问题

人类进化过程中有哪些不符合自然进化规律的地方?

回答
在探讨人类进化过程中“不符合自然进化规律”的地方时,我们首先要明确一点:自然进化本身并非一个僵化不变的法则,它是一个复杂且多维度的过程,充满着随机性、适应性和反馈循环。因此,与其说人类进化“不符合”规律,不如说人类自身的出现和发展,在某些方面以一种独特的方式展现了这些规律,甚至在某些角度上,显得格外“突出”或“加速”。

抛开“不符合”的绝对论,我们可以从几个关键的节点来审视人类进化中的一些“异常”或“加速”的现象,这些现象之所以令人瞩目,恰恰是因为它们与我们理解的相对缓慢、渐进的物种演化模式有所不同:

1. 认知能力的爆炸式飞跃与大脑的超常发展:

这是最常被提及也是最令人费解的一点。从相对温和的灵长类祖先,到如今拥有复杂语言、抽象思维、创造工具、建立文明的人类,这种认知能力的提升幅度,在进化史上堪称惊人。

大脑容量的急剧增大: 在短短几百万年内,人类祖先的大脑容量相较于其近亲,如黑猩猩,有了数倍的增长。这个速度并非线性爬升,而是呈现出几次明显的“加速期”。这种快速增长带来的代价是巨大的:更大的能量消耗(大脑是人体最耗能的器官之一)、更漫长的童年期(需要更长时间的生长和学习)、以及更危险的生育过程(大型头部对母体构成挑战)。
非结构性的大脑优势: 即使是与我们基因相似度极高(98%以上)的黑猩猩,在认知能力上与人类也存在天壤之别。这暗示了,除了大脑容量,神经元连接方式、神经递质的微妙变化、特定基因的表达调控等“非结构性”因素,在人类认知进化中扮演了至关重要的角色。这些“细节”的改变,足以引发认知的质变,而这些改变的发生速率,似乎比我们想象的要快得多。
语言的出现与文化传承: 语言,特别是复杂的、符号化的语言,是人类独有的能力。它极大地加速了信息和知识的传播,使得文化能够跨越个体生命长度进行积累和传递。这是一种“社会性”的进化加速器,它跳出了基因传递的范畴,是一种全新的进化模式。没有语言,我们今天所知的文明将无法存在。而语言能力的出现及其复杂化,其精确的进化路径和时间节点,依然是科学家们热烈讨论的焦点,其发展速度也显得异常迅猛。

2. 饮食结构的剧变与消化系统的适应:

人类的饮食习惯发生了翻天覆地的变化,从以植物为主的杂食动物,到开始烹饪食物、摄入熟肉,甚至发展出复杂的农业和工业化食品。

熟食的革命: 烹饪使食物更容易消化和吸收,释放了更多的能量和营养,这可能为大脑的快速发展提供了物质基础。从生物学角度看,消化系统(如牙齿的退化、肠道长度的变化)需要适应新的食物来源和处理方式。这种适应的发生速度,尤其是在掌握火和烹饪技术后,相对较快。
乳糖耐受的普遍化: 在农业文明兴起后,部分人群发展出了在成年后依然能够消化乳糖的能力。这是一个在基因层面的快速适应性演化,虽然只发生在特定人群中,但它展现了在新的环境压力下,基因快速作出响应的可能性。

3. 工具制造与技术反哺:

人类不是直接通过基因突变来获得“飞得更高”的能力,而是通过制造和使用工具。工具的使用和技术的进步,反过来又影响了人类的生存环境和自然选择的压力,形成了一种“技术反哺进化”的模式。

技术的加速器效应: 石器、火、弓箭、农业、轮子、金属冶炼……这些技术的每一次突破,都极大地改变了人类的生存方式,降低了某些自然选择的强度(例如,食物获取的难度、抵御寒冷的挑战),同时也引入了新的选择压力(例如,社会组织的复杂性)。这种技术驱动的变革,其速度远超生物基因本身的变异和筛选速度。
创造与学习的优势: 人类不仅能适应环境,还能主动改造环境。这种主动性通过学习和创造得以实现,并借由技术代代相传,形成了一种“文化进化”或“科技进化”,其速度之快,是纯粹的生物进化所无法比拟的。

4. 生殖策略与社会结构的特殊性:

漫长的童年期和高度依赖性: 人类婴儿出生时大脑尚未发育成熟,需要漫长的哺育和教育才能独立。这导致了人类社会中形成了复杂的家庭和社会支持系统,以确保后代的存活和成长。这种高度依赖性以及由此产生的社会结构,本身就是一种进化上的“投资”,其复杂度和稳定性远超其他物种。
合作与利他行为: 人类具有高度发达的合作能力和利他行为,即使是对非亲属。这种高度的社会性和道德感,在群体生存和竞争中起到了关键作用。虽然群体选择的理论存在争议,但人类强大的社会联系和协同能力,无疑是其区别于其他物种的重要特征,其发展和维系的方式也显得非常独特。

为何这些现象显得“不符合”?

