⼈类的惊⼈适应进化⽣物学家早已知道,当条件适当时,⾃然选择可以迅速发⽣。在⼯业⾰命期间,颜⾊突然发⽣变化的桦尺蠖就是一个经典例⼦——在短短⼏⼗年时间⾥,浅⾊的桦尺蠖在⾃然选择的⼒量下,颜⾊变得越来越深,可以更好地适应被煤烟覆盖的栖息环境。
在⼀篇于近期发表在《⾃然》杂志的研究中,⼀组科学家通过分析从数百年前死于⿊死病时期的遗骸中提取到的古DNA,发现了⿏疫在欧洲⼈的免疫系统上留下的印记,表明⼈类在⾯临重⼤的选择压⼒时,也能以惊⼈的速度适应。
能抵御⿊死病的基因变体⿊死病是有记录以来造成最多⼈死亡的单⼀事件,这是⼀种由⿏疫耶尔森菌(Yersinia pestis)引起的致命的传染病。
在⼤约1346年⾄1350年之间,这种疾病在短时间内夺⾛了当时欧洲50%的⼈⼝的⽣命,对⼈类产⽣了巨⼤的影响。发表了这项新研究的遗传学家们想要知道,如此致命的⿊死病,是否有可能在受感染个体的基因组中引发了⼀场⾃然选择?换句话说,⽣还者是否携带了某些特定的基因变体,使他们⽐那些被⿊死病杀死的⼈更有可能幸存下来?
其实⼀直以来,都有科学家都怀疑在⿊死病期间,是否可能出现了⾃然选择,但苦于没有对⾜够多的样本来进⾏精确的测定,⽽直接观察现代⼈⼝⼜很难证明这⼀点。因为从那⿊死病时期到现在,⼈类不得不⾯对的其他选择压⼒有很多。解决这个问题的唯⼀办法就是缩⼩取样的时间窗⼝。在新研究中,研究⼈员从伦敦和丹⻨的516个遗骸中提取了古DNA样本。
这些遗骸的主⼈死于1000年⾄1800年之间,是在⿊死病之前、之中、之后被埋葬的⼈。研究⼈员猜测,在这些⼈的体内,有些基因变体很有可能经历了⾃然选择。携带这些的⼈⽐不携带的⼈更容易存活下来,并留下更多继承了这种保护性基因变体的后代。他们检测了样本中与免疫相关性基因和⾃身免疫以及炎症疾病相关区域的DNA⽚段,并确定了对⿏疫耶尔森菌有反应的4种基因。
携带部分或全部这些基因变体的个体,能够更有效地抵御⿏疫耶尔森菌,或增强对⿏疫耶尔森菌的易感性,因此在感染中有着更⾼的存活⼏率。
能增强免疫,也能带来疾病在实验室中,研究⼈员⽤⿏疫耶尔森菌感染了携带这些不同基因变体的⼈类细胞。在后续的观察中,他们发现有⼀个名为ERAP2的基因变体⾮常突出,这种变体的出现频率出现了增⻓。
研究⼩组将注意⼒集中在ERAP2上,并发现,当感染了⿏疫耶尔森菌时,携带ERAP2变体的⼈的免疫细胞,⽐不携带ERAP2的免疫细胞能更有效地杀死细菌。他们计算出,ERAP2变体能够将在⿊死病中存活的可能性提⾼40%。不过,科学家也发现,虽然ERAP2对⿊死病具有抵御作⽤,但它在现代⼈群中也与⼀些⾃身免疫性疾病有关,⽐如它是患克罗恩病的一种已知⻛险因素。
虽然这种⻛险的增加与在⿊死病情况中提供的保护相⽐微不⾜道,但它表明,过度活跃的免疫系统在⾯对疫情⼤流⾏时可能很好,但在今天的环境中可能没有那么有帮助。换句话说,那些在过去增强了⼈类的免疫反应,使我们能更好地对抗感染的基因变化,可能是有代价的。
展望更全⾯的古DNA研究这是⾸个研究流⾏病会如何改变我们的基因组的⼯作,它证明了在数百年前的⿏疫流⾏期间,提供了巨⼤保护的基因与我们的⾃身免疫有关。
未来,研究⼈员希望能扩⼤这项研究的规模,对整个⼈类基因组进⾏检测,⽽不仅仅是检测⼀组与免疫相关的基因。研究团队希望能够探索影响现代⼈对细菌易感性的基因变异体,并将它们与古DNA样本进⾏⽐较,以确定这些变异体是否也是⾃然选择的结果。关于病原体是如何影响⼈类进化的,可探讨的问题还有很多。展望未来,对古DNA的更多研究或将能更好地帮助我们理解⾃身免疫疾病的进化起源,理解是什么让⼈类适应和⽣存到今天的。