有没有可能存在「天神基因」,拯救人类,渡过一次次灭绝危机?

文摘   科学   2024-03-09 20:01   江苏  

网友提问:

这个问题看起来挺无厘头的,但其实并不是完全没有道理。

从演化的角度来说,一个不适应环境,因生存障碍即将灭绝的族群,有那么点“遗传病”的意思。

而因为基因突变,最终拯救了整个族群的个体,说成是“天神”,也的确也不为过。


不过,天神基因型并非永远是天神基因型。

300万年河东,300万年河西。

3亿年沧海,3亿年桑田。

今天的优势可能在明天变成劣势,明天的劣势又可能在后天变成优势。

由于生物演化本质上是一个淘汰过程,这就导致演化过程遵守最低能耗原则。

这个原则,在组织、器官、系统的演化上,体现在两个方面:

1、原本存在的器官,因为环境改变,无法发挥作用,演化成相应的其它器官或附属结构。

2、因为某种物质或器官的缺失,导致功能障碍,为了生存,不断给身体打补丁。

4.4亿年前鱼类演化成典型有颌鱼类时,演化出来两个呼吸器官:

鳃孔(或早期鳃囊结构)演化成了典型意义上的鳃。

现了最原始的肺。

肺鱼,有着原始肺部的鱼类

拥有双套呼吸系统的有颌鱼,简直就是那个时代的“天神”。

因为那个时代,正好迎来了奥陶纪末期大灭绝。

虽然本次大灭绝的成因众说纷纭,例如,超新星爆发、火山喷发、小行星撞击等,没有定论。

但灭绝时期的海洋生态环境,基本上是确定的:

无论大灭绝事件的前期、中期,还是后期都出现了大型而漫长的缺氧事件,而且海洋充斥有毒金属和硫化物。

奥陶纪大灭绝持续的时间20万~100万年,这个时间足足相当于智人起源的时间。

如果把这么漫长的时间,看做一个比较固定的生态环境。

可以说早期鱼类全部都有“遗传病”,基因指导它们表达的器官,令它们无法在这样的环境中正常呼吸。

这其实,是可以说得通的。例如,人类的色盲一般被认为是一种遗传病,但其实人类哺乳动物祖先的有色视觉,经历了多次变迁。

这些“有病”的鱼,最终被不断淘汰,终于演化出了适应这种环境的“健康”的鱼。

它们简直就是鱼界的“上古天神”。

水下呼吸困难,那么就同时演化出一个气囊,里面拥有毛细血管,可以交换氧气。虽然潦草简单了一些,但通过辅助呼吸,身体不再引起缺氧而出现障碍,从而得以不断繁衍生息。

随着大灭绝的结束,海洋环境恢复正常,挑战和机遇再次变得不同。

这些有颌鱼类都拥有两套呼吸器官,按照最低能耗原则,在富氧海洋环境下,很明显一个器官专性呼吸更有优势。

因此,其中一支索性直接退化了原始肺,保留鳃,演化成了软骨鱼。

一支把原始肺演化成鱼鳔,保留鳃,演化成了硬骨鱼。

一支同时保留原始肺和鳃,进入了水陆兼具的沼泽或浅滩生存,演化成了肺鱼。

一支则退化了鳃,把原始肺发展成了真正的肺部,演化成了四足动物。

在整个鱼类演化的过程中,曾经出现了大量的分支,但最终只有少数发展到了今天,绝大多数都在演化过程中灭绝了。

以肉鳍鱼来举例:


除了陆生四足动物的共同祖先外,所有过渡类群,在后来的演化过程中,全灭绝了。

登陆成功的这一支,遵守最低能耗原则,把不再需要的鳃演化成了身体中诸多的重要结构:

  • 下颌、颊部、嘴唇、舌头(及相关软组织和肌肉)、口腔前庭、耳管、中耳、咽喉(及相关软骨和肌肉)、三叉神经下颌支、部分面部迷走神经、舌咽神经、喉返神经等等。

  • 同时鳃动脉还与大动脉弓、肺动脉、锁骨下动脉、内外颈动脉的形成有关。

  • 而与内分泌有关的上皮小体、胸腺、鳃后体则是鳃囊发展而来。

也就是说,从人的上颌画一条线一直到中耳,然后一直往下到肺部,这个范围内绝大多数的组织和器官,都是来源于鳃。

从4.2亿年前到3.6亿年前,短短数千万年的时间,便经历了以上大多数的变化。

这其实是多么惊人的演化压力。

鳃的每一次变化,都对应着一些族群的兴起,一些族群的陨落。

“新神”登场,“旧神”陨落。

无论曾经再天命所归,不再适应环境,便被大自然轻轻扫进坟墓。

肉鳍鱼登陆后,很快演化出了合弓纲和蜥形纲。

我们祖先合弓纲这一支,在具有湿润气候的石炭纪和二叠纪曾繁荣一时,但它们却存在一个典型的“遗传病”——尿素代谢问题。

在动物体内,氨基酸的代谢产物是尿素,嘌呤的代谢产物是尿酸,有的会进一步代谢为尿囊素。尿素可直接溶于水,尿酸微溶于水,主要以微小晶体的形式存在。

作为代谢废物,尿素和尿酸在身体内过高,会威胁机体健康,因此动物进化出了肾脏为中心的泌尿系统来代谢相关的废物。

由于动物体内氨基酸的含量远远高于嘌呤,尿素的含量远远高于尿酸,因此脊索动物从进化出排泄系统开始,排泄的就主要是尿素。

由于尿素以溶液的形式存在,因此排泄尿素的过程也会排泄掉大量的水。

作为鱼类和两栖动物,本身就是生存在水环境或临水环境中,因为排泄尿素对它们的生存,并没有多大的威胁。

但远离了水环境的合弓纲动物,则完全不同。需要大量饮水,导致它们的生活环境必须有相对固定的水源,很难适应极端燥热、干旱的环境。

合弓纲动物的蛋在孵化的过程中,尿素浓度也会随着生长发育的过程,不断代谢积累。达到一定的浓度,这些幼崽就只剩下了两个选择,要么留在蛋中的被尿素毒死,要么破壳而出,作为“早产儿”迎接恶劣的环境。