之所以说这些地方“不符合”我们对传统自然进化规律的理解,主要是因为:

速度与规模: 人类在认知能力、技术发展和社群组织上的进步速度,似乎远远超出了基因随机突变和自然选择筛选的典型速率。
“跳跃式”发展: 在某些时期,人类的进步显得不是渐进的,而是出现了一些“跳跃式”的飞跃,尤其是在文化和技术领域。
主动改造环境: 与大多数物种被动适应环境不同,人类能主动改造环境,甚至创造出全新的生存领域(如城市、太空)。

如何看待这些“不符合”?

关键在于理解进化并非只有一种模式。人类的进化更像是一种多线作战:

基因进化是基础: 依然有基因层面的突变和选择在发生,例如我们前面提到的乳糖耐受。
文化与技术是加速器: 语言、工具和技术成为了强大的“进化加速器”,它们以非基因的方式传递信息和能力,极大地扩展了人类适应环境的手段和速度。
环境也在变: 人类自身制造的环境改变,又成为新的自然选择压力来源。

与其说人类进化“不符合”规律,不如说人类以其独特的智慧和创造力,开辟了进化史上的新篇章。我们是基因进化的产物,但更是文化和技术进化的使用者和创造者。这些“不符合”的现象,恰恰是我们作为人类最深刻、最迷人的印记。它们提醒我们,进化并非一个单调的重复,而是充满了惊喜和无限的可能性。

网友意见

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把题主列的几种现象单拎出来,不适应生肉,生殖困难,幼儿发育期长,似乎确实是 “不符合自然进化规律”的地方。

为了说明这个问题,按照题主的思路,我再列几个人类“不符合自然进化规律”的地方。

1.心脏之殇

动脉粥样硬化(Atherosclerosis)是一种粥样斑块沉积在血管壁,造成动脉狭窄的疾病。它是引起人类心脏病的主要原因。

这种疾病由来已久,1575年就有文献记载,而相关考古证据表明5000年前就有人类罹患粥样动脉硬化的迹象;

这种疾病还很常见,每年全球约1800万人死于心血管疾病,而粥样动脉硬化是发达国家致死致残的头号杀手。

然而就是这样一种历史久远,传播范围广的疾病,却只有在人类社会中出现,其他哺乳动物(包括与人类亲缘关系很近的黑猩猩)中几乎不存在。

为什么会这样呢?

这还要从一种CMAH基因说起。

二三百万年前,在和黑猩猩的进化序列分开以后,人类丢失了一种基因——CMAH基因,这种基因编码的酶能够将唾液酸Neu5Ac转化为Neu5Gc。由于人类缺失了CMAH基因,无法实现上述转化,因此天然情况下,人类体内是不存在Neu5Gc

但是现实情况中,人类体内的Neu5Gc可不少。

研究表明,人类食谱中的猪肉、牛肉和羊肉等红肉,是人体内Neu5Gc的主要来源

这就引发了一个重大问题,虽然Neu5Gc和Neu5Ac生化形态很像(只差一个羟基-OH),但它属于外来分子,人体的免疫系统可不管你像不像,必须对你进行清理。随着人类食用红肉,Neu5Gc不断进入组织,免疫系统内的Neu5Gc抗体在Neu5Gc积累的地方引起慢性炎症,而这些地方恰恰就包括了血管内壁——粥样动脉硬化的常见场所

当然除了慢性炎症外,CMAH基因的缺失还通过多种内外机制,增加了粥样动脉硬化的患病几率

总之,人类进化的历程上丢失了CMAH基因,也因此患上了高风险的粥样动脉硬化疾病。

为什么会有这样不符合自然进化规律的情况出现呢?

