人类也曾濒临灭绝？我们惊人相似的基因说：是的

風水168小編

本帖系轉帖，原帖作者：SME科技故事





人类会灭绝吗？对于这个话题，很多人似乎并未打从心底里正视。





但从演化史来看，我们能有如今的地位掺杂着太多偶然性，而让人类濒临灭绝的危机也时常发生。




生物学家古尔德就曾说：假如历史重演，人类出现的可能性几乎为零。









只要提到人种，我们总能首先想起以肤色划分的黄种人、白种人和黑种人。




但这并不是严格意义上的生物学划分，更多是因为地域、文化和体貌特征进行的粗暴区分。事实上，人类肤色只需要数千年的演化，就足以发生改变。曾有科学家预测，按目前人口流动速率和交配趋势，人类只需五千年就不再有肤色的区别了。









截至2019年4月的统计，世界人口已经突破77亿大关。论数量，任何比老鼠大的野生生物，都没资格和人类相提并论。




然而，从遗传水平差异来看，我们每一个人却又是如此的相似。我们的身体由30亿个碱基对构成，但这里面只有很小很小一部分是我们独有的。随便抓两个路人对比，都有99.9%的基因相似性。




此外，人类的这种遗传水平的相似性，还体现在与其他物种的对比上。与其他灵长类相比，现代人类即便体貌特征看上去差异很大，但在遗传水平上却更为相似。据估计，一小撮黑猩猩的遗传多样性，都比现在活着的所有人要多。而任意挑选两个地球人来对比，都比来自同一个种群的两只黑猩猩更相似。









而如此低的遗传多样性，也意味着目前数量庞大的人类，其实可以追溯到人类较近演化史上数量极小的人口。换句话说，现在全球的77亿人，其实都源自剩下的极少数幸存者。




至于这极少数幸存者究竟有多少，根据现存人类的遗传水平差异，科学家也给出了一些估算。有研究认为，曾经只剩下500至3000名可生育后代的智人女性。也有研究认为只剩下40至600名智人女性，幸存人口更少。但即便是最乐观的估计，这些人类幸存者的规模也不会超过一个小镇规模的人口，几乎濒临灭绝。






说到这，有人可能就要倒吸一口凉气了。这么少的人口，随便什么流行疾病、自然灾害、环境冲突等都有可能将人类一波带走吧。再加上那时候没有现代医学，人类预期寿命也就30到40岁。稍有差池，现在的地球霸主可能就得换另一个物种当了。但是从结果来看，人类还是靠着各种优势很快就恢复了种群。而这一小撮人类，也成了目前地球上的77亿人的祖先。




不过，即便种群的数量上去了，人类的遗传多样性也会发生了严重流失。




而这也叫做“瓶颈效应”（bottleneck effect），是指某个种群因各种原因而造成大量个体死亡和遗传变异严重丢失。被“瓶颈”过滤后的种群，就算再扩展到原来规模甚至超越原来规模，其群体遗传变异水平也大不如前了，以至于到现在我们都还没有足够时间恢复被严重耗竭的遗传多样性。






瓶颈效应示意图









那么，当时的我们的祖先究竟经历了什么，才导致只剩下这么少的人类幸存者？其中传播最广的，便是多峇巨灾理论(Toba catastrophe hypothesis，峇读bā)，认为是一次超强火山爆发给全球人类带来了灭顶之灾。






可能造成瓶颈效应的一些原因





在印度尼西亚的苏门答腊岛，有一个叫多峇（2°37′N 98°49′E）的地方。7至7.5万年间，这里便发生了250万年中最剧烈的火山爆发。




其强度达火山爆发指数的8级，而自奥陶纪起的4.9亿年间一共只出现过47次这种强度的火山爆发事件。






多峇火山爆发与其他火山爆发对比




据推测，这次火山爆发在短时间喷发出多达2800立方千米的炙热熔岩和火山灰等，其质量相当于1900万座帝国大厦。




而相比之前，最臭名昭著的1883年印度尼西亚Krakatoa火山爆发，不过释放了约12立方千米的岩浆，简直是小巫见大巫。而多峇火山口也形成了现今最大的火山湖。

该理论认为，遮天蔽日的火山灰进入大气层，遮挡住了大量太阳辐射，以至于造成长达数年的“火山严冬”，而地球也陷入长达千年之久的寒冷低温。而当时的人类祖先，便是在这场环境浩劫发生了人口规模的锐减。






多峇湖




不过，后来的很多证据也驳斥了多峇巨灾理论，认为其并不成立。例如考古证据表明，印度的人类狩猎和采集定居点并没有受到火山爆发的太大影响，很快就恢复生机。而东非阿拉维湖的沉积物也显示，当时的地球也并没有因此急剧降温。而现在一般认为，多峇火山爆发确实惊人，但并没有造成如此夸张的负面影响，多峇巨灾理论基本宣告破产。




