天神基因能否拯救人类,助我们度过灭绝危机?

2024-03-09 生活常识 关注公众号
    网友提问:
有没有可能存在「天神基因」,拯救人类,渡过一次次灭绝危机?    这个看似无厘头的问题,实则蕴含深意。从进化论的角度审视,一个面临灭绝的族群,由于无法适应环境变化,其基因特征在某种程度上类似于“遗传病”。然而,在这濒临绝境之际,若有某个个体因基因突变而拯救了整个族群,将它誉为“天神”也完全合理。不过,“天神基因型”的优势并非永恒不变,随着时间推移与环境更迭,今日的优势可能转为明日的劣势,反之亦然。
有没有可能存在「天神基因」,拯救人类,渡过一次次灭绝危机?    生物演化的本质在于自然选择和淘汰机制,这一过程遵循着最低能耗原则,这一原则在器官、系统及组织层面上的表现尤为明显:一是原有器官因环境变迁失去作用后转变为其他功能的器官或附属结构;二是因物质或器官缺失导致功能障碍时,生物体通过演化不断填补缺陷以求生存。
有没有可能存在「天神基因」,拯救人类,渡过一次次灭绝危机?    追溯至4.4亿年前,典型有颌鱼类在演化过程中诞生了两种呼吸器官——鳃孔(或早期鳃囊结构)演化成典型的鳃,同时出现了最原始的肺。这些拥有双套呼吸系统的鱼类,堪称那个时代的“天神”,因为它们恰好经历了奥陶纪末期大灭绝事件。尽管对于此次大灭绝的具体原因,如超新星爆发、火山活动、小行星撞击等,学界尚无定论,但可以肯定的是,当时的海洋生态环境恶劣,长时间的大规模缺氧以及充斥有毒金属和硫化物。
有没有可能存在「天神基因」,拯救人类,渡过一次次灭绝危机?    在这长达20万至100万年的灭绝时期,几乎相当于智人起源的时间跨度里,许多早期鱼类的基因指导其表达的器官无法适应这种环境正常呼吸,犹如遗传病一般。然而,这也揭示了一个动态演变的过程,正如人类色盲现象,实则是哺乳动物祖先视觉系统多次演化的结果。
有没有可能存在「天神基因」,拯救人类,渡过一次次灭绝危机?    那些“病态”的鱼种在残酷的自然选择中被淘汰,最终筛选出能适应新环境的“健康”鱼类,它们就像是鱼类世界的“远古天神”。为了应对水下呼吸困难,鱼类演化出了气囊,内部布满毛细血管以便进行氧气交换,虽然初期形态简陋,但却有效地避免了身体因缺氧而导致的生理机能障碍,并成功繁衍后代。
有没有可能存在「天神基因」,拯救人类,渡过一次次灭绝危机?    随着大灭绝结束,海洋环境恢复常态,新的挑战与机遇接踵而至。原先拥有双套呼吸系统的有颌鱼类,在富氧环境下,按照最低能耗原则,部分物种退化了原始肺仅保留鳃,演化成了软骨鱼;另一些物种则将原始肺转化为鱼鳔并保留鳃,成为硬骨鱼;还有鱼类同时保留原始肺和鳃,进入沼泽或浅滩生活,演化为肺鱼;更有甚者,直接退化鳃部,发展原始肺为真正意义上的肺,从而踏上四足动物的演化之路。
有没有可能存在「天神基因」,拯救人类,渡过一次次灭绝危机?    在整个鱼类漫长的演化历程中,众多分支曾一度出现,但只有极少数分支延续至今,大部分都在演化长河中消失殆尽。以肉鳍鱼为例,除了陆生四足动物共同祖先以外的所有过渡类群均在后续演化中灭绝殆尽。
    登陆成功的肉鳍鱼后代,同样遵循最低能耗原则,将不再需要的鳃器官逐渐演化成了一系列重要的身体结构,包括但不限于下颌、颊部、嘴唇、舌头及其相关软组织和肌肉、口腔前庭、耳管、中耳、咽喉及其相关软骨和肌肉,甚至三叉神经下颌支、部分面部迷走神经、舌咽神经、喉返神经等。此外,鳃动脉还与大动脉弓、肺动脉、锁骨下动脉、内外颈动脉的形成密切相关,而与内分泌相关的上皮小体、胸腺、鳃后体则是由鳃囊发展而来。换句话说,从人体上颌至中耳再至肺部的广大区域内,大多数组织和器官其实都源自鳃。
    从4.2亿年前到3.6亿年前,短短数千万年间,生命完成了上述多数转变,这无疑反映了无比惊人的演化压力。每一次鳃的变化,都伴随着某些族群的兴盛与衰落,宛如“新神”登台,“旧神”陨落。无论曾经多么顺应天命,一旦不再适应环境,便会被大自然无情地推向灭绝深渊。
