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人类肤色的进化之谜

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人类肤色的进化之谜

人类皮肤颜色(以下简称“肤色”)的不同是非常明显的,社会学家或人类学家常根据人的肤色不同来界定不同的人种,例如,黄种人、白种人、黑种人等。但是,近年来一些新的科学发现,使人类对自身的皮肤颜色的进化有了新的认识,从而对根据人的肤色来界定不同的人种的观点提出了挑战。现在的观点是全球人类肤色的不同是自然选择的结果,其作用是调节紫外线辐射对人体重要营养物质的影响,以保证人类繁衍的成功。

肤色与脱毛的关系

在所有灵长类动物中,只有人类的皮肤裸露,呈现不同的颜色。人类肤色的进化与人类的脱毛过程有关。大约在500万~700万年前,人类的祖先从猿进化而来。当初人类的祖先的肤色与现在的黑猩猩(生物进化上与人类最接近的动物)肤色类似,除了少量皮肤裸露部分(如面部、手和脚)呈粉红色,大部分皮肤由于毛发覆盖的原因,肤色很浅。大约在160万年前,这些更具活力的原始人由于觅食的需要而不断奔跑,体内产生大量热量,于是便面临着如何降温和维持头部不致过热的问题。这个问题可以通过增加体表汗腺的数目(现代人体约有300万个汗腺)和减少体毛来解决;而一旦脱除了大部分体毛,原始人类又面临一个严峻挑战:如何保护皮肤免受阳光尤其是紫外线的伤害。

肤色与紫外线的关系

太阳光中有一部分紫外线,不同地区的紫外线强度不同。根据紫外线的波长,可将其分为3种类型:长波紫外线(波长大于320纳米)、中波紫外线(波长为290~320纳米)和短波紫外线(波长为200~290纳米)。中波紫外线能直接被DNA吸收,引起DNA损伤,造成皮肤癌。长波紫外线能激发皮肤产生活性氧类物质,引起DNA的继发性损伤。但是,紫外线可增强酪氨酸酶的活性,使黑色素的合成增加,这是机体防止过量阳光照射的自然防护机制。当人类脱掉绝大部分体毛以后。皮肤产生黑色素的功能就显得十分重要。
黑色素是一种有机大分子,由分布在表皮底层的黑色素细胞产生,可以吸收紫外线。另外也可以消除紫外线照射皮肤后产生的自由基。不同种族的人,黑色素细胞数量基本相等,不同的肤色是由于黑色素细胞内黑色素颗粒的含量不同,而非黑色素细胞数量的不同。黑色皮肤人种的黑色素颗粒大而多,不易消失,故分布于表皮各层细胞内:黄色人种的黑色素颗粒小,易被分解,仅存在于表皮基底层的细胞内。
一般认为,赤道地区的人肤色较深,这是由于该地区的太阳光直射时间较长,人们接受的紫外线较其他地区的人多,这种适应过程可减少紫外线诱发的皮肤癌。但是,所有皮肤癌的发病都比较迟。因此,关于肤色进化仅仅是为了保护皮肤的解释,并不能充分说明人类肤色变深的原因。人们不禁要问,在人类进化过程中,黑色素的作用究竟是什么?目前的观点是生活在低纬度的居民,皮肤中较多的黑色素颗粒不但可以防止紫外线对皮肤的灼伤,而且可以防止紫外线对叶酸的破坏,而生活在高纬度的居民,皮肤中黑色素颗粒较少,可有利于紫外线进入皮肤,促进维生素D的合成。

