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《一万年的爆发:文明如何加速人类进化》传染病

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饮食变化肯定不是农业带来的唯一变化。农业生活方式彻底改变了人类传染病,然而不是往好的方向。

农业生活方式带来的人口增长使人类日益群集,而农业本身使人们转向定居生活。堆积的垃圾和被生活废弃物污染的水源使传染病扩散。从事农牧业使人类跟动物共同生活。此前我们已经有虱子和肠道蠕虫来凑热闹了,现在我们还有了老鼠和田鼠,它们到处散播可怕的疾病,比如斑疹伤寒和腺鼠疫。

人类密度和病菌携带者的数量变化使得疾病的普遍程度有了质的变化,不仅旧日的传染病如今成了更严重的威胁,而且全新的传染病也相继出现。

大部分传染病都需要一定的人口基数,人口数量和密度低于这个基数的时候这些疾病无以为继。麻疹是一个典型的例子,它通常感染儿童,感染期在10天左右,病人在此后会得到终生免疫。麻疹病毒(副粘病毒)的存活取决于它们能不断找到未受感染的人,也就是更多没得过麻疹的孩子。麻疹只能在大数量、拥挤的群体中流传,如果人口数量太少或者居住太分散(比如住在一起的人群少于50万),那么麻疹病毒就没法及时找到足够未受感染的儿童继续传播,它们很快就会灭绝。这意味着麻疹(至少是我们今天知道的形式)在农业到来前不可能存在,因为世界各地都没有足够大的群居人口支持它的传播。(水痘病毒就不同了,病人痊愈后它也可以在神经系统中留存,并在晚年以带状疱疹的方式再度出现,让人非常痛苦。而孩子们有可能从他们祖父母那儿感染水痘,真是所谓的生命循环!由于水痘病毒的临界人口少于100人,流行病学家认为它或许已经存在了很长的岁月。)

农业的新生活环境带来的可不只是麻疹。许多狩猎兼采集者时代完全不存在的疾病如今也在繁衍生息。许多其实是已经存在的人类传染病的一些比较温和的变异版本,其他的则(大部分)来自动物,尤其是人类驯养的动物。再晚些时候,随着贸易和旅行的增多,不同文明间交换了许多本地疾病,带来了一些毁灭性的结果。

所以说,传染病给从事农业者带来的威胁要远远大于它们带给狩猎兼采集者的,这意味着在这方面农牧业者经历了更强的选择压力。他们最终演化出了比他们新时期时代的祖先更有效的抵御传染病的基因;而这些抵御机制也比狩猎兼采集者所拥有的要远远有效得多。

其中人们最了解的基因抵御机制是保护人们免遭恶性疟疾的机制。疟疾分许多种,而恶性疟疾是其中最致命的。增长的人口密度和刀耕火种的农业方式有利于这种疟疾以病毒形式传播。在非洲这一趋势尤其不乐观,在那儿更喜欢叮人(而不是叮动物)的蚊子演化了,更有利于这种致命疾病的传播。

在恶性疟疾流行了很长时间的地方(主要是旧大陆的热带地区),人们普遍演变出遗传抵御机制,而这些抵御机制的副作用可以解释大部分来自这些地区人口的遗传疾病。我们如今知道许多关于疟疾抵御的知识,因为它们会引起疾病,但更多的时间和努力被花在医学研究上而不是理解疾病的进化基础上。这也不足为奇,因为在热带地区这些疾病一直非常棘手。然而研究这些医学症状的根本机制也许是很值得的,在医学研究中加入关于演化的思考事实上很可能会有实际的回报。

最重要的抵御疟疾的变异是那些改变了红血细胞的一些特征的变异。这些红血细胞是疟疾寄生虫的首要目标,通常是些血红蛋白分子[例如镰状细胞血红蛋白(HbS)、血红蛋白C(HbC)、血红蛋白E(HbE)、α型和β型地中海贫血、美拉尼西亚卵形红细胞症和葡萄糖—6—磷酸脱氢酶(G6PD)缺乏症]。我们同样知道一些等位基因(比如血型糖蛋白C在新几内亚的变体[1])几乎肯定能抵御疟疾,但同时又不会诱发明显的附带疾病。事实上,那些最广为人知的但同时会引发其他疾病的疟疾抵御机制(比如镰状细胞)显然只是冰山一角。

