推动人类进化的最大力量是什么?有人说是我们的环境,还有人认为可能是性。然而,让人感兴趣的新证据指向一个更加出乎意料的第三者——病原体。我们体内生存的细菌、病毒和其他寄生虫已经极大地改变了我们的基因组,完全超出我们的想像,而且这一过程正在发生。
通过杀灭抵抗力极低的人,病原体使得能保护宿主免受传染病侵袭的突变保存到基因组中。但这是要付出代价的。如果一个人经遗传得到双倍数量的这类突变,就可能会罹患镰状细胞贫血症、地中海贫血症,以及囊性纤维病变等遗传性疾病。
这些发现不只是有趣的进化问题。研究致病基因的分子结构将使我们对祖先的生存环境有新的了解。如果我们想有效地研制和检验新药和疫苗,那么搞清病原体在多大程度上塑造了我们的基因将至关重要。不仅如此,它们还将开辟对抗艾滋病和疟疾等疾病的新途径。有些研究人员推测,研究我们的进化历史将有助于我们了解心脏病和癌症等致命疾病的根源,不过这尚待证实。
我们在几个世纪之前就知道人类个体对传染病的反应方式千差万别。
但是直到20世纪40年代末。伟大的学者霍尔丹才提出一种解释,说明为什么有些人天生要比其他人对某种疾病的抵抗力更强。最先暗示病原体可能塑造我们基因的就是霍尔丹的这一解释。
在1948年于斯德哥尔摩召开的国际遗传学大会上,美国科学家詹姆斯·尼尔和威廉·瓦伦泰因对一种称做地中海贫血症的致命遗传病大伤脑筋。他们在美国的一些地中海移民人口中观察到该病。
霍尔丹知道,地中海贫血症是一种隐性遗传疾病,意思是说,小孩必须从父母双方各获得一个有缺陷的基因才会发病。只获得一个有缺陷基因的人是无症状的携带者。患有地中海贫血症的儿童不能制造足够的血色素。红细胞中的这种蛋白质把氧气输送给肌体组织。但是霍尔丹知道,虽然没有症状,但是携带者的红细胞要比正常人的小。他还知道,在二战之前,由攻击红细胞的单细胞寄生虫导致的疟疾是地中海地区的一个主要死亡原因。因此他提出,小个红细胞可能对疟原虫引发的传染病更有抵抗力,从而能保护携带者免受疟疾的侵袭。继承两个有缺陷基因的儿童是寄生虫与人类宿主之间的一场竞赛中的不幸牺牲品。
这样,“多态平衡”的概念诞生了。这种遗传情况是指,只携带一个有缺陷基因的人具有生存优势,比如对疾病的抵抗力;但这样的优势使得这样的基因缺陷在人口中的发生率上升,直至被携带两个有缺陷基因的人的夭折率所抵消。
霍尔丹的观点简洁动人,不过搞清这一观点是否适用于众多遗传疾病不是一件简单的工作。经过几十年的艰难研究,直到1997年,我们才得以有把握地说,霍尔丹对地中海贫血症的解释是正确的。但是,我们尚不完全了解地中海贫血症如何使人类免受疟疾的侵袭。霍尔丹的说法,即小个红细胞为疟原虫提供了一个恶劣的生存环境不是问题的答案。不过,我们从地中海贫血症获得的知识应该有助于我们更加了解病原体如何推动人类基因的进化,以及这对我们意味着什么。
地中海贫血症是突变保护它们的携带者免受疾病侵袭的最佳例证。不过这只是冰山的一角。越来越多的证据显示,病原体已经而且仍在塑造我们的很多基因和器官。只疟疾一种疾病就迫使至少14个人类基因发生改变,而发生改变的基因数量仍在增加。
疟疾的例子绝非独一无二。研究人员在最近几年发现的线索显示,其他的很多传染病参与改变了我们的基因组。研究人员已经确认了很多基因,它们是导致我们对许多细菌和病毒的易感程度不同的主要原因。这些疾病包括结核病、麻风病、艾滋病以及肝炎。
那么,这些新信息到底能告诉我们什么呢?研究地中海贫血症等疾病在全球的分布能够帮助我们了解人类历史。例如,疟疾可能只是在较近的过去才开始侵袭人类的,因为对地中海贫血症突变的分析结果显示,该病大约在5000年前首次出现。这与人类开始从事农业的时间恰好一致,因为当时的环境更加有利于疟原虫的传播。
类似的研究结果还能告知我们人类在古代的迁移情况。在南美土著人口中没有地中海贫血症和镰状细胞贫血症患者这一情况可能说明,在人类渡过白令海峡移居美洲的时候,亚洲大陆还没有疟疾。
除了历史,这类发现还对生物医学研究至关重要。在研制疟疾疫苗时必须清楚,在接受疫苗试验的人口中,哪些人对疟原虫具有高度的天生抵抗力。不过更具吸引力的是,更好地了解与遗传抵抗力相关的保护机理可能为研制新的治疗方法提供有价值的线索——为何不从大自然的这些非凡实验中汲取灵感呢?
因此毫无疑问,在我们对抗传染媒介物的长期斗争中,我们的基因构成被大大改变了,而且一定仍在变化。镰状细胞贫血症和地中海贫血症等疾病是人类进化进程留在我们身体上的伤疤。但是,除了遗传疾病,我们在传染病的长期作用下所发生的基因改变还有其他不利影响吗?在我们为自己创造的全新环境中,这些改变可能有害吗?只有在探究我们对各种环境因素的不同易感性的遗传基础时,这些问题的答案才能变得明了。环境因素似乎是导致糖尿病、肥胖和心脏病等发达国家常见病的原因。
最近,研究人员试图从进化的观点解释很多人类疾病,而“进化医学”的新科研领域也已出现。其支持者认为所有疾病,从孕妇晨吐到某些类型的癌症和精神疾患,都可以视做适应进化的变化。这完全是推测,在目前几乎没有证据支持这一说法。不管怎样,传染病研究带来的证据几乎毫无疑问地显示,进化的视角可能对我们了解目前的很多致命疾病极其有价值。