    肉鳍鱼登陆后的合弓纲和蜥形纲后代中,我们祖先合弓纲一脉曾在湿润气候的石炭纪和二叠纪繁盛一时,然而却存在着一种典型的“遗传病”问题——尿素代谢缺陷。氨基酸代谢产物尿素与嘌呤代谢产物尿酸,在动物体内若积累过高,会对机体造成威胁,因此动物演化出了肾脏为中心的泌尿系统来排除这些废物。然而,尿素在水中高度溶解,动物排泄尿素的同时会大量丧失水分,这对于生活在水环境中的鱼类和两栖动物并无大碍,但对于离水生活的合弓纲动物而言,则意味着对稳定水源的高度依赖,难以适应极端干燥炎热的环境。
    更为致命的是,合弓纲动物孵化过程中,蛋内的尿素浓度会随胚胎发育不断积累,当浓度达到一定水平,幼崽要么在蛋壳内被尿素毒死,要么被迫提早破壳,面对恶劣的外界环境。尽管二叠纪时期的相对湿润气候使得这一代谢弱点并未构成生死存亡的威胁,且凭借咬合、牙齿及大脑发育等优势,合弓纲动物一度繁荣昌盛。然而,经历二叠纪末期大灭绝之后,地球步入三叠纪,植被减少导致全球普遍呈现干燥炎热、低氧状态,这对合弓纲动物构成了致命打击。
    在随后亿年漫长的演化过程中,合弓纲这一“遗传病”几近使其走向灭绝。相比之下,鱼类、两栖类和其他一些哺乳动物体内存在尿囊素酶,能够将尿酸转化为易于溶于水的尿囊素,进而排出体外,这种排泄方式在水分充足的环境中有利于生存。而更能适应干旱环境的双孔亚纲动物却反其道行之,将尿素转化为半固态的尿酸排出,降低了对湿润环境的依赖,并发展出坚硬厚实的蛋壳,大大增强了对炎热干旱气候的适应能力。
    面对尿素代谢难题带来的繁殖危机,合弓纲一支终于在大约1.6亿年前演化出了攀援始祖兽至1.3亿年前中华侏罗兽之间的唯一真兽共祖,仿佛一位巨神般的存在。然而,大自然依旧冷酷无情地“造神”与“灭神”。
    恐龙统治时代,哺乳动物演化为小型陆生动物,其中视力不佳的种类被视为具有典型的“遗传病”。历经恐龙灭绝后,原本不适应白昼生活的哺乳动物又暴露了“色盲”的问题,但在不断的自然选择中,一部分物种逐渐适应了白昼生活,并重新演化出彩色视觉。
    灵长类动物在分化过程中,旧世界猴和新世界猴之间,有一部分新世界猴仍保持了三色视觉。作为现代人类,我们常常自豪地宣称我们的祖先直立行走,走出森林,演化成人。然而,现实情况是,约3000万年前青藏高原与东非高原隆起,全球气候转冷,森林退化,使得猴类祖先占据森林生态位,而我们祖先的一支却被挤到了森林生态边缘。
    约2500万年前,一只古猴的TBXT基因受到转座子插入影响,改变了该基因的表达,导致尾巴缩短。在古猴身上,尾巴在攀爬、平衡乃至抓握方面至关重要,失去尾巴无疑是严重的“遗传病”。幸运的是,它们拥有强壮而修长的臂膀,部分弥补了这一劣势,最终演化成无尾的古猿。
    然而,不久之后,我们的祖先再次遭遇困境,其中一支演化为长臂猿,进一步压缩了我们祖先在森林边缘的生存空间。此后,猩猩和黑猩猩分支出现,黑猩猩适应了森林边缘生态位,兼具一定的攀爬和直立行走能力。而我们祖先这一支,攀爬能力严重退化的群体,最终彻底离开了森林,这实际上是一种对不利环境的无奈妥协。
    自南方古猿开始,人类正式踏上了最后的演化道路。在这300万年的时间里,人类生理特征发生了翻天覆地的变化,背后则是无数物种灭绝的悲壮历史。即使我们的智人也曾险些在7万年前灭绝,当时的人口数量仅为2000人左右。
    在短短300万年内,人类发展出极其灵活的双手、系统性的语言、复杂的社会组织结构,推动大脑发生飞跃式扩张,容量从400毫升增加至1400毫升。每一次对环境不适的淘汰过程,都可以视作存在某种“遗传病”,而每一个最初携带有显著优势基因突变的个体,都是崭新的“神祇”。
    一代代“神祇”陨落,新一代“神祇”崛起,人类就这样在不断演化中最终发展成为智人。尽管我们现在大多数人的基因已能在很大程度上适应变化的环境,不存在典型的遗传病,但在未来某个特殊的环境条件下,我们终究可能会面临群体性的遗传危机。届时,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“神祇”。
    最后,值得冷静思考的是,以上虽按照提问者的逻辑围绕“遗传病”展开描述,但实际上更准确的说法应是物竞天择

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