二叠纪时期,气候相对湿润,代谢方面的弱势并不致命,再加上在咬合、牙齿,以及大脑发育等各方面具有优势,因此它们发展成了最为成功的动物。

然而经历二叠纪末期大灭绝(有史以来最严重的大灭绝事件),进入三叠纪后,因为植被的缺少,整个地球都表现出干燥、炎热、低氧的状态,甚至赤道附近一度缺少生命踪迹,被称为“死亡带”。

干燥、炎热的环境让我们祖先在代谢上的不足,成为致命的缺点,从而导致了物种的大衰退。

这个“遗传病”可谓是相当严重,在后来长达亿年的演化过程中,几近灭绝。

在鱼类、两栖类,以及其他一些哺乳动物的身体内存在尿囊素酶,可以把尿酸代谢为可以溶解于水的尿囊素,并最终代谢为乙醛酸和尿素排出体外。鱼类和两栖类,由于不缺水,这样的排出方式其实是有利于生存的。

不过更加适应了干旱环境的双孔亚纲动物则反其道而行之,一方面把身体内的尿素转化成了尿酸,作为半固态排出体外,大大减少对湿润环境的依赖,另一方便发展出了坚硬厚实的蛋壳。这些变化,都大大增加了炎热干旱气候的适应。

为了在干旱、炎热状态下,解决尿素带来的繁衍危机,合弓纲这一支演化出了巨神——1.6亿年前的攀援始祖兽到1.3亿年前中华侏罗兽之间,存在的唯一真兽共祖。

不过,大自然依旧在无情地“造神”和“灭神”。

在恐龙的统治的年代,哺乳动物演化成了野行小动物,无法夜视的它们,可以说是具有典型的“遗传病”。因此,活下来的一支退化了视觉。然而等到恐龙覆灭,无法适应白昼生活,因此又可以说它们具有典型的“遗传病”(色盲)。

最终不断被淘汰,活下来的逐渐适应来白昼生活,并且部分再次演化出了彩色视觉。

灵长类这一支再次恢复三色视觉,大约在旧世界猴和新世界猴分化时期(只有少部分新世界猴拥有三色视觉)。

作为现代人,我们通常很骄傲地说,我们祖先站起来了,走出了森林,演化出了人类。

但这个过程真的在这么的骄傲吗?

真相却是,3000万年前,青藏高原和东非高原开始隆起,全球气候改变,逐渐转冷,森林退化。猴类祖先牢牢占据了森林生态位,我们祖先的这一支,反而被挤到了森林生态位的边缘。

大约在2500万年前,其中一只的TBXT基因则被转座子所插入,改变TBXT基因的表达,导致了尾巴的缩短。

作为一只古猴,尾巴在攀爬、平衡,甚至抓握(例如,卷尾猴)上有着非常重要的作用。

尾巴退化了,可想而知,对于古猴来说,可以说是多么严重的“遗传病”。

然而幸运的是,它们还有着长而有力的胳膊,可以稍微弥补一些劣势。

有生存,就有遗传,它们最终演化成了完全没有尾巴的古猿。

然而不久后,我们祖先又不得不面临一个头痛的问题,因为其中一支演化成了长臂猿,对森林有了更强的适应,把我们的祖先朝着更加缘边的生态位挤压。

后来的几百万年中,分别分支出了猩猩和黑猩猩,其中黑猩猩是典型的森林缘边生态位,同时保留一定的攀爬能力,以及一定直立行走能力。

我们祖先作为攀爬能力丧失最为严重的这一支,最终被完全挤出了森林。

这其实相当于具有“遗传病”,不得不进行妥协。

从南方古猿开始,人类正式踏上了最终的演化道路。

在这300万年的过程中,人类生理特征不断演变的过程中,大背景板是不断灭绝的累累白骨。

即便我们智人也差点灭绝在7万年,人口最少的时候,仅仅只有2000人。

人类在短短300万年的时间,发展出了非常灵活的双手,系统性的语言,庞大的组织结构,促使我们大脑发生了飞跃式的膨大,从400ml足足增加上到1400ml。

每一次不适宜环境的淘汰过程,都可以认为存在“遗传病”,每一位最初具有典型优势基因突变的个体,都是新生的“神”。

一代代神陨落,一代代神兴起,最终人类不断演化,发展出了智人。

我们身体里的基因,不可能永远适应不断变化的环境。现在我们大多数,自然是不存在典型意义上的遗传病的。但我们在某个特殊的未来时代,终究可能面临群体性的遗传危机。最终只有少数个体,通过一代代的突变,最终适应新环境,成为新一代的“神”。

最后泼一盆冷水:

以上内容,虽然按照题主的逻辑,围绕着“遗传病”来描述的,但更合适的描述还是物竞天择下的遗传危机。

生物演化也从来没有神,只有随机突变中的幸运儿。

智人的起源时间在80万年~120万年(与尼安德特人的最后共祖),一般认为那个时期的人类就有了宗教概念。也就是说,他们心中可能出现了神。

然而,从那个时期到现在,人类特征的最大变化,是语言和前额叶的变化,这些都决定着思维能力的提升。

强大的思维能力,有助于对自然现象的认知。

因此,现代文明起源之前,人们心中的神人,是对自然万象拥有解释能力,并能说服大众的人。


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