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“返祖”还是环境使然?现代“爬行人”给遗传学家带来难解之谜

日期:2022/04/20 09:50作者:人气:

导读:“爬行家族”之谜,乌拉斯家族爬行的女儿。“爬行人”的奇特现象在科学界引起了关于遗传基因、社会环境以及人类进化史的热烈讨论。探寻土耳其“爬行家族”之谜2005年时,土耳其神经系统科学家乌耐尔·塔恩教授最早发现了这几个“爬行人”,经媒体报道了这一“返祖遗传”事件之后,更是引起了世界性的轰动。“倒退进化”是一种返祖现象,某种基因缺陷使远古人类的一些特征在现代人身上重新表现出来。...

“爬行人”的发现在科学界引发了一场“人类直立行走之谜”的热烈讨论,一些科学家推测,这种奇怪的步态是“返祖现象”,是人类进化过程中的“逆向进化”。但最近,美国科学家在一项新的研究中否定了返祖说。

“爬行家族”之谜,乌拉斯家族爬行的女儿。

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直立行走是现代人类的特征之一,而对于现代人类来说,用手在地上爬行是很辛苦的。正因为难度较大,美国海军甚至将用四肢爬行前进作为军队里的耐力训练项目之一。那么乌拉斯家族的成员为什么会这样呢?有人认为是遗传基因缺陷所致,有人认为环境因素的影响多于基因因素,还有人认为这是进化中的“遗传退化现象”。“爬行人”的奇特现象在科学界引起了关于遗传基因、社会环境以及人类进化史的热烈讨论。这一事件究竟是人类学研究中的重大发现?还是仅仅是一个独特的医学个案呢?

探寻土耳其“爬行家族”之谜

2005年时,土耳其神经系统科学家乌耐尔·塔恩教授最早发现了这几个“爬行人”,经媒体报道了这一“返祖遗传”事件之后,更是引起了世界性的轰动。德国遗传学者斯蒂凡·蒙洛斯对此也产生了兴趣,他想从这一奇特事件中寻找与直立行走有关的突变基因。另外一些专家则认为,生物体的身体特征和结构是复杂的,它经过了数百万年的进化逐渐形成,涉及多种因素,而非单个基因所能决定的。

人类学家布赖恩·里奇蒙对四足行走的黑猩猩骨骼和直立行走的人类骨骼进行比对后发现,自从人类祖先开始直立行走以来,他们的骨盆、膑骨和足骨都发生了明显的变化,这绝不可能是单个基因变异的结果。伦敦经济学院的研究员尼古拉斯·汉弗莱也认为,这种行为改变不可能是一两种基因改变的结果,一定有着某些不为人知的原因导致了乌拉斯家族的几个孩子失去了直立行走的能力。

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莱西特·乌拉斯是19个孩子的父亲,除了4个女儿和1个儿子是奇特的“爬行人”外,他其余的子女都能正常行走。在这个纯朴的村庄里,一个家族出现5个“爬行人”这一奇怪的现象引起了邻居的恐惧和敌意,村民们都有意无意地疏远着这家人。几年前,有人对乌拉斯说,他们的家族受到了诅咒,于是乌拉斯带领全家人搬去更高的山上重建了家园。2004年,在他们的新家断水时,也没有人愿意来帮助他们。

伦敦经济学院的研究员尼古拉斯·汉弗莱、土耳其心理学家迪弗妮·阿鲁巴和其他一些科学家先后对这一奇特的家族进行了采访,这5个“爬行人”的年龄均在18岁至34岁之间,他们一直生活在家里,由其他的兄弟姐妹和父母轮流照料。在采访中,科学家们发现,乌拉斯夫妇是近亲结婚,近亲结婚会导致基因缺陷风险增大,而这5个兄妹从来没有得到过治疗的机会。科学家们赠予了他们一个简单的铝制构架康复器械,以帮助他们直立行走。摄像机记录下了他们努力站起身来直立行走的镜头。无论这5个兄妹能否成为我们窥探远古人类行为的窗口,这一现象至少说明了人的行为与周围环境的影响是分不开的。

