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人本无节操之高原适应 精选

已有 13004 次阅读 2014-9-24 12:00 |系统分类:科研笔记| 藏族人, 高原适应, 丹尼索瓦人, EPAS1

还是忍不住要扒一扒Rasmus实验室刚发表的一个很有趣的研究发现。研究僧通道。如果你觉得论文过于枯燥,那就搬个凳子来,听我来给你讲个故事:


这个故事有两个讲法,正着讲,是玄幻小说的思路;倒着讲,是柯南探案,抽丝剥茧的思路。作为科研从业者,本人严(que)谨(fa)负(xiang)责(xiang),所以来个倒叙。


让我们把镜头对向西藏。是的,美丽的西藏,被誉为离天堂最近的地方,人间的净土(图1)。这是多少中二青年魂萦梦牵,誓要千里走单车,不惜血与汗也要抵达的目的地?小清新就此打住,作为上了年纪的靠谱青年,对你这番豪情,固然赞赏。但更要提醒你,上了高原可要注意高原反应,如果没有做好万全的准备,贸然上西藏,恐怕你能做的不是你想象中的触摸天空,却是呕吐头晕,浑身乏力,作为一个病号,呆在房间里渡过 (图2)。

图1. 大美西藏





图2. 中锋在黎明前死去。
 

你之所以有这番反应,是因为西藏海拔太高,气压低,氧气少,一般人上去都受不了。但是:问题来了——西藏人一直住在西藏,为什么他们没有高原反应?!


科学家试图从遗传的角度寻求这个问题的答案,挟基因组测序之利器,于是问:藏族人的基因组和汉族人的是不是有什么有不同,而这种不同的地方正好决定了藏族人能在西藏高原“自由地飞翔”,而汉族人一上高原成病猫?解决的方法“简单粗暴”(当然,只是看起来),抓来50个藏族人,把他们基因组一测(实际上只测了外显子),然后和住在低海拔的北京人基因组一比。哎,还真发现一个基因,EPAS1(图3)。为了说清楚这个问题,容我科普一句:基因组上基本每个基因,在人群中都有好多版本,假设基因是X,那么可能它有X-a,X-b……的版本 (平时经常看到报道说XXX有这个基因,而别的没有,这个有点扯淡,其实基因都有,只是版本不同,准确是该说“没有这个基因版本”)。当然这个EPAS1也有好多版本,并且在这个研究中有两个主要版本,叫做EPAS1-a和EPAS1-b吧。而是藏族人的这个基因基本都是EPAS1-a,而汉族人基本都是EPAS1-b。这个就有些绝了,因为基因组测了千千万,还是头一回看到这么绝对的情况:某个人群中的固定一个版本的基因。除了这点特别,这个基因还是个高原反应应答的基因,并且和血液内红血球含量紧密相关。于是科学家大胆断定:这个基因很可能就是帮助西藏人适应高原环境的基因!

图3. 唯独EPAS1基因在汉藏两族的基因组差距大。在对角线上表示藏族人和汉族人是一样的,越偏离对角线表示汉藏差异越大。


多说一句:藏族人和汉族人的血缘关系是很近的,就像是兄弟(姐妹)一样。如果拿欧洲小帅哥(小美女)来说事,那他是我们的远房表哥(表妹)。这个背景补充可以解答科学青年的一些提问。想看原始研究?传送门


后续有很多研究,除了印证上述结果,也有一些新发现,更加确证,这个基因极有可能是高原耐受的基因。相关研究一箩筐,若有兴趣,请自行Google.


但是故事并没有就这样结束。上文留下一个线索:汉藏两族血缘很近,但是这个基因差别很远。好奇的Rasmus和Emilia看着这个线索,深锁眉头,觉得有点怪。凭着他们对进化的理解,他们觉得这个不大可能。因为汉藏两族分化时间只有~3000年,短短的分化时间,不可能进化出如此大的差异。他们后来做了模拟,模拟结果显示,不仅汉藏两族的短短分化历史中不可能进化出这样的差异,甚至在人类走出非洲这10万年历史中也不可能进化出如此大的差异!他们的模拟结果得到了实际数据的支持:他们把全世界测序的人类基因组,亚洲人非洲人欧洲人美洲人的这个基因拿过来一看,果然发现藏族人这个基因版本鹤立鸡群,全球独版(图4)!这是一大奇观!

 图4. EPAS1基因在不同人群中的版本。藏族和丹尼索瓦人相似,和其他的差别很远。
 

接下来的第二大奇观要惊掉你的下巴了:这个基因版本在一片化石中找到!“众里寻他千百度,蓦然回首,那人却在,灯火阑珊处”。


继续科普,相信我一科普完,你会发现,刚才没惊掉的下巴要惊掉,惊掉的下巴再也找不回来了。


话说当日,Rasmus和Emilia一直苦寻着人类基因数据库,依然找不到这个基因的来源,甚为苦恼。直到有一天,另外一批科学家公布了一个古人类的基因组数据。时光再往前倒一倒:话说从前,有一群科学家,在西伯利亚阿尔泰山脉挖坑的时候,挖到了一票人类化石,其中有一片化石,是个小小的手指头(图5)。后来他们把他鉴定为丹尼索瓦人。丹尼索瓦人是啥?看(图6)。图上可以看到,现在所有的人类,可以归到第一支,称为”现代人类“,而丹尼索瓦人是另外的一个人种,已经在4万年前“断子绝孙”,灭绝了。与此有同样悲惨命运的,还有一个叫做尼安德特人的人种。捋清楚这几个人种的关系很重要!同时要注意,这里说的人种,是指不同的物种,可不是日常所说的人种概念。平常说非洲人和亚洲人是不同人种,而在这里非洲人和亚洲人作为同一个人种都归到第一支当中去了。如果明白了这一点,我们话头可以接回那片手指头化石了。结果有一批科学家把这个化石给磨碎了了!从里面提取了丹尼索瓦人的DNA!!然后把基因组给测了!!!(原始研究传送)当然,这个技术很牛B,按下不表,我们接回Rasmus和Emilia的苦苦搜寻,结果是:他们在丹尼索瓦人的基因组中找到了这个基因!

图5. 丹尼索瓦人化石(别只盯着钱看!)
 

图6. 现代人和部分古人类系谱图。  


看图(图4),看右下角,图中绿色的那个小圈圈是丹尼索瓦人的基因版本,粉红色是藏族人。这个基因,藏族人和所有人都远,只和丹尼索瓦人很近……


这个故事充满了巧合,想想如果没有那批挖坑的科学家,想想没有那比一分钱还小的一片手指头,Rasmus和Emilia深锁的眉头,永远无法解锁了。高原适应的谜题,也只能沉埋,不为人知。


而这个故事本身还有还多其他的精彩细节,也留下无限想象的空间以及研究的课题,有空再聊。好奇的小伙伴们,你们想想吧:那是不同的物种啊,这是怎么发生的?!图样图森!好吧,我就不做细节描述了,再写下去,就是“跨物种.avi”了,捂脸跑开~~




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