肤色与叶酸的关系

1978年研究人员发现,让那些肤色较浅的人暴露于强烈日光下,其血液中叶酸的含量呈反常的低水平。他们还观测到,把人的血清置于类似的环境中,叶酸的含量在1小时内会丢失50%。叶酸是一种维生素,人体不能合成,必须从食物获取。绿叶蔬菜、蘑菇、肝脏、豆类、坚果等食物含有较丰富的叶酸。叶酸在体内参与甲硫氨酸和其他含氮碱基的生物合成。
长期以来,人们注意到孕妇缺乏叶酸可导致胎儿神经畸形,如脊柱裂(椎弓不能完全包绕脊髓)和无脑儿。因此,在女性怀孕期间,医生总是提醒她们尽量多食一些含叶酸丰富的食物,这样可降低胎儿发生神经畸形的风险。最近,阿根廷研究人员发现3例肤色较浅的孕妇在怀孕早期去了晒黑俱乐部进行美容,结果因紫外线照射而导致体内叶酸浓度大大降低,使得她们的婴儿患上了神经畸形疾病。
缺乏叶酸不仅导致神经畸形,而且还有许多其他重要作用,例如细胞有丝分裂时合成的DNA必须有叶酸参与。由于生精细胞是快速生长的细胞,当雄鼠缺乏叶酸时,精子数量减少,而且没有生殖能力。因此,补充叶酸可能会提高男性的生育能力。

肤色与维生素D的关系

虽然中波紫外线对人体有一些危害,但它却能促进皮肤内维生素D的合成。维生素D是一种脂溶性维生素,它的主要功能是促进小肠对钙的吸收,以保证骨骼的正常发育和维持健康的免疫系统。饮食中含维生素D较丰富的食物有鱼油、牛奶、肝脏,鸡蛋和某些谷类等。但是,人体维生素的主要来源是光照,一般来讲每天15分钟左右的光照便可以维持人体对维生素D的需求。
生活在赤道地区的人们常年接受充足的光照,所以有足够的中波紫外线进入皮肤以产生维生素D。赤道以外的地区则不同,人们接受的光照相对较少,为了合成足够的维生素D,他们的肤色较浅。因此,日照水平对人肤色的影响是显而易见的,赤道附近的土著居民的肤色较深,当他们迁徙到远离赤道的南非后,由于接受的中波紫外线减少,因此其肤色逐渐变得比赤道附近的居民稍微浅一些。这种适应性变化有利于合成维生素D。

女性的肤色为何比男性浅

女性的肤色要比男性稍浅。人类学家认为.在女性的一生中,尤其在妊娠期和哺乳期,需要比男性更多的钙。因此,女性的肤色浅有利于更多的中波紫外线穿过皮肤,合成更多的维生素D。在世界上光照强烈的地区,女性的确经历了自然选择的严峻考验,一方面要让皮肤得到最大程度的保护,减少紫外线对叶酸的破坏;另一方面又要保证维生素D的合成。

近代人类迁徙所产生的风险

交通发达之后,不少人迁徙到别的地区生活。原先生活在纬度较高的欧洲居民迁徙到距赤道较近的区域生活,这样他们接受中波紫外线辐射的剂量就比原来多,加上这些肤色较浅的居民又受到某些审美观念的影响崇尚棕色肤色,接受了额外的紫外线照射,因此在这些人群中皮肤癌的发病率明显增加。而某些肤色较深的非洲和南亚居民到了纬度较高的区域生活后,因为日照减少,他们因缺乏维生素D而患软骨病,佝偻病的概率比原地居民要高。这些资料充分说明,人类肤色的不同主要是人类适应不同环境的结果,是为了人类更好的繁衍,而非人种的不同。以肤色来划分人种是没有意义的。

人类按照肤色和相貌的不同可以分为不同的族群,不同族群之间相互仇视的现象古已有之,但一直没有演变为种族歧视。究其原因,一是因为古代交通不便,不同族群的人很少接触,二是宗教信徒们相信上帝造人,既然大家都是上帝的子民,就很难把这种歧视上升到种族的高度。地理大发现极大地扩展了旧世界居民们的视野,再加上达尔文提出的进化论被越来越多的人接受,使得学者们开始相信人类可以像动植物那样被分成若干个本质上有差异的种族,这就为种族歧视创造了条件。

最先提出种族思想的是瑞典植物学家卡尔·林奈(Carl Linnaeus),他在1758年写了本书,把人类分成欧洲人、美洲人、亚洲人和非洲人这四大种族,他认为金发碧眼白皮肤的欧洲人是富有创造力的人种,黄皮肤的亚洲人则是忧虑、盲目和吝啬的,两者的区别是天生的,与后天教育无关。