探索人类直立行走的奥秘


直立行走是人类的一个重要特征,是将人类与其他灵长类动物中分离出来的重要分界线之一。乌耐尔·塔恩教授相信,正是某种基因让人类能够直立行走,而一种有害的变异导致这种基因被关闭,让这5个兄妹重新回到了人类祖先用四肢爬行的行走方式。如果他的理论正确的话,这5个兄妹将为我们窥探数百万年前远古时代人类的行为方式打开一扇窗口:人类成为两足动物之前是什么样子的?是什么变化让人类学会了直立行走?科学家为此感到非常兴奋。

人类的近亲黑猩猩,有时也会用两足直立行走,其他有些动物偶尔也会两足直立,但是没有任何动物能够像人类这样娴熟而自如地采取直立行走的姿势。为什么人类会采取这种行走方式呢?他们又是怎么做到的呢?

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没有人确切知道人类是从何时开始直立行走的,但科学家已经发现了一些线索,比如1979年,在坦桑尼亚发现了一批脚印化石,它们距今约300万年。是什么人在那里留下了直立行走的足迹?科学家认为是人类祖先——南方古猿留下的。1974年,在埃塞俄比亚发现了古人类——“露西”的骨骼化石。科学家用了几十年的时间,对这具古人类骨骼化石进行了深入研究,确定它属于直立行走的人类。接着,两位年轻的科学家注意到了新的线索,那可能与露西关系不大,但却与她的祖先关系甚大。


这两位年轻科学家之一是乔治华盛顿大学的布赖恩·里奇蒙,他们发现,露西手腕骨骼的结构与黑猩猩和大猩猩很相似,这与它们用指关节着地行走的方式有关。猩猩和猿类动物为了保护它们长长的手指头,往往会将手指蜷曲起来,用指关节着地行走,猩猩和猿的手腕骨都很坚硬,可有力地支撑指关节走路的方式。对露西骨骼的研究表明,早期直立行走的人类是从他们在树上攀爬跳跃的祖先进化而来的,这时他们用指关节而不是手掌着地行走,因为他们的骨骼结构还无法做到这一点。而乌拉斯家族爬行时是用手掌着地行走的,因此他们的骨骼结构是属于现代人类的。

乌耐尔·塔恩教授认为,虽然“爬行人”的腕骨结构使得他们无法像猿人祖先那样行走,但是身上得以返古重现的远古基因也会促使他们尽可能地模仿远古祖先的行为。科学家对“爬行家族”中5个兄妹检查后基本确定,他们的小脑都有严重的缺陷,所以他们行走时要手脚并用才能保持身体的平衡。塔恩教授还对他们完成简单任务的能力进行了测试,男孩胡赛因任务完成得不错,而女孩萨菲耶好不容易才弄明白到底要她做什么。这5个兄妹在智力、语言和运动能力方面的发展都不同程度地受到了限制,他们所表现出来的一些行为特点与人类祖先相似,塔恩教授将这种现象称之为“倒退进化”。

“倒退进化”是一种返祖现象,某种基因缺陷使远古人类的一些特征在现代人身上重新表现出来。这样的事情也许并不罕见,比如,有的人生来就有许多毛发,有的人会像猴子一样长出一根尾巴来。

英国剑桥大学神经科学家罗杰·凯恩斯在脑功能障碍对行走的影响方面颇有研究,他对“爬行人”核磁共振脑扫描的结果进行研究后发现,他们的小脑有不同程度的缺陷。主管运动的小脑是人脑中相当古老的部分,鱼有小脑,可以帮助它们平衡身体,我们人类的小脑当然更发达,但其基本功能是一样的,那就是帮助我们平衡并平稳地直立行走,起到协调运动的作用。那么,如果小脑有缺陷时会出现什么结果呢?走起路来就会左右摇摆,乌拉斯家的另外两个孩子——古林和哈塞尔走起路时就是那个样子,虽然他们大多数时间都是直立行走。

基因变异与遗传缺陷

“爬行人”的故事在德国科学界也引起了广泛的反响。德国遗传学者斯蒂凡·蒙洛斯认为,也许人类直立行走真的与基因有关,这个秘密也许就隐藏在土耳其科学家送来的“爬行人”的血样中,血液细胞中的某种突变基因就是引起他们行为障碍的原因。突变是基因化学结构的一种随机变化,这种变化也许有利,也许有害,也许不产生任何影响。我们大多数人身上都带有数十种有害的突变基因,由于每种基因我们都继承了两种“版本”,一种来自父亲,一种来自母亲,所以正常的基因能让我们保持健康。但是如果近亲结婚,生下来的孩子就有可能从父母那里同时继承到有缺陷的基因。