这些代价高昂的疟疾抵御机制(有严重副作用的抵御),远远比随机出现的变异引起的单一遗传疾病要更常见。大约4亿人(占世界7%的人口)患可能引起严重后果的葡萄糖—6—磷酸脱氢酶(G6PD)缺乏症。大约有25万儿童生来就有镰状细胞贫血症(这可是非常严重的),同时有大约2万男孩是生来就有假肥大型肌营养不良症,是最常见的细胞变异驱动的遗传疾病中的一种。[2]

这些疟疾抵御机制变得常见,因为它们让携带者(携带一套基因变异体的人们)获得优势;然而,它们也会给携带两套基因变异体的人们带来各种麻烦(从温和的到致命的麻烦)。这是很独特的:我们很少见到其他功能上有如此残酷的适应性变化。比如,人类很少会有一种等位基因,让携带者跑得更快,却让携带两份的人变得跛脚。通常,基因以高效和协同的方式一起工作。我们认为这个例子中出现的遗传学上的混乱可归因为恶性疟疾并不是一种有很长历史的病症,这如今我们都很清楚了,它的历史可能短到只有4000年的程度。看起来抗疟疾的其他遗传抵御机制也是同样的。比如说,非洲主要的葡萄糖—6—磷酸脱氢酶缺乏症就只有大约2500年的历史,泰国的血红蛋白E病只有大约2000年历史。[3]

针对恶性疟疾的适应是晚近而且是区域性的,出现在旧大陆的热带和亚热带地区:生活在亚欧大陆较冷的地区、澳大利亚和美洲大陆的人们要么从未接触过疟疾,要么是在更晚近的时期接触到。疟疾重塑了人类基因组,但只是在某一人群中。它一直是过去几千年中使人类群体产生差异的其中一种力量。

疟疾抵御机制只是一个更广泛分布的现象中的一个例子。近期的全基因组扫描分析结果表明,还有更多疾病抵御机制引起的遗传改变存在。而同样的,这些适应性变化的程度在每个地区都是不一样的。

有时与病原体防御和免疫系统有关的新等位基因能迅速达到很高的频率,这样的例子我们见得不少。这些等位基因的功能包括产生抗体、控制白细胞攻击入侵有机体和受感染细胞、产生基因抵御病毒感染、与诸如幽门螺杆菌(引起胃溃疡和胃癌的细菌病原体)的病原体进行细胞间相互作用。再次强调,许多此类变化都是区域性的。但即便在我们开始发现这类新的抵御机制之前,很明显这类现象一定是存在的,因为一些人类群体曾比另一些更容易受到诸如天花和流感一类疾病的伤害。

是时候再来谈这老掉牙的论调,说人类群体间生物学意义上的差异是“肤浅的”,仅仅停留在表面,这是不对的。我们看到由基因引起的差异在各种功能上体现,而且此类差异中的每一种都重要到能引起适应性的显著提升(体现在后裔数量上)——否则它也不可能在区区数百万年间就达到很高的频率。它们绝不仅仅是引起诸如发色、肤色、鼻形等表面的变化,而即便明显只是表面上的差异,有时也会起重要的影响。其中一些差异绝非仅仅停留在表面或是不重要的,它们显著影响出现此类表征的人群,有时是以无法预料的方式产生影响。它们在历史进程中曾经有关键的影响,其中一些如今依然在影响着许多遗传事件的进程。

曾经历过不同生态史的群体会有不同的进化响应。以传染病为例,在旧大陆主要的几个人类群体聚集的中心地带,那儿的人群会演化出种种最强的抵御机制。与旧大陆上传播的疾病隔绝的人类群体则无从演化出此类保护机制。

比方说,美洲印第安人就只经历过很少的传染病。其他与旧大陆隔绝的群体情况也类似,比如澳大利亚原住民、波利尼西亚人和安达曼群岛岛民:他们没有经历过传染病传播的千万年,没有演化出大多数旧大陆居民所具备的强化抵御能力,在与更广阔的世界的接触过程中纷纷遭遇剧烈的打击。