中國家族基因樣本揭示人類進化突變率

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近日，《當代生物學》雜誌發表了一篇與人類進化突變率相關的論文。該論文由英國韋爾科姆基金會桑格研究所、中國人民解放軍總醫院、深圳華大基因研究院等機構聯合發表，並引起了眾多媒體的關注。英國《自然》雜誌、美國《科學日報》相繼重點報導了這一發現，《自然》雜誌評論說『這是人類首次直接測出人類進化突變率』。

『研究成果是一個意外，我們的初衷本來是尋找一個家系的某個遺傳學改變，但是卻意外地催生了這個關於突變率研究的專案，它讓我們窺視到了進化突變率的某些真相，真是無心插柳柳成蔭。』 論文第一作者，英國桑格研究所的薛雅麗博士告訴《北京科技報》。

進化是所有生物的必經之路，人類也是經過了千百萬年的演變，才與環境相適應的。事實上，人類到今天為止，也沒有停止進化的腳步。而所謂進化突變率，就是指在相同時限內，同一生物類群中，各種性狀演變的快慢，或出現分類群的多少。過去，科學家只能通過考古研究等方法對進化突變率進行推測，但是，基因突變速度的研究卻為這個疑問提供了標準答案。

薛雅麗告訴記者，這次偶然的發現源於她在英國桑格研究中心時，看到的一份來自於中國的特殊的基因樣本。

在江西省蓮花縣的一個小山村中，生活著一個延續了一百多年的龐大的耳聾家族。遺傳性耳聾家族專家王秋菊對這個家族進行了深入的調查。之後，專家找到了隱藏了一百年的基因肇事者。家族中的一些女性身體內攜帶了致病基因，雖然她們自己並不耳聾，但是卻可以把致病的耳聾基因傳遞給後代，在男性後代中爆發。

王秋菊把這個遺傳耳聾基因命名了一個新的基因座位，並且獲得了國際人類基因組命名委員會的認可。而英國桑格研究中心的研究人員看到的正是這份基因樣本。

薛雅麗博士和她的同事們注意到，這個家族中的兩名男性，在13代以前是同一個祖先，他們都是耳聾患者，也就是說，他們都遺傳了這種基因突變。如此樣本非常珍貴難得，因為在現代社會中，很難如此湊巧地找到兩名隔了漫長時間之後，還能確認來自同祖的人，並且他們身體內都帶有某種明顯的突變基因。通過檢測他們的基因，也許就能准確地驗証人類染色體上核甘酸突變的速率。

在電影《X戰警》里，發生突變的變種人，均uN表了一種進化的可能性。人類可以通過突變，進化成上天入地、刀槍不入的超級人類，而電影中的突變現象同樣暗示著，這些變化是沒有規律可循的，完全隨機。薛雅麗解釋說：『儘管「突變」一詞常常和可怕的遺傳疾病聯繫在一起，但事實上，絕大多數突變是人類的「好朋友」。因為突變所產生的遺傳變異是自然選擇和進化的溫床。沒有突變產生的遺傳變異，就沒有達爾文的進化理論和自然選擇學說，當然也沒有人類進化。

研究組對這份基因樣本進行研究時，共發現了12個核甘酸的突變。但是，其中8個是受外源因素影響出現的，只有四個突變是在傳代過程中產生的。 因此，經過13代人的累積，在約1千萬個核甘酸中僅有4個真正的突變。這個進化突變率的得出恰恰印証了之前科學家對於進化突變率的猜測。作為人類遺傳學和醫學遺傳學領域非常重要的一個基本參數，知道了准確的進化突變率就能讓科學家確切認識到人類自身在以什麼樣的步伐向前進化。

桑格研究所人類進化研究組克里斯‧泰勒史密斯博士對《北京科技報》說：『進化突變率可以讓我們更加精確地標記出人類進化的時間z隢蛂C也就是說，人類在過去的進化史上各個時間段都發生了怎樣的變化，都可以通過這個專案的成果，來進行更准確地定位。比如史前移民是從哪個地方遷移到世界各個角落的。』

