你真幸運

你真幸運

　　□何積惠 編譯

　　進化是一場靠碰運氣取勝的遊戲，充滿著一連串未必行得通的巧合，人類則是眾多遺傳基因不測事件的產物。《新科學家》雜誌刊登的這篇文章揭示了其中一些幫助人類突交上好運的基因突變，讓人讀罷不禁感慨唏噓：作為600萬年來不斷通過進化而崛起的人類大家族中的一員——

　　處於混沌洪荒中的地球；時光定格在數百萬年之前。

　　有一束宇宙射線以近似於光的速度，風馳電掣般地從大氣層中穿越而過。它和某個氧原子發生撞擊，由此催生了如陣雨般潑灑的能量粒子，其中有一個粒子強行闖入了活體生物內的DNA分子。

　　那個DNA分子潛跡於當時繁衍在非洲大陸的類猿動物的體內，碰巧棲息在一個處於發育階段的卵細胞里。DNA因受到撞擊而發生變異——應該說是「突變」，致使最終形成的後裔跟它的母體略微有所不同。

　　這種突變賦予後裔一種優勢，足以在為食物和配偶展開的競爭中超越於它的同輩，於是經過世代相傳而被種群中越來越多的成員所攜帶。終於，它在幾乎每一個體中漸露端倪。從這個意義上說，變異版的DNA實在不該再稱之為突變，它不過是構成人類基因組的近23000個常態基因之一而已。

　　這些進化不測事件綜合在一起，引領我們踏上了由酷似類人猿的動物逐漸向智人發展的長達600萬年的演變之旅。

　　宇宙射線至今被認為是誘發突變的一個根源，但DNA在卵細胞與精子生成期間的複製誤差或許是更為普遍的起因。

　　這是一個值得關注的轉變，但我們只是到最近才開始洞悉其間可能參與此過程的突變。目前，我們還遠遠無法羅列一份面面俱到的清單，但是就連最初被視為候補佐證的少數案例也將人類崛起的步履揭示得明明白白。「這就為我們提供了一個深入洞悉演化成人類需要什麼條件的視角。」美國威斯康星-麥迪遜大學的古人類學家約翰·霍克斯聲稱。

　　長期以來，我們的人類進化知識大多來自散見於地球各處的遺骨碎片，這頗有點像是在缺失構件的情況下勉力拚湊七巧板圖形。究竟有哪些動物殘骸碰巧是按適宜於變成化石的條件來掩埋的，我們只能僅憑猜測，而且其可能性也顯得愈益渺茫。

　　這就是古人類學領域何以因基因測序技術的迅猛發展而獲得如此巨大助推的原因。完整讀取人類基因組這一歷時13年的工程，是在2003年公佈於世的。從那時以來，由於測序技術速度加快和成本降低，幾乎每年都有另一個物種的基因組獲得解密。現在經過我們測序的生物，除了尼安德特人以及丹尼索萬人這一比智人更早離開非洲的人類遠親外，還包括黑猩猩、大猩猩和紅毛猩猩。

　　通過對這些基因組的比較，透露出大量豐富的信息。舉例來說，如果人類與黑猩猩活躍於大腦的基因迥然相異的話，那就可能指向了一種有助於我們朝靈智方向發展的突變。事實上，從人類與黑猩猩的基因組比較中可以看出，在構成遺傳編碼的「字母」中，約有1500萬種置換物質。此外，還會發生不加區別的DNA刪除或複製。根據我們對DNA已有的了解，這些變化絕大多數不會影響人類的體態特徵。這是因為DNA的變化微乎其微，不足以影響基因的功能。在1500萬種差異當中，估計大概有1萬種會引起基因變化，導致我們的體態因異變而在自然選擇中被淘汰。

　　這依然是一個令人望而生畏的目標，更何況，那還沒有把我們DNA調控區內對基因起著開關作用的突變算在裡面。人類家族中的這類突變，儘管被認為在進化中發揮過至關重要的作用，卻還不可能就此計算出一個數字來。