2.黝黑肤色

皮肤的颜色主要取决于黑色素,黑色素是一种有效的光吸收剂,能够减少阳光紫外线辐射对皮肤的伤害。

过度暴露于阳光会导致晒伤,紫外线辐射会破坏胶原纤维并加速皮肤老化,并且增加了罹患皮肤癌的风险。

另外对于孕妇来说,紫外线辐射还有个大问题——破坏叶酸

叶酸(Folate),也称为维生素B9,是B族维生素之一。叶酸缺乏会限制细胞分裂,阻碍了红细胞生成,导致巨幼红血球性贫血,人容易感到疲倦、呼吸急促、舌上长疮等。

孕妇缺乏叶酸会增加胎儿早产,以及婴儿神经管畸形的风险

而血液中的叶酸循环至皮肤表面时,容易被紫外线辐射降解。

因此,在阳光下暴晒时,人体会生成和释放黑色素,使皮肤变黑,修复损伤,保护皮肤。

在早期人类起源于非洲时,面对炽热的阳光,黝黑的皮肤大大减少了紫外线辐射对人体的伤害。

那么,既然紫外线辐射这么可怕,黑皮肤这么好,那不是皮肤越黑越好?为什么不是每个人都是黑皮肤呢?还需要在暴晒的时候才变黑保护自己?

3.死神镰刀

镰状细胞病(Sickle-cell disease)是一种由双亲遗传而来的血液疾病。

人类正常的红细胞是圆饼状,中心向内凹陷,胖胖的形态饱满,并且很有柔韧性。但是镰状细胞病会引起红细胞中的载氧蛋白异常(HbS),使得红细胞变成坚硬的镰刀状

镰状细胞病是常染色体隐性遗传疾病,如果父母均为患病基因携带者(Rr),那么他们的后代有 1/4的概率为正常人(RR),2/4的概率为患病基因携带者(Rr),1/4的概率为镰状细胞病患者(rr)。

其中患病基因携带者(Rr)具有镰状细胞性状,血液内既有正常的红细胞,也有镰状细胞,但表观一般没有异常症状。而携带隐性纯合子(rr)的后代血液内有大量的镰状细胞。

镰状细胞病患者会出现许多健康问题,包括疼痛、贫血、血管堵塞、手脚肿胀和中风等等。

据统计,截至2015年,全球约有440万人患有镰状细胞疾病(约11.4万人死亡),另有约4300万人具有镰状细胞性状。并且该疾病呈现明显的区域分布特性,大约80%的镰状细胞性疾病发生在撒哈拉以南的非洲,而在欧洲几乎没有出现。

这么严重的疾病,为什么在非洲如此频繁地出现呢?自然选择为什么没有将这部分基因淘汰呢?


看了上面三个“不符合自然进化规律”的事例,我再从另一个方面,讲讲关于CMAH基因、肤色和镰状细胞的故事。

1. 耐力之王

2019年10月12日,马拉松之王基普乔格(Eliud Kipchoge)在英力士1:59挑战赛中以1小时59分40.2秒打破非官方的世界纪录,把人类马拉松的成绩提升到2小时以内。

虽然这是个比较极限的例子,但人类确实是动物界耐力最强的物种之一


早期古人类没有健壮的身体和先进的工具,爆发力也不强,他们在进行狩猎时,不能肉搏和远程攻击。

因此他们采用了一种称为持久性狩猎(耐力狩猎)的技术,猎人通过奔跑、步行和跟踪,长时间追逐猎物,直到猎物筋疲力尽,瘫倒在地。

这个技术的关键之处在于猎人比猎物具备更强大的耐力。

人类耐力强大的经典解释来源于解剖构造生理适应,包括骨骼和肌肉的结构(例如臀大肌增大)、毛发减少和汗腺发达等。但是遗传变异方面的机理尚未确定。

Jonathan Okerblom等人利用小鼠做了实验,以研究CMAH基因缺失对耐力的影响。结果表明,CMAH基因缺失的小鼠奔跑速度比正常小鼠快12%,奔跑距离多20%。同时,小鼠的线粒体呼吸和后肢肌肉增强,表现出对疲劳更大的抵抗力