针对基因变异与遗传缺陷之间关系的研究由来已久,20世纪80年代后期在英国伦敦发现有一个家族(卡尼家族)的三代人都患有语言障碍症,有的人发音有困难,有的人无法连词成句。经过对这个家族DNA的分析研究,确认这种疾病与一种FOXP2的突变基因有关,这一发现引起了遗传学家的注意。


对于科学家来说,研究DNA就和考古发掘一样令他们振奋,DNA可以告诉我们骨骼和化石无法告诉我们的关于人类祖先的秘密。FOXP2基因的发现令科学家们受到鼓舞,他们开始沿着这一思路对另一种基因缺陷疾病“头小畸型”进行探索。

波士顿儿童医院的克里斯多佛·沃尔什医生收治了一位名叫迪曼尼的小患者,这个7岁的孩子几乎还不能站立,而他的认知能力事实上只相当于9个月大的婴儿。迪曼尼的大脑只有正常孩子的一半大,与人类祖先露西一样大,这引起了沃尔什的极大兴趣。沃尔什说,在两三百万年前,人类祖先的大脑只有现代人类的一半大,然后在一段极短的时期内,人类大脑的容量增加了一倍。就像语言能力和直立行走能力一样,发达的大脑让人类从灵长类动物中分离出来。沃尔什曾发现了一种与头小畸型有关的基因,当这种基因被关闭时,大脑就只能长到正常大脑的一半大。

基因突变现象帮助科学家将一些特殊的基因与大脑容量和语言能力联系在一起,现在德国遗传学者斯蒂凡·蒙洛斯希望的是,“爬行人”也许有可能帮助他找到某种与直立行走有关的基因。但是,当人类祖先能够直立行走之时,全身的骨骼也发生了许多的变化,例如,腿变得更长,这样步子才能迈得更大。脊髓位于头骨的下方,而不是在头骨的后方,因为直立行走时脑袋是在躯干上挺直着往前看的。所有这些变化不可能只与某种基因有关,而是众多基因“协同努力”的结果。

环境因素的影响

那么环境因素的影响又有多大呢?科学家发现,这几个“爬行孩子”在刚生下来的时候,和普通孩子一样用手和膝盖爬行,然后,在10个月左右时开始用脚和手掌着地行走。

在北美或英国,孩子到了两三岁时如果还爬着走,父母一定会带他去医院,进行物理疗法和特殊的训练。毫无疑问,在此后的一两年里,他们将学会用两条腿走路,也许走得不太稳当,但他们将学会直立行走。

科学家和当地的物理治疗师阿里医生说,这5个兄妹中的胡赛因能独立直立行走的希望不大,对于他这个年龄来说,可能已经太迟了。但他认为,如果给予适当的治疗,那几个年龄小些的女孩也许还有希望。阿里医生送给胡赛因一个价值30美元的简单助行架,尼古拉斯和迪弗妮还在他们家的院子里竖起了一个双杠,能直立行走的可能性给这个家庭带来了新的希望。这家的父亲莱西特希望科学家对他们家庭的关注能给他们带来更多的帮助,也许还有村里人的些许理解。

研究员汉弗莱认为,无论是儿童还是成年人,基因对其行为的影响是很小的,它更多的是提供了某种潜在的可能性,并在社会文化和环境的影响下产生交互影响。

一个悬而未决的谜

“爬行家族”给遗传学家带来了一个难解的谜,是什么样的基因变异导致他们手脚并用行走的呢?遗传因素和环境影响各自起到了多大的作用呢?对“爬行人”的研究能告诉我们多少关于人类进化的秘密呢?