　　經確認對我們有影響的突變，迄今為止已達到數百種。更多的發現將會接踵而至，但是用翔實材料記載DNA變化所具有的挑戰性絲毫不亞於對其功能的解讀。「要確認它們的效應，就得輔之以大量的試驗，有時候甚至包括對轉基因生物的研製。」霍克斯說，「這是一門難以讓人承擔的科學，我們依然處於非常早期的階段。」

　　儘管如此，我們還是從中瞥見了人類進化史上包括大腦迅速擴張、言語勃興和可相對拇指的可能起源等的諸多轉折點，由此探知進化不測事件是如何讓你變成現在這個模樣的蛛絲馬跡。

下頷骨骼萎縮 我們的祖先不再把撕咬當作攻擊利器

　　黑猩猩有著異常強壯的下頷，它能咯吱作響地一口咬掉人的手指。這可不是一種流於理論層面的計算，不止一位靈長目動物的研究人員就是那樣痛失手指或足趾的。

　　相比之下，人類下頷的肌肉要懦弱得多。這種狀況可以歸因於用MYH16命名、專事對肌肉蛋白質進行編碼的基因中發生的單一突變。這一突變會使基因失活，造成我們的下頷肌肉轉而由不同版本的蛋白質所形成。所以，它們所佔的比重就要小得多。

　　這項公佈於2004年的發現掀起了一場軒然大波，當時有不少研究人員爭辯稱，下頷肌肉的縮小為更大顱骨的生長留下了空間。下頷肌肉偏大的靈長目動物，顱骨背後的支撐骨往往有所增厚。正是這一狀況制約著顱骨擴張，因而也給大腦擴張預設了障礙。「在我們看來，這種突變是造成肌群質量，因而還有骨骼縮減的起因。」賓夕法尼亞大學領導這項工作的肌肉研究人員漢塞爾·斯特德曼說，「只有在這種情況下才能解除對進化的制約，正是它阻礙著其他允許大腦繼續生長的突變。」

　　這個研究團隊將突變的年代回溯到240萬年前，它剛好是我們的大腦擴張即將起步的前夕。但是，另一項著眼於對肌肉基因較長片段的測序的研究，則為何時發生突變的年代提出了一個大為超前的估算——530萬年前。

　　不管哪個回溯年代是正確的，突變在我們跟黑猩猩一起和最後的共同祖先分道揚鑣後依然時有發生。為什麼我們的祖先咬勁趨於衰弱了呢？據斯特德曼推測，與其說是日常飲食的衍變使然，倒不如說可能是我們的祖先不再將撕咬當作一種攻擊形式。「進化發展到某一個階段，也許是因為社會組織的緣故，這種形式的利器對於我們的祖先變得並非是必須的了。」他解釋說。

大腦擴張受益 妊娠初期的胎兒大腦中發現「人類加速進化區」

　　思維活躍、聰穎機敏，是我們人類區別於其他物種的最鮮明特徵之一。人類的大腦容量為1200～1500毫升，是黑猩猩這一與人類關係最密切的近親的3倍。這種擴張可能蘊含著某種滾雪球似的迅速增大的效應。根據這一效應，初始突變引起的變化不僅本身有利於進化，還會通過隨後的突變進一步增強大腦功能。「既然發生了某些變化，那就為新的變化打開了可能有助於進化的機會之門。」威斯康星-麥迪遜大學的約翰·霍克斯說。

　　與黑猩猩相比，人類大腦具有大幅度擴張的腦皮質，亦即呈褶皺狀的最外圍層，這裡是我們執行籌劃、推理和語言能力等最深奧微妙的智力程序的發源地。探明基因參與大腦擴張的一個途徑，就是調查靈長目動物罹患小腦症的起因。它的癥狀表現為幼仔大腦只有正常尺寸的三分之一，腦皮質所佔的比重也小得出奇。人類小腦症患者通常在認知能力上會程度不一地受到損害。

