种物种最后进化成了人类,那么今天还有没有哪种物种会或正在进化成人类这种智慧生命?下面这个问题就是在做这样的探索:

14. 是什么基因的改变造就了独特的人类? What Genetic Changes Made Us Uniquely Human?

 每一代有思想的人类学家都希望致力于探索是什么东西让我们成为了人类。其中一个著名的古人类学家Louis Leakey(路易斯·利基)认为不是我们的肉体,而是我们使用的工具造就了人(马克思也这么认为:劳动创造了人类)。所以上世纪60年代,当他在坦桑尼亚的石头工具旁边发现了早期原始人科动物的骨头时,就毫不犹豫地将假定的那些工具制造者的物种标记为能人,也就是人类属种里最早期的成员。然而随后灵长类动物学家Jane Goodall(珍妮·古道尔)却发现非洲的黑猩猩们早就熟练地在使用这种类型的工具了,所以直至今天,研究人员还在争吵那种能使用简单工具的能人是否真的应该属于人类。而那些不喜欢“工具”的研究者则将注意力放在了人类之所以成为人类的自身物理特性上,例如双足行走(当然不包括鸡和鸭)、文化、语言、甚至幽默,当然还有我们生下来就显得特别大的脑袋。然而,不幸的是至少在某种程度上,这些特征在很多其他生物身上都可以被发现,比如黑猩猩也具有不成熟的原始文化,鹦鹉也可以说人话,一些老鼠在相互打闹中也能咯咯发笑,要说脑袋,人类的那个也不是生物中最大的。

图1 人类表征的进化

 那到底什么是没有任何争议的人类最独特的特征?毫无疑问,和每一个其他物种一样,人类所拥有的在漫长进化史上所形成的基因应该是独特的。所以现在看来,科学家们可以在一个更深的层次上来回答人类学的这个根本问题了,那就是:是什么基因的改变或拥有造就了独特的人类?

 随着人类基因组数据和灵长类动物基因组数据的不断积累,我们已经开始进入一个用基因将我们与其他近亲动物区分开来的时代。黑猩猩基因序列的草图已经发布,一个更细致的版本也有望在不久之后出现。猕猴的基因组计划也已基本完成,其他猩猩们的基因测序也正在进行之中,狨猴的基因组计划也在最近获得批准。所有的这些都努力都将有助于揭示人类祖先的基因型在灵长类物种中的关键位置。

 尽管大量的统计数据表明我们与黑猩猩的基因仅有1.2%的不同,但人类和黑猩猩的这个遗传差异却可能是影响非常深远的。每一百个碱基对里改变其中一个就可能会影响到成千上万个基因序列,如果再算上基因的插入和缺失,这个百分之几的差异就会变得非常巨大。如果我们记录人类和黑猩猩之间4000万个序列可能存在的全部差异,那它又能意味着什么呢? 它们中的许多差异可能只是600万年遗传转移(genetic drift)的结果,其对体征或行为的影响小之又小。而其他一些小的改变,或许只是一些可控的未编码序列的调整,却可能会造成极其显著的后果。或许这些差异中的一半决定了黑猩猩和人的差异,那我们怎样将它们全部区别开来呢?

图2 类人生物的脸谱和脑容量比较图

 一种方法是集中于那些在遗传中通过自然选择被人类的偏好所保留下来的基因。寻找人类和其他灵长类动物DNA中基因选择差异的研究工作已经发现了几十种不同的基因,尤其是那些涉及到宿主-病原体相互作用、生殖以及嗅觉和味觉等感官系统方面的基因差异。

 然而并非所有这些基因的差异都有助于我们从本质上区分人类和猿类兄弟姐妹的差别。人类的基因组显示,我们曾经进化出对疟疾的独特反应,但对疟疾的独特防御能力却并不能作为我们成为人类的标志。所以一些研究人员采用临床诱导基因突变的方法,去损害人类的某种关键特性,然后追踪突变基因的遗传进化,从而辨认出了一些诱人的基因。例如, MCPH1和ASPM基因发生突变时会导致头小畸形,而FOXP2突变则会引发言语缺陷。这三种突变都能显示出人类遗传进化中的选择迹象,但是黑猩猩却没有这种遗传选择。因此,它们可能在人类较大的脑袋和较强的语言进化过程中扮演着重要角色。

 但是,即便是有这样的基因辨识,我们也很难完全确定它们是如何起作用的。基因敲除实验,虽然是一种揭示基因功能的经典方法,但由于明显伦理的原因,在人和猿类中不能随便使用。所以许多要求对人类和猿的基因组进行大量比较分析的研究工作必须要经过漫长的数据等待和积累。当然另一些研究人员也正在推动一个所谓的“大类人基因表型匹配项目”计划,目的是从不断积累涌入的基因组的大数据中,匹配基因组数据与类人猿表现信息的对应,从而设法找到更多与类人物种表观特性信息对应的基因。而其他研究者则认为,通过挖掘人类的自然变异,将活着的人的基因突变与生物学和行为上的细微差别联系起来,能更好地找到何种基因在起作用的真正线索。而这两种战略都将面临复杂的逻辑和伦理的问题,但似乎都有望取得一定的进展。

图3 现代人类社会的原始部落遗迹

 然而,对人类所独有的特性的全面理解无疑不能仅仅通过DNA来完成。科学家可能还要最终会回到那些长期争论的人类的特性上面,如人类拥有复杂的语言、文化和掌握着复杂的技术,在这些因素上,后天的培养和先天的东西都对人类进化起着重要的主导作用。我们现在虽然处于可以利用基因组对生物特征进行深层次分析的时代,但我们依旧要明白,造就人类这种独特物种所需要的东西可能不仅仅决定于基因本身,还必须结合基因之外的其他东西,比如除了我们人类所拥有的语言能力、文化特征和使用的技术工具,还必须考虑人类进化为智人过程中独特的地球环境和生存条件所造就的让人类拥有产生强大神经细胞的基因,它的存在使人类才形成了其他物种所无法比拟的记忆能力。所以只有综合各方面的因素找到这些人类独特性所对应的基因,我们才可能回答人之所以成为人的真正原因。

ELIZABETH CULOTTA(张林编译)

下一个问题将揭开人脑记忆的谜团,敬请期待..........



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