其实,所有的动物——蝴蝶、斑马、老鼠、蛇、鱼类,甚至包括人类在内——其身体都是用相同的基因材料构成的。科学家认为认为,“不存在能让人类直立行走的单个基因”。那么,既然所有动物的“基因材料工具箱”都是相同的,为什么会产生如此千变万化的物种呢?他们说,虽然材料是相同的,但由于设计和编排方式的不同,所以可以产生多种多样的物种形式。

那么土耳其“爬行家族”现象是不是单个基因突变的结果呢?美国威斯康星大学的遗传学教授肖恩·卡罗尔认为,不应该问“是否基因突变让人类用四肢着地行走”,而应该问“是否是基因突变让猿人从爬行变为直立行走”。根据遗传科学研究和化石记录研究的成果,人类祖先进化到直立行走涉及一系列的重大变化,从身体骨骼到肌肉组织到身体各个部分都发生了改变,这些变化涉及许许多多的基因,并经历了一个漫长的历史时期。所以不存在能让人类直立行走的单个基因,人类能够直立行走是许多基因对骨骼和肌肉组织重新塑造的集体行为的结果。

“爬行家族”的奇特现象在科学界引起了很大的争议,在过去的几年里,各个领域内的科学家们通过大脑扫描、神经系统的测试、DNA测试等尝试证明各自的理论推断,心理学家也对这几个“爬行人”的智力水平、认知能力、感觉描述能力、运动技巧以及他们的情感、社会和行为适应性等进行了测试。这些测试揭示了一些重要的事实,但却没有得出最后的一致结论。

乌拉斯家族的奇特现象在科学界仍然是一个未解之谜,围绕这个问题的争论还在持续着。每隔一段时间,总会有一位科学家出现在村里,请求孩子父亲莱西特允许他们做更多的测试。莱西特既不说行,也不说不行,他将一切留给命运来安排。他唯一担忧的是,在他死后,他这几个需要家人照顾的残疾孩子将如何生活下去。

人类行为有多少和与生俱来的遗传基因有关,有多少与环境或文化有关?这些问题科学家还在研究之中。影响大脑容量、语言能力、运动能力的基因,是科学家最早进行深入研究的,然而这些只是在人类基因组里看到的寥寥数颗星星而已,需要深入探研的人类基因何止千万之多。

最近,在世界其他地方也发现了与这几个“爬行人”类似的例子,但是与此有关的基因却一直没有得到确认,围绕着“爬行家族”之谜的争论还在继续着。

最新研究否定返祖说

“爬行人”的发现在科学界引发了一场“人类直立行走之谜”的热烈讨论,乌耐尔·塔恩教授向全世界介绍这个土耳其家族的一些成员四肢爬行走路时,他和其他科学家推测,这种奇怪的步态是“返祖现象”,是人类进化过程中的“逆向进化”。最近,美国科学家在一项新的研究中否定了返祖说。

较早的理论认为,乌拉斯家族的四肢行走步态与灵长类动物的相类似,可能是“逆向进化”,是一种返祖现象。但是最近美国科学家研究发现,他们的行走步态与灵长类动物的爬行方式并不相同,这不是“逆向进化”,而是因一种不可预见的罕见病变而导致的适应性改变。研究表明,这种罕见的走路姿势,是一种遗传疾病造成的,是由17号染色体上的基因突变导致的小脑发育不良,从而影响行走的平衡感,所以他们只能四肢着地行走。小脑是负责运动和平衡的大脑部分。

另外,灵长类动物的四肢行走模式与大多数其他哺乳动物都不同,是按对角序列行走的,一个后肢着地,然后是相反方向的前肢,顺序为:左前肢、右后肢、右前肢、左后肢。而其他大多数哺乳动物的行走模式是同侧序列,以同侧肢体相随其后,顺序为:左前肢、左后肢、右前肢、右后肢。人类婴儿或成年人被要求手脚并用“爬行”时,通常是按同侧序列行走的。

美国得克萨斯大学奥斯汀分校的人类学教授莉莎·夏皮罗和她的同事从英国广播公司获得了乌拉斯家族成员行走的视频,对他们的500多步行走步态进行分析后发现,约99%的步态都是同侧行走,而非其他灵长类动物的对角行走,他们的四肢行走模式并非是灵长类祖先行走方式的“返祖”,而是与其他任何被要求手脚并用行走的人类成年人的步态是一样的。

同侧步态更有利于四肢修长的动物(例如人类),在四肢着地行走时可有助于避免肢体的碰撞。“他们因无法站立而用四肢行走,其他任何人如果处于他们的情况,也会像他们一样行走。”夏皮罗还强调说,即使他们偶尔用对角步态行走,也不能以此作为人类进化或两足直立行走起源的证明。直立行走需要很多变化,包括身体的生理和解剖学的变化,神经系统和运动系统的变化等,不是某单一因素就能说明的。

人类直立行走起源之多种假设


为什么我们会用两条腿走路?人类学家的解答众说纷纭:从适应环境变化的需要,到保持凉爽,到对异性更具吸引力等等,都有可能成为人类采取直立姿势走路的原因。以下是比较流行的几种假设,你认为哪种解释有可能更接近真相呢?

