大规模基因研究揭示人类进化
来源: 中国科学报 发布时间: 2017-09-13 访问次数:
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人类的进化正在以意想不到的方式改善健康状况。图片来源:Ira Block/NGC

  一项旨在查明人类基因组如何进化的大规模遗传学研究表明,自然选择正在摆脱那些缩短人类生命的有害基因突变。这项发表在《公共科学图书馆—生物学》杂志上的研究分析了21.5万人的脱氧核糖核酸(DNA),同时也是第一个尝试直接探究人类如何在一到两代人中进化的研究。

  为了确定人类基因组的哪些部分可能正在进化,研究人员在美国和英国的大型基因数据库中寻找突变——这些基因突变在不同的年龄组中发生了广泛变化。对每个人来说,父母的死亡年龄被记录为一种衡量寿命长短的标准,或者在某些情况下是他们自己的年龄。

  主持这项研究的美国纽约哥伦比亚大学进化生物学家Hakhamanesh Mostafavi说:“如果一个基因变异影响了生存,它出现的频率就会随着幸存者的年龄而改变。”携带有害基因变异的人死亡率较高,因此在老年人群中这种变异将变得愈发罕见。

  Mostafavi和同事测试了超过800万个常见基因突变,发现有两种突变似乎随着年龄的增长而变得不那么普遍。一种是与阿尔茨海默氏症有密切联系的APOE基因的变体,其在70岁以上的女性中很少出现。而与男性大量吸烟有关的一种CHRNA3基因的变异在中年人群中开始逐渐消失。研究人员认为,没有这些突变的人具有生存优势,而且更长寿。

  这一发现本身并不是进化在起作用的证据。从进化的角度看,拥有较长的寿命并不像拥有较强的生育能力那样重要,后者指有许多孩子都能活到成年并生下自己的后代。因此,在生育年龄后产生影响的有害突变在进化中可能是“中性的”,而不是被选择的。

  研究人员认为,如果是这样的话,基因组中仍会有大量这样的突变发生。但Mostafavi指出,如此大规模的研究只发现两种突变的事实本身就强烈表明,进化正在“淘汰”它们,而另一些突变可能已经被自然选择从人群中清除了。

  然而为什么这些迟来的突变可能会降低一个人的基因适应性——其生育和传播自身基因的能力——仍然是一个悬而未决的问题。

  研究人员认为,对于男性来说,那些活得更久的人可以有更多的孩子,但这不大可能是故事的全部。因此,科学家正在考虑另外两种解释长寿为何重要的原因。

  首先,在健康状况良好的老年人中,父母可以照顾他们的子女和孙辈,这增加了后代存活和生育的机会。这有时被称为“祖母假说”,或许也可以解释为什么人类在更年期后会长寿。

  第二,在年老时明显有害的基因变异很可能在生命的早期也对健康不利。“你需要非常大的样本才能看到这些小的影响。”费城宾夕法尼亚大学人口遗传学家Iain Mathieson说,所以这就是为什么现在还不能确定是否为这种情况的原因。

  研究人员还发现,与寿命较短的人相比,某些特定的基因突变组(单独不会产生可测影响但群体会对健康构成威胁)在那些预期寿命较长的人身上似乎更少。这些基因突变可能造成哮喘、高体重指数和高胆固醇的倾向。然而最令人惊讶的是,研究人员发现,一组基因突变导致了青春期和生育期的延长,这些突变在长寿人群中更为普遍。

  加利福尼亚州斯坦福大学遗传学家Jonathan Pritchard表示,看到推迟生育的遗传关联是非常有趣的。之前,长寿和晚生育之间的联系已经被发现,但那些研究不能忽视财富和教育的影响,因为在这两方面水平较高的人往往生孩子较晚。最新的遗传证据使Pritchard认为,生育和寿命之间存在着一种进化的平衡,这种关系以前只在其他动物身上研究过。“实际上,在人类身上发现这种现象真的很酷。”他说,“我认为这是一项非常出色的研究。”

  研究人类正在进行的进化众所周知是很困难的。英国牛津大学统计遗传学家Gil McVean表示,想要直接观察这种选择过程的科学家需要测量一代人的基因突变的频率,然后在所有这代人的后代中再测量一次,要想更准确的话,则需要在孙辈中再进行一次。“想这样做是很困难的。”他说,“你需要非常大量的样本。”

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