大量考古化石的發現，已經讓我們確定，人類在20萬年前到5萬年前是進化的關鍵時期。這一時期的進化最為明顯，人類漸漸發展出與現代解剖學相似的體貌特徵，發展出了大量複雜的技術，使用了更多更廣泛的材料，運輸距離也更加遠。在10萬年前左右，人類的藝術創作首次出現，廣泛應用赭石色。而大約在5、6萬年前，這些已經非常接近現代人的人類，已經從非洲向外擴散，散布到了世界各地。

但是考古證據無法揭示的還有很多人類體質進化的細節，基因公正而誠實地一代代傳遞著遺傳資訊，直到發生突變。基因考古讓我們可以從現代人的基因中推理出過去。在桑格研究所的研究中，對亞洲人的系統分析發現，他們之間v陬菻雂j的不同。東北亞人人口擴張的時間v迨_南亞地區，東北亞人大約在25000年前開始擴張，而南亞人在稍晚的時候才開始擴張。

進化突變率可以推算出人類進化史上一些重大的事件，而更為細節的進化則需要對某一個突變進行具體研究後，再配合基因速率進行推算。

美國芝加哥大學人類遺傳系教授華裔科學家藍田曾經對人類大腦的進化進行研究。他認為，正是基因突變導致人類腦部y韝j和更聰明。通過對微腦磷脂基因和ASPM基因突變率的估算，他指出，在大約37000年前人類大腦基因發生突變，出現微腦磷脂基因。通過配合基因速率的研究，藍田發現，出現這個突變的時期，剛好是人類開始在洞穴作畫之時。而另一次突變估計在5800年前，出現了ASPM基因，主要表現在中東和歐洲人身上的突變，此時剛好趕上城市和書寫文字的發展。

藍田告訴《北京科技報》：『我們當時還只能採用另外一種方法估算這個突變的時間。我們對人群中所攜帶的某種已知的突變基因片段進行測序，再比較不同的人群攜帶的這種基因的序列差異有多大。這種差異可能是萬分之幾，然後根據此前估算出的突變率進行計算，我們就可以知道這些片段的共同祖先是什麼時候的。就好像《三國志》的手抄本，在每一次抄寫中都可能出現一些錯誤，如果我們知道了每一次的錯誤幾率，就能倒推出最早的手抄本是什麼時候。我們採用的是不同的方法，而現在得出的這個突變率在這種計算中就可以用得上，它提供了更准確的數字。』

藍田教授認為，突變率和進化突變率還是有區別的，突變是功能進化的前提，但大部分的突變是中性的，有正面或負面的突變非常少。當然在突變率越高的時候，進化可選擇的原材料也就越多，就會影響進化的速度。

儘管我們現代人已經具備了非常漂亮的面容和矯健的身體，人類卻依然要不停適應各種外界環境的變遷，只是人生百年，實在太短。需要經過上萬年的積累才能看出人體明顯的表型變化。

薛雅麗介紹說，比如在非洲人的基因組里，存在抗愛滋病和抗瘧疾的遺傳變異，但是亞洲和歐洲人卻沒有。再比如，雖然牛奶既可以增加鈣質，也可以提供給身體很多其他營養。但是很多亞洲人不能喝牛奶，因為這些人的體內幾乎不能合成一種被稱為乳糖黴的糖類消化黴，不能將牛奶中的乳糖分解為可吸收的物質。但是，大部分歐洲人沒有這個問題。薛雅麗告訴《北京科技報》：『慣于飲用乳制品的歐洲人，體內乳糖代謝黴的活性與亞洲人不同，這是由於過去一萬年間，奶制品是歐洲人們的重要食品之一，體內乳糖代謝黴的活性高，有效地代謝乳糖對於歐洲人是一種選擇優勢，因而決定這種表型特徵的遺傳變異在歐洲人中保存下來。』

同樣，如果讓習慣進食肉類的歐洲人像亞洲國家的人一樣每天吃麵條和饅頭以及米飯，也會給他們帶來困擾。因為中國和許多亞洲國家的人群的唾液澱粉黴的活性高於其他人群，這也是由於澱粉類食物是亞洲很多國家的重要食品之一。