拖运食物的需要 当非洲的地景渐渐从茂密的森林演变成广阔的草原时,早期原始人类从树上下来,居住在地面上。食物越来越少,他们不得不从远处寻找食物,然后搬运到住地,这对于四足走路的原始人类来说相当艰难。有的人类学家认为,采取直立走路的姿势可以方便人类祖先将食物拖运到居住地,并可以更清楚地观察四周和远处的食物来源及潜在的危险。

抓取食物的需要  一些人类学家认为,原始人类从树上下到地面并成为两足动物,是新的摄食习性的一个偶然产生的副产品。人类祖先从树上下来,在地面上寻找垂挂在低处的水果和浆果时,会采取蹲着的姿势。渐渐地,他们的上半部分身体、脊椎和骨盆都产生了生理结构上的变化,身体重心向下转移,当需要够取更高处的果实时,站立起来的姿势显然更具优势,于是直立行走方式自然就水到渠成。

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适应新环境的需要  有的人类学家假设,人类祖先直立行走是为了远距离搬运食物的需要,但也有一些科学家认为,人类站起来只是为了发现食物。原始人类离开了习惯的森林,在树木稀少的大草原上闯荡,他们不再需要适合爬树攀藤的身体结构,那些尽早学会直立行走的人类拥有更多的生存机会,因为直立走路所需的能量更少,走得更远,更容易发现远处潜伏着的危险。还有一些人类学家认为,是诸多的环境因素促成人类最终采取直立行走的姿势,比如在面临寒冷潮湿的地面环境时,现代的黑猩猩有时也会暂时采取两足走路方式,直到找到干燥的陆地为止。

吸引异性的需要 1981年,人类学家C·欧文·洛夫乔伊提出,人类直立行走的直接原因是性吸引的需要,特别是对于男性来说。根据洛夫乔伊设想的行为模式,能够直立行走的原始人男子可以腾出双手,捧拿更多的食物,对异性来说,这显然比四足行走者更有吸引力。直立行走的男性养家糊口能力更强,能够养育更多拥有适应两足行走优良基因的后代。

散热和凉爽的需要 对于原始人类来说,直立行走不仅能够节省能量,在炎炎烈日下还能保护他们避免过热。进化生物学家彼得·惠勒认为,在空旷的大草原上,与体型相仿的四足动物相比,两足行走的动物身体暴露在直射阳光下的部分显然要少得多——两足行走原始人类身上的热负荷比四足行走者少60%。此外,直立者的皮肤与风的接触部分更多,更多的热量得以散发出去。这意味着在炎炎夏日里,两足行走的人类每天需要的饮水量仅为四足行走者所需饮水量的五分之三。

“水栖猿”理论与人类直立行走起源  大多数古人类学家都认为人类祖先是在陆地上进化为直立行走的,但也有一些人持不同看法。20世纪30年代,生物学家阿利斯特·哈代提出了“水栖猿”理论,该理论认为,在远古时期,原始人类的几个分支在竞争中被迫退到岸边半水栖环境中,他们需要经常从浅湖中涉水而过,或者在河岸边寻找甲壳类动物、水生植物等。在有浮力的水里面,原始人类更容易调整为直立行走的姿势。

直立行走与武器和工具的发明有关 还有一些较为流行的理论认为,直立行走与原始人类使用武器和工具有关。一些研究人员认为直立行走让人类拥有了使用工具的能力,但另一些人的看法则正好相反,是工具和武器的出现促进了原始人类向直立行走的方向进化。达尔文就认为,如果原始人类能够直立行走、直立奔跑,那么他们“就能更好地用石块和棍棒来保护自己,袭击猎物”。

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