但从遗传水平差异来看，这个巨大的瓶颈是存在的，我们的祖先在当时确实只剩下一小撮人口。只是人类祖先的濒临灭绝，很可能并不是火山爆发的锅。




至于他们究竟遭遇了什么，到目前还没有办法完全说清楚，有可能是疾病，也有可能是别的环境灾害，也有可能是纯粹的人兽冲突或人属间的杀戮。









事实上，种群的瓶颈效应还是非常普遍的。许多物种都经历过，或正在经历着这种劫难。






北象海豹




例如，北象海豹在1890年代就经历了一次空前的种群瓶颈。因为人类狩猎等各种影响，到19世纪末他们的种群规模迅速锐减至只剩下20来头。自那以后，它们的种群数量随也回弹至了30000多头，但它们的基因里仍然刻着这一瓶颈的标志：它们的遗传多样性远少于未被广泛捕猎的南象海豹。

而从某种角度来说，很多物种在彻底走向灭绝前，都在经历遗传多样性急剧下降的过程。只是在这种情况下，这个“瓶颈”就不是漏斗形的了，而是出口直接被封死的瓶子，触到天花板无法挽回也就灭绝了。




此外，曾陷入“瓶颈”的小群体，也更容易受到疾病和环境灾害的影响。这也是为什么即便很多动物种群数量上去了，科学家对其未来发展仍忧心忡忡的原因。一个物种的遗传多样性，也是评定它们濒危等级的重要因素。



各个物种或人种的遗传多样性对比，濒危物种标红，灭绝物种标黑




此外，因为在一个物种中只有很少的成员能够获得潜在的有利基因突变，该物种还可能会出现演化放缓的情况。但在种群内，一些原本就存在的不利遗传性状，却会迅速累积。遗传学家认为，不少常见的遗传疾病就是人口瓶颈的产物。




例如，在宾夕法尼亚东部，就住着一群阿米什人（Amish）。而一种极其罕见的遗传变——埃利伟氏症（Ellis-van Creveld syndrome）却在阿米什人中变得异常流行。这是一种骨骼发育异常的常染色体隐性遗传疾病，表现为多趾、四肢短小、身材矮小等，所以最初也被称为“六指侏儒症”。



埃利伟氏症患儿的多趾




因宗教和文化的限制，他们只会与自己人婚配，而这些阿米什人基本都来自当初200位德国移民的后代，异常封闭。




但最初的200位德国移民中，却携有这一不利基因突变，于是他们后代中患埃利伟氏症候群的比例飙升。实际上，该疾病还能追溯到一对携有该突变的夫妇——塞缪尔·金（Samuel King）和他的妻子，他们于1744年才来到该地区。即便现在这种封闭已经打破，但他们患病的几率仍比普通人高出很多倍。






患病的阿米什儿童




不过，在瓶颈效应时期，任何罕见的有益突变也可能被放大，使该有益基因得以在一个社群中迅速传播。如果当初塞缪尔·金（Samuel King）和他的妻子携带的是一种有利基因突变，那么该种群的后代也会更加的优秀。




而这，也就是种群瓶颈引起的所谓“创始人效应”（Founder Effect）。创始人效应能使得某个孤立的小群体与原始种群发生大相径庭的改变，无论这种改变是有害还是有益还是无功无过的。也有科学家认为，种群瓶颈是导致新物种出现的强大推力，偶然事件在演化史中发挥着巨大的作用。



走出非洲模型认为，现代人的祖先起源地东非，大约8万年前开始走出非洲，逐步扩散到其他大陆。




人类在全球上扩张的过程中，可能就经历了多次大大小小的种群瓶颈。最后，这些人口瓶颈引起的一系列“创始人效应”也成就了如今人类的多样性。




而根据人类迁徙过程中遗传多样性的减少，科学家也绘制出了一副人类迁徙的地理要塞图。






图中灰色宽箭头表示人口扩张到不同大陆地区期间的主要创始人事件，灰色小箭头表示潜在的迁移路径，KYA是“千年前”之意。




当一小群智人正式离开非洲的过程中，就遭遇过两次人口瓶颈。这可能是为什么非洲人群的遗传多样性往往比其他地方更多的原因。之后人类开始兵分两路进军欧洲和亚洲，另一个“瓶颈”则发生在人类离开东南亚前往澳大利亚的过程。等人类走得更远，成功地穿过白令海峡登陆美洲时人口就更少了，新大陆创始人口的有效规模不过70人。


无论如何，人类现在已经渡劫成功，但愿其他动物也能一样幸运吧。




*参考资料

Toba catastrophe theory.Wikipedia

Ambrose, Stanley H. (1998). "Late Pleistocene human population bottlenecks, volcanic winter, and differentiation of modern humans". Journal of Human Evolution. 34 (6): 623–651.

Charles Q. Choi .Supervolcano Not to Blame for Humanity's Near-Extinction.livescience.2013.04.29

ANNALEE NEWITZ.These early humans survived a supervolcano eruption 74,000 years ago.arstechnica.2018.03.21

Dennis S. Weiner,David Jonah, Bonnie Leighley, Martin S. Dicintio, D. Holmes Morton, Steven Kopits.(2013).Orthopaedic manifestations of chondroectodermal dysplasia: the Ellis–van Creveld syndrome.J Child Orthop，7(6): 465–476.

Sean Kane.The human race once came dangerously close to dying out — here's how it changed us.businessinsider.2016.03.19

Brenna M.Henna , L.L.Cavalli-Sforzaa,Marcus W. Feldman.(2012).The great human expansion.PNAS,109 (44) 17758-17764.

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张新明

不少常见的遗传疾病就是人口瓶颈的产物。

romagnori

然而天命是不理概率的。必然就是必然。该有的终究会有。