除了食品之外，其他眾多環境因素，包括過熱、過冷、病原菌以至於人們的審美偏好等等都會作為自然選擇的壓力，對現代不同人群的遺傳變異特徵起到重要作用。

人類將來的進化方向可能是什麼？我們會變得更有力，還是會更孱弱？是變得更漂亮，還是變得更醜陋？

『有一點是可以肯定的，就是異性目光對相貌的選擇，也就是性選擇，這肯定是人類進化的一個重要影響。』藍田說。

現代科學的研究也証明了性選擇對於人類長相進化舉足輕重的影響，英國科學家的一項最新研究表明，具有寬大下巴、醒目的臉頰以及寬大眉毛等面部特徵的遠古人類對異性更有吸引力，這在人類面部進化過程中起到了重要的作用。而現代男性則很好地繼承了這一優良傳統，得到更好的交配繁衍的機會。通過研究人類祖先的化石，英國自然歷史博物館的科學家們發現，男性在進化過程中，眉毛和上嘴唇之間的距離逐漸縮短，這一改變使他們的下巴慢慢增大，臉頰和眉毛也逐漸凸顯出來。

『人類肯定會選擇更符合他們審美標準的另一半，其實這可能都不需要科學家去研究，普通人都可以想得到。』藍田舉例說，也許淺膚色將是外貌進化的一個方面。以前，在炎熱的地區淺膚色是很危險的，但由於科技的進步，服裝就可以抵御強烈的紫外線，那麼人們對淺膚色的喜好可能就成為一種進化趨勢。但是，人類所處的環境是非常複雜，如果想要對進化方向作出具體的判斷依然顯得證據不足。

『就像人類和細菌在幾十億年前是一個物種一樣。』藍田說，只要人類不毀滅，這種分化是遲早要發生的。但是，現在人類的很多進化是人為干預的結果。比如改變基因，這可能讓人類進化的速度加快上百倍，因此進化的方向科學家無法預測。

『自然選擇和人類進化是無方向性的，也是不可預測的。它是遺傳變異和各種環境因素相互作用的結果。而且這種相互作用又存在很大的隨機性。同一種遺傳變異或表型特徵在不同時間、不同環境，可以具有選擇優勢，也可能是一種劣勢。』薛雅麗表示，最典型的例子應該是『節儉基因 (thrifty gene)』，該理論是1962年詹姆斯尼提出的，是說在過去人類以採集和捕獵為主要手段獲取食物的時候，食物常常非常有限。因而能夠有效利用食物，更好地儲存能量的遺傳變異或基因類型是一種選擇優勢。但是，現代人在食物供給豐富情況下，具有這種基因類型的人會在體內儲存過多的脂肪，更容易形成肥胖和糖尿病等和食物能量代謝有關的疾病。

『簡而言之，有些人很容易發胖，有些人則不會，實際上那些容易發胖的人原本應該是進化的優勢者，但是環境變了，他們反而因此感到困擾。』她說。

『人類進化的腳步是不會停止的。我們還面臨很多挑戰。擁有不同基因背景的人適者生存的幾率不同，後代的數量也不同，總之人類會朝著更加適合的方向進化。但未來是無法預料的，因此我們並不知道進化的路線或者我們在未來會長成什麼樣子。』 克里斯‧泰勒史密斯博士告訴《北京科技報》，因為我們大部分的基因都只是起到非常小的生物功能，或者根本沒有。只有非常偶然的，這些突變會導致一些基因疾病，更偶然情況下，這些突變是對我們有利的。突變的出現是隨機的，因此我們也無法預測在未來會發生什麼。

薛雅麗表示：『在過去自然選擇和人類進化的研究中，科學家們取得了很多驕人的成績。由於自然選擇和人類進化是一個非常複雜的過程，因而在我們基因組尋找這樣的證據和信號仍是一個很大的挑戰。隨著科學技術的推進，越來越多的像『千人基因組計劃』這樣的國際合作專案將為研究自然選擇和人類進化提供極其有價值的資料，從而使我們更好地認識人類進化的歷史。』