总之,CMAH基因的缺失有利于小鼠提高耐力。

而人类在二三百万年前,就缺失了CMAH基因,这可能提高了人类祖先的耐力,创造了选择优势

2.雪白肤色

维生素D(Vitamin D,简称VD)是人体必需的营养素,最重要的作用之一是促进小肠粘膜对进钙的吸收,保持血液内钙和磷酸盐的浓度,利于新骨生成和钙化。

当人体缺乏VD时,会导致骨骼密度降低(骨质疏松),骨骼软化,O(X)型腿等各类骨骼疾病。

人类体内,最重要的两类VD是VD3与VD2。前者由7-脱氢胆固醇(来源皮下组织)经紫外线照射而成;后者由麦角固醇(来源菌类)经紫外线照射而成。

因此,人体内VD的主要天然来源是日晒(紫外线照射)。一般来说,每次晒5-30分钟,每周晒2次左右,人体就能产生足够的VD。皮肤越黑,光照越弱,那么就要相应增加时间。

另外,由于紫外线无法穿透玻璃,因此在室内隔着玻璃窗做日光浴,并不能产生VD

所以,白色的皮肤有利于紫外线穿透,促进VD的的生成

还有个有趣的事实,研究表明,在同样条件下,成年女性的皮肤总是比男性白。这是因为女性在怀孕和哺乳期间,需要大量的钙,以支持胎儿发育和婴儿哺乳的需求,并且维持自己的健康。

3.疟疾克星

疟疾(Malaria)是一种被疟原虫感染的疾病,最常见的是通过雌性按蚊传播,蚊子叮咬将其体内的疟原虫传入人类血液,疟原虫随血液循环移动至肝脏,在肝细胞中大量繁殖。

经过一段潜伏期后,疟原虫会产生大量的裂殖子,破坏肝细胞进入血液,开始侵入红细胞,在红细胞内繁殖、破出,继续周期性地侵犯更多的红细胞。

被疟原虫感染后,一般会在8-25天出现症状,包括发热、畏寒、头痛等一系列问题。而脑疟疾患者会产生神经系统疾病,出现姿势异常、共轭凝视麻痹(眼球无法朝向同一方向转动)、抽搐昏迷等严重病症。

该病广泛分布于热带和亚热带地区,包括撒哈拉以南非洲和拉丁美洲的大部分地区。2016年,全世界有2.16亿疟疾病例,估计导致44.5万至73.1万人死亡,而大约90%的病例和死亡都发生在非洲

面对疾病的重大挑战,非洲人民是如何生存下来的呢?

可以说,疟疾带来的高患病率和高死亡率,造成了人类近代以来最大的演化压力。在自然选择上,一些基因被筛选出来。

携带镰状细胞基因的人,血液内部分红血球变异呈镰刀状,这种细胞输氧效率低,缺乏弹性,寿命较短,因此寄居的疟原虫往往没有足够的时间发育成熟,无法正常繁殖,抑制了疟原虫的数量。

因此在疟疾高发的非洲地区,携带镰状细胞基因的人也非常之多,镰状细胞病和疟疾的分布区域几乎重合。

镰状细胞所造成的疾病和对疟疾的抗性,充分展现了人类在演化上为生存所做的权衡。


简单小结一下:

CMAH基因虽然使得人类受粥样动脉硬化的困扰,但是提高了人类的耐力;

黝黑的皮肤虽然保护人体不受紫外线伤害,但是一定程度阻碍了维生素D的合成;

镰状细胞病虽然在非洲广泛存在,但是提供了针对疟疾的抗性。

因此,看似“不符合自然进化规律”的地方,其实背后有更深层次的原因,恰恰表明了人类在进化上的适应,对生存的综合考量。

自然进化规律并不是造就完美的生物,而是选择最适应当前环境的生物。

针对题主提出的“生殖困难”等问题,也是类似情况,大家有兴趣,我再来补充


参考文献:

【1】Okerblom Jonathan, Fletes William, Patel Hemal H., Schenk Simon, Varki Ajit and Breen Ellen C. Human-like Cmah inactivation in mice increases running endurance and decreases muscle fatigability: implications for human evolution285Proc. R. Soc. B

【2】KAWANISHI, Kunio, et al. Human species-specific loss of CMP-N-acetylneuraminic acid hydroxylase enhances atherosclerosis via intrinsic and extrinsic mechanisms. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2019, 116.32: 16036-16045.

【3】Jablonski N G , Chaplin G . The colours of humanity: the evolution of pigmentation in the human lineage[J]. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 2017, 372(1724):20160349.

【4】HEDRICK, Philip W. Population genetics of malaria resistance in humans. Heredity, 2011, 107.4: 283.

【5】Rees, DC; Williams, TN; Gladwin, MT. Sickle-cell disease.. Lancet (London, England). 11 December 2010, 376 (9757): 2018–31. PMID 21131035. doi:10.1016/s0140-6736(10)61029-x.

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