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文化如何影响人类的基因

2015-01-12
文化,基因
文化如何影响人类的基因?
秦鹏 发表于 2014-04-17
(文/Jason G. Goldman)我们的祖先进食、烹饪、探险,以及互动的方式对我们的基因传承造成了重大的影响。那么现代文化又将如何影响我们留给后代的基因遗产呢?

本来你应该不能喝牛奶。你的祖先就不能。人类成人饮用牛奶而不会造成不适是最近9,000年里才发生的事情。儿童能够正常消化牛奶,但是仅仅在我们有了乳畜业之后,成人才获得了同样的能力。

发展乳畜业的文明影响了人类的乳糖耐受能力。图片来源:shutterstock友情提供

研究证实,曾经发展乳畜业以及饮用牛奶的文明,人们具备乳糖耐受及其对应基因的比例要远高于没有上述历史的文明。

饮用牛奶是传统和文化实践能够影响我们演化之路的例证之一。文化和遗传原本被认为是两个各自独立的过程,但是研究者们越发意识到二者是紧密相关的,互相影响着对方的自然演进。科学家们称之为“基因-文化协同演化”。这有何重要性?如果能够确定文化影响我们的基因构成的方式——以及发生在其他生物身上的相同过程,我们就能够更加深入地理解,作为一个社会,我们现在的行为方式将如何影响我们的未来。

另一个文化影响基因的例证是大薯种植与疟疾抵抗力之间的关系。在非洲大部分地区,人们都在与疟疾进行着经久不息的抗争。根据美国疾病控制与预防中心(CDC)的统计,2010年全世界报告了约2.19亿个疟疾病例,66万例死亡,超过90%的死亡病人生活在非洲。

然而,有些人似乎有天然的抵抗力。他们的红细胞不呈正常的扁平碟状,而是像个新月或者镰刀。因为红细胞形状古怪,镰刀型红细胞疾病可能会导致血管阻塞,继而造成疼痛和器官损伤。正常情况下,演化会尽量减少镰状红细胞疾病的数量,因为它危害很大,会降低预期寿命。然而由于生物学上的机缘巧合,镰刀型红细胞实际上能够保护患者免遭疟疾。因此在世界上疟疾感染率极高的一些地区,比如非洲,自然选择实际上可能倾向于保留镰状红细胞。在生命的赌局里,对疟疾的抵抗力是更受欢迎的,哪怕可能要付出罹患镰状红细胞疾病的代价。

镰刀型红细胞(Sickled cell)与正常红细胞(Normal cell)。镰刀型红细胞影响了疟原虫对红细胞的寄生。图片来源:2012books.lardbucket.org

有趣的地方到了:种植大薯的社区镰状红细胞基因的携带比例要远高于附近采取其他农业活动的社区。而为了种植大薯,树木必须被砍倒。“去除树木无意间增加了雨后积水量,而积水为携带疟原虫的蚊子提供了更加舒适的温床。”圣安德鲁大学生物学家凯文·勒兰德(Kevin Laland)在《自然综述遗传学》(Nature Reviews Genetics)上发文称。更多的蚊子意味着更多的疟疾,这就造成了让镰状红细胞成为适应性状的环境。

所以,镰刀型红细胞疾病提供了针对疟疾的保护,而独特的人类行为——种植大薯——则令演化采取了行动。

不过,并非所有的基因-文化协同演化都是有益的。比如,波利尼西亚人中II型糖尿病格外流行,其患病比例在全世界范围内位于前列,甚至高于临近的人类社群。一组研究人员发现波利尼西亚人PPARGC1A基因突变率格外高,这可能至少部分地解释了II型糖尿病的高发病率。

为什么这种疾病偏偏对他们如此“青睐”?研究者认为这可能与他们祖先的探险文化有关。波利尼西亚人定居太平洋岛屿的过程中,忍受着空旷大洋上的漫漫征途,面对着寒冷与饥饿的压力。这种情况可能促进了“节俭新陈代谢”的形成。这种新陈代谢使人能在有食物的时候更快地建立脂肪储备。自然选择可能增加了波利尼西亚人相关基因变异的比例。然而这种对探险者有用的新陈代谢类型在营养源稳定而充足的现代社会可能会导致肥胖和II型糖尿病。因此现代波利尼西亚人继承了II型糖尿病高发病率,也许并不是因为他们采取了久坐不动的生活方式,而是因为他们的祖先决定飘洋过海探索他们的星球。

波利尼西亚人祖先的探险文化可能造成了现代波利尼西亚人II型糖尿病的高发病率。图片来源:Wikimedia Commons

上面的例子也许最有助于人们理解基因-文化协同演化,但是研究人员找到的例证远不止于此。我们对植物的驯化可能帮助我们获得了分解所食用植物中特定有毒化学物质的能力;我们探索新的疆域和陌生气候的历史可能令我们比祖先更能忍受极度炎热或寒冷;烹饪的发明可能改变了我们的下颚肌肉和牙釉质的演化;语言和复杂社会认知的出现可能触发了进一步引领我们的脑与神经系统发展的自然选择。

人们很容易认为文化影响基因是人类独有的现象。然而一些动物至少拥有最基本的文化,如果认为它们的文化不会像我们的一样影响它们的基因,那就不太明智了。澳大利亚鲨鱼湾的海豚身上可能正在发生这样的事情。

一队研究人员曾经在新南威尔士大学生物学家安娜·考普斯(Anna Kopps)的带领下研究鲨鱼湾西部的宽吻海豚。这种海豚有一种著名的捕食方式“顶海绵”:它们埋头海床寻找食物时会顶着一块海绵来保护面部。这不仅是动物使用工具的一个激动人心的例子,还是文化传播的证据。

顶着海绵的海豚。图片来源:livescience.com

考普斯指出,这种行为“几乎只会通过社会学习从母亲传递到她们的后代”。这意味着这种行为与幼年海豚继承自母亲的基因组之间存在紧密的相关性。

与人类中乳糖耐受、疟疾抵抗和节俭新陈代谢的例子不同,这种关联未必是文化行为改变基因材料的证据。不过这仍旧暗示着事情可能没这么简单:海豚的文化行为可能以某种方式为自然选择创造了一个展现威力的机会。

文化继续迅急地影响着我们自身的演化,但是要对此做出预测目前基本上是不可能的。我们的技术文化将会带来怎样的遗传适应?而那种适应将发生于所有人还是仅仅部分人?自动假肢或者神经植入之类的人机界面会怎样影响我们的基因池?一些文化对暴力运动的偏好会不会导致抵御头部创伤的适应?还有哪些问题是我们甚至还没有意识到应该提出的?

我们不能再把遗传和文化看成互不影响的两个分立实体了。困难在于辨别其中一个是否以及如何影响另一个。“这是基因-文化协同演化领域面临的巨大挑战,这个挑战难以对付。”勒兰德写道,“尽管如此,像乳糖耐受那种受到了充分研究的例子,不仅证明了基因-文化协同演化确实存在,还展示了确认这一点的方法。”
编译自:Jason G. Goldman. How Does Human Culture Influence Our Genetics? io9.com
文章题图:commons.wikimedia.org

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