　　對原發性小頭患者的家族遺傳史調查，迄今已查明7種基因可能會在突變時誘發癥狀。所謂的細胞分裂，是指發育未全的神經元在胎兒大腦中增殖，然後向各自的最終部位遷移。說來也夠奇怪的，那7種基因在這一過程中都發揮了作用。從理論上說，如果因單一突變於驟然間發生而使發育未全的神經元多經歷一個細胞分離周期，那麼最終形成的腦皮質尺寸就可能增加1倍。

　　基因ASPM是「異常紡錘體類似的小頭畸形相關蛋白」的縮寫，我們姑且試舉這一基因為例。經過它編碼的是見之於發育未全的神經元而構成紡錘體一部分的蛋白質，也就是在細胞分裂期間分享染色體的所謂「分子腳手架」。眾所周知，正當我們祖先的大腦迅速擴張之際，這個基因也發生了巨大變化。將人類ASPM序列同7種靈長目動物和6種其他哺乳動物作一比較，就可以看出我們的祖先自從和黑猩猩分道揚鑣以來迅速進化的諸多特徵。

　　至於其他具有洞察力的見解，則獲自為確定哪些區域進化最快而對人類與黑猩猩基因組所作的比較。在此過程中成為亮點的是一號人類加速進化區，這個以HAR1作為縮寫來命名的區域，長度相當於118個DNA鹼基對。HAR1究竟具有什麼功能目前還不清楚，但我們確實知道它是在妊娠7～19個星期的胎兒大腦中被激活的，就潛伏在即將形成腦皮質的細胞中。「這個事實不能不使人怦然心動。」舊金山格拉斯通研究所領導這項工作的生物數據統計學家凱瑟琳·波拉德說。

　　前景同樣被看好的是對名為SRGAP2的基因兩度複製的發現，它們以兩種方式在子宮內影響大腦的發育：加速神經元由其生成位點向最後定點的遷移，以及神經元形成更多的樹突棘而促使神經相互連接。按照西雅圖華盛頓大學參與這一探索的遺傳學家埃文·艾希勒的說法，這些變化「可能為大腦功能的徹底變化留下了餘地。」

轉向澱粉飲食 唾液澱粉酶促成農業勃興和現代生活

　　黑猩猩與其他大型靈長目動物主要是靠水果和樹葉來維持生命的。這些食物的熱量非常低，致使動物不得不將蘇醒的時間多半用於對它們的搜尋上。現代人的能量大多獲取自澱粉穀物或植物根莖。在過去600萬年間，我們開始使用石器工具，學會用火烹飪並過上安定的農耕生活，人類的日常飲食隨之經歷了若干次轉型。

　　這些變化，有的已很難回溯確鑿的年代。目前，業界人士正在就什麼構成烹飪灶台的最初佐證展開一場辯論。而用來挖掘塊莖和球莖的尖棍類工具，在化石中又找不到任何蛛絲馬跡。追蹤飲食變遷還有一條途徑，那就是考察參與消化過程的基因。

　　一種名叫唾液澱粉酶的消化酶在將澱粉分解成簡單的糖分子，使之能為內臟吸收方面起著舉足輕重的作用。人類唾液中的澱粉酶含量要遠遠高於黑猩猩，這種機制究竟如何形成的淵源則是直到最近才被揭開神秘的面紗。

　　黑猩猩的唾液澱粉酶只有2個副本（相關聯的染色體配對上各有一個），而人類的同類副本平均為6個，也有一些人則多達15個。DNA在精子與卵細胞生成期間的複製誤差，想必已造成基因被一再複製的後果。

　　為了探明這種複製是在什麼時候發生的，研究人員對不少國家的人員以及黑猩猩和倭黑猩猩的基因進行了測序。「我們希望找到約在200萬年前經受自然選擇的鮮明特徵。」目前執教於達特茅斯學院並領導這項工作的生物人類學家納塔涅爾·多米尼表示。這約略相當於我們的大腦在經歷重大生長階段的時期，有一種理論認為，它是由於轉向澱粉含量更高的日常飲食而引起的。