德国人类学家约翰·布鲁门巴赫(Johann Blumenbach)通过研究人的头盖骨,把人类分成高加索人、蒙古人、埃塞俄比亚人、美洲人和马来人这五个人种。他相信最早的人类是起源于高加索地区的白种人,后来被迫迁徙至其他地方,受到环境影响而发生了人种退化。布鲁门巴赫被称为现代人类学的鼻祖,他开创的这一派又被叫作“科学人类学”,即用科学的方法研究人类发展史。但是,因为早期的科学研究方法有限,手段单一,再加上当时的人类学家们有太多的政治诉求,不够中立,得出的很多结论都是错的。

比如,布鲁门巴赫认为,白皮肤的高加索人迁徙到非洲,在当地强烈的阳光照射下退化成了现在的非洲人。这个说法的前半部分从某种角度讲是正确的,但因为当时的科学手段没办法判断肤色变化的时间顺序,导致结论完全错了。直到DNA测序技术被发明出来后,人类的进化史才终于有了可靠的时间轴。DNA就像是一本族谱,记载了生命有史以来发生的所有重大事件。读懂这本族谱需要掌握两个窍门:第一,每一位抄书者都会抄错几个字母;第二,抄错字母的概率是基本恒定的。掌握了这两条规律,人类学家们终于描绘出了人类进化的时间表。

就拿肤色来说,科学家们很早就知道肤色的深浅源于皮肤中黑色素的多寡,但是直到2002年才终于找到了导致这一变化的基因,总数不到10个。决定欧洲人肤色变化的主要是KITLG、TYRP1、SLC24A5和SLC45A2这四个基因。通过研究这些基因的演化历史,人类学家们终于搞清了人类肤色变化的大致过程。

简单说,人类祖先的皮肤确实是白色的,如今的黑猩猩就是如此,他们浓密的毛发挡住了赤道带强烈的阳光,不需要那么多黑色素。大约在150万年前,全球变暖导致大部分非洲森林消失,迫使祖先们从树上走下来,开始在草原上生活。毛发不利于散热,最先被淘汰。没有了毛发,他们迫切需要另想办法防止紫外线对皮肤的伤害,于是黑色素便不断增多,终于让他们的皮肤变成了黑色。

提起紫外线,很多人首先想到的是它的致癌作用,但是古人大都活不到得癌症的年纪,致癌不足以对人类肤色的进化产生压力。但是紫外线可以破坏叶酸,缺乏叶酸的孕妇很容易生出畸形儿,这才是皮肤变黑的进化动力。

大约在20万年前,现代智人出现在非洲,肤色都是黑的。又过了十几万年,其中的一部分人走出非洲,向北进入了中亚和欧洲地区,并逐渐扩散到整个地球。随着纬度的增高,天气越来越冷,祖先们穿上了厚厚的衣服,在御寒的同时挡住了阳光。但是,紫外线也不都是坏的,它能帮助身体合成维生素D,黑皮肤会导致维生素D缺乏症,于是住在寒冷地区的人们皮肤开始变白了。

上面这个说法听上去很有道理吧?且慢!一部分人类学家并不同意,他们认为,早期人类依靠打猎和采集野果为食,维生素D完全可以从这种多样化的食物中获取,缺乏光照并不会影响人类的生存。最终导致人类皮肤变白的原因是农业的诞生,这一变化使得人类的食物成分变得单一,维生素D缺乏症终于显露出威力,人类的肤色这才终于变白了。

到底哪种说法正确呢?唯一的办法就是通过基因序列分析,找出相关基因发生变异的时间。今年8月25日出版的《分子生物学与进化》(Molecular Biology and Evolution)杂志刊登了葡萄牙波尔图大学的几位科学家撰写的论文,通过分析前文提到的那四个基因的变异时间,发现在1.1万~1.9万年之前欧洲人的皮肤才终于变白。早些年发表在《科学》上的另一篇论文得出的年代更近,为5300~6000年。虽有差异,但两个结果都更接近农业假说,即农业导致的食物种类单一化才是皮肤变白的原因。换句话说,仅仅1万多年前欧洲人的皮肤还是黑的呢,种族歧视是没有科学根据的。

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