　　但這個研究團隊發現，基因複製的發生年代要更加晚近一些，約略介於1萬年前直到現今為止的某個時段。那個時期的最大變化是農業迎來了黎明期，所以多米尼認為複製就是在我們開始耕種穀類植物時發生的。「農業是人類進化中的一個重大事件，」他說，「我們認為澱粉酶對此作出了貢獻。」

　　正是農業的勃興，使我們得以過上密集程度更大的定居生活，由此導向創新、文化大爆發乃至最終的現代生活。如果我們把導致這些進化轉折的所有突變都考察一遍，那麼人類起源就會開始貌似一連串未必行得通的巧合。然而，正如威斯康星-麥迪遜大學的約翰·霍克斯所指出的，那只是因為我們不曾看到被淘汰的有害突變。「如今留給我們的只是突變有益的案例。」將賦予我們當下體態特徵的突變歸入「正確」行列只是立足於今天的觀點。「這是一種時過境遷後的認識。」霍克斯說，「回眸巡視整個進化的演變過程，儼然猶如一系列令人瞠目結舌的不測事件。」

幫助雙手靈巧 人類進步一直依靠其特有的伶俐機敏

　　從最初簡陋的石器工具，到人工取火和文字書寫發展，人類進步一直依靠其特有的伶俐機敏。亞瑟C.克拉克在科幻經典影片《2001年太空漫遊》中把猿人開始用獸骨敲打東西的日子，描繪成我們進化中一個具有轉折意義的瞬間不是毫無緣由的。

　　假設不歸咎於外星人干預這一因素的話，我們的DNA是否就能闡釋人類在操控工具方面無可匹敵的能力呢？線索就來自一個用「人類加速保守非編碼序列1」的縮寫HACNS1作為命名、自從我們同黑猩猩分道揚鑣以來已經歷16次突變的DNA區。該DNA區是一個通斷轉換開關，似乎能「踢基因一腳」而使其在胚胎包括發育中的四肢在內的若干部位變得活躍起來。將人類版的HACNS1經剪切後往小鼠胚胎中粘貼就可以看到，突變版本在恰好相當於人類手腕和拇指的前爪部位表現出更強勁的活力。

　　有人猜測，這些突變為人類可相對拇指的進化作出了貢獻，這樣的手指對工具使用所必需的靈巧運動是至關重要的。事實上，黑猩猩也有可相對拇指，只是其捏握範圍跟人類不盡相同。「我們對肌肉的控制更精準細膩。」舊金山格拉斯通研究所參與對這個DNA區探測的凱瑟琳·波拉德解釋說，「我們能嫻熟地握持一支鉛筆，卻無法像黑猩猩那樣從容不迫地從樹枝上懸盪下來。」

能量需求升級 看來像是為了聰明才智而犧牲了強壯體魄

　　我們的大腦究竟是如何變得如此碩大的，目前尚難以理出清晰的頭緒來，但有一點是可以肯定的：任何思維活動都離不開額外的能量。大腦在休眠狀態下會消耗我們能量攝取總量的20%左右，相比之下，其他靈長目動物則只需要約8%。「這是一個對代謝功能非常苛求的組織。」北卡羅來納州杜克大學的進化生物學家格列克·雷聲稱。

　　去年，有三種突變被發現幫助滿足了那類需求。一種是隨著大猩猩基因組在今年3月份的公布而浮出水面的。它揭示了1000萬年到1500萬年前的某個時段，在人類、黑猩猩和大猩猩共同的遠古靈長目動物祖先身上經過加速進化的一個DNA區。

　　該DNA區位於一個名為RNF213的基因內，也就是引起煙霧病這一導致大腦動脈變窄的癥狀的突變位點。由此可見，基因在我們的進化期間發揮過增強大腦供血的作用。「基因受損會影響血液流動，所以我們能據此推測其他變化會以有益的方式對其施展影響力。」英國劍橋桑格研究院參與對大猩猩基因組測序的進化生物學家克里斯·泰勒-史密斯說。

　　不過，增強大腦能量供應還有更多的渠道，而並非一味倚重於大腦血管。器官的主要食物來源是葡萄糖，而葡萄糖又是經由血管壁上的葡萄糖轉運載體分子被引向大腦的。

　　同黑猩猩、紅毛猩猩和獼猴相比，人類對兩個分別為大腦與肌肉進行葡萄糖轉運載體編碼的基因有著略微不同的「接通開關」。這些突變意味著大腦毛細管中的葡萄糖轉運載體有所增多，而肌肉毛細管中的同類載體則有所減少。

　　「這好比撥動一個開關，以便將現有更大一部分的葡萄糖經改道而輸往大腦。」格列克·雷說。總之，那架勢彷彿是為聰穎才智而犧牲了強壯體魄。

語言溝通天賦 通過「獎賞迴路」為大腦進化增添動力

　　將一隻黑猩猩從幼小時開始當作人似的加以撫養，它就會學習許多並非類人猿所擅長的行為，例如穿衣服，甚至用刀叉進餐。但有一件事它卻怎麼也學不會，那就是開口說話。

　　事實上，由於聲帶和鼻腔存在的差異，讓黑猩猩完全像我們那樣開口說話是根本不可能的。神經差異也是一個不容忽視的因素，其中有些則是俗稱的「語言基因」發生變異的結果。

　　這個故事始於英國某個跨越三代有16名成員遇到嚴重言語障礙的家族。言語問題通常是涵蓋範圍廣泛的學習困難的一部分，但這個後來以「KE」著稱的家族似乎還存在著更奇特的缺陷。他們的言語讓人無法理解，他們理解別人的言語也很費勁，特別是在涉及語法規則應用的時候。他們的問題還在於嘴巴和舌頭無法進行複雜的運動。

　　2001年，有人將問題歸咎於名為FOXP2的基因所發生的突變。我們可以從它的結構上判明，該基因有助於調控其他基因的活動。遺憾的是，究竟哪個基因受控於FOXP2目前還無從查證。我們已確切知道的是，當小鼠（也可能包括人類）處於胚胎髮育期間，FOXP2在大腦中顯得十分活躍。

　　與最初的推測相反，KE家族不是回復到「類似黑猩猩」的基因版本的返祖遺傳，而是一種阻礙他們語言技能的新突變在作祟。無論在什麼情況下，黑猩猩、小鼠和多數其他物種都有一個出奇地酷似人類的FOXP2版本。但是自從我們和黑猩猩分道揚鑣以來，人類版本已發生了另外兩次突變，每次只是使構成FOXP2蛋白質的眾多氨基酸之一發生了變異。

　　將人類版本的FOXP2植入黑猩猩，看一看能否改善它們的言語能力會是令人為之著迷的，但出於技術和倫理方面的原因暫且還無法作這樣的嘗試。不過，人類版本已被植入小鼠體內。說來也夠奇怪的，研究人員觀察到基因經過改良的幼鼠發出的短促尖叫稍有不同——它們的超聲尖叫音高出現了幅度不大的降低。

　　但與小鼠大腦內部見到的變化相比，這一發現似乎只是小巫見大巫。去年，研究人員在一個名為大腦皮質-基底核迴路的區域里發現，神經元的結構和行為均出現了變化。它們又被稱為大腦的獎賞迴路，據悉參與了學習智力新任務的過程。「如果因有所作為而突然被授予獎賞，你就會明白應該重複這樣的行為。」萊比錫馬克斯·普朗克進化人類學研究所領導這項工作的進化生物學家沃爾菲·埃納德說。

　　埃納德根據我們對這些迴路已有的知識認定，FOXP2在幫助人類學習言語規則方面發揮了作用，而獨特的聲帶運動會產生一定的音調甚或語法規則。「你可以把它看成是學習言語的肌肉順序，但也是學習『那條狗昨天追趕的貓是黑色的』這句話的語序。」他提示說。

　　埃納德認為,這是迄今查明的突變給人類大腦進化增添動力的最佳範例。「根據我們掌握的相關證據，在這一過程中沒有發生其他的突變。」他說。