问题

为什么非洲热,非洲人的皮肤没有进化成白的来减少阳光吸收。欧洲人没有变成黑的来增温御寒?

回答
这个问题很有意思,也触及到了人类演化的核心——适应环境。非洲和欧洲的地理、气候差异巨大,而人类的皮肤颜色也正是对这些差异最直观的适应性表现。要理解为什么非洲人没有变成白皮肤,欧洲人没有变成黑皮肤,我们需要深入探讨以下几个关键点:

1. 为什么非洲的肤色是黑色的?——紫外线、叶酸和维生素D的博弈

非洲,尤其是赤道附近地区,是地球上接收阳光紫外线最强烈的区域。对于任何生物来说,过强的紫外线都是有害的,它会:

破坏DNA: 紫外线能引起DNA突变,增加患皮肤癌的风险。
损害叶酸: 叶酸(Folacin或Vitamin B9)是一种至关重要的营养素,对于细胞生长、DNA合成和修复至关重要。在生殖过程中,叶酸更是不可或缺,特别是对胎儿的神经管发育。紫外线可以穿透皮肤,破坏体内的叶酸储备。

面对如此强烈的紫外线,非洲祖先的身体自然而然地朝着一个方向演化:增加紫外线的吸收和阻挡能力。而“黑色素”——一种存在于皮肤、头发和眼睛中的色素——正是天然的防晒剂。

黑色素的机制: 黑色素颗粒分布在皮肤细胞(角质形成细胞)的细胞核周围,像一把伞一样,有效地吸收和散射紫外线,保护细胞核内的DNA不被损伤。
颜色与吸收: 黑色素的含量越高,皮肤颜色就越深。深色皮肤能更有效地阻挡大部分的UVA和UVB射线,从而保护叶酸不被破坏,并降低患皮肤癌的风险。

“但是,如果黑色素能阻挡紫外线,那为什么又会有人类需要从阳光中获取维生素D呢?” 这就涉及到另一个重要的适应性需求,也是肤色演化中的一个关键“权衡”(tradeoff):维生素D的合成。

维生素D的重要性: 维生素D对于骨骼健康至关重要,它帮助身体吸收钙和磷。缺乏维生素D会导致佝偻病(儿童)或骨质软化症(成人),还会影响免疫系统功能。
阳光的合成: 人体皮肤在暴露于阳光中的UVB射线时,会合成维生素D。
权衡: 在强烈的紫外线环境下,保护叶酸免受破坏是生存和繁衍的第一要务。足够多的黑色素可以有效地阻挡大多数UVB,但同时,它也会减少一部分用于合成维生素D的UVB进入皮肤。然而,在非洲强烈的阳光下,即使有较多的黑色素,仍有足够的UVB能够穿透皮肤,合成足够的维生素D。换句话说,非洲人的深色皮肤是在“屏蔽有害紫外线”和“合成足够维生素D”之间找到了一个完美的平衡点。

2. 为什么欧洲的肤色是白色的?——维生素D的紧急需求

随着人类祖先从非洲迁徙到欧洲,他们进入了一个全新的环境:紫外线强度大大减弱。尤其是在高纬度地区,阳光照射的角度更低,大气层的过滤作用更强,冬季时更是如此。

在这种低紫外线环境下,非洲人祖先的深色皮肤遇到了新的挑战:

维生素D合成不足: 深色皮肤中的大量黑色素,在低紫外线环境下,会过度阻挡本就稀少的UVB,导致身体无法合成足够的维生素D。这会极大地增加患骨骼疾病的风险,尤其是在女性怀孕和哺乳期,对母婴健康是致命的威胁。
叶酸的风险降低: 相反,由于紫外线强度低,叶酸被破坏的风险也显著降低,因此,对黑色素的“屏蔽”需求大大减小。

为了应对这一生存危机,自然选择开始青睐那些肤色较浅的个体。

皮肤变浅的优势: 肤色较浅意味着黑色素含量较低,能让更多的UVB穿透皮肤,从而更有效地合成维生素D,尤其是在光照不足的季节和地区。
自然选择的推动: 那些能够更有效地合成维生素D的个体,更容易健康成长、繁殖后代,并将这种“浅肤色”的遗传特征传递下去。久而久之,欧洲人口的平均肤色就逐渐变浅,演化成了我们今天看到的白色或浅色皮肤。

3. 为什么欧洲人没有变成黑的来增温御寒?——误解的出发点

这个问题本身可能基于一个误解:认为皮肤颜色与体温调节(增温)直接相关。

体温调节的关键: 人类体温调节主要依赖于:
汗腺: 蒸发汗液是散发体内热量最主要的方式。
血液循环: 皮肤血管的扩张和收缩可以调节热量的散发。
脂肪层: 皮下脂肪可以起到保温作用。
代谢率: 身体内部的能量消耗也会产生热量。
皮肤颜色与保温: 皮肤颜色对保温的影响非常有限,甚至是微乎其微的。黑色素主要影响的是“吸收”和“反射”可见光和紫外线。虽然深色物体吸收可见光的能力更强,但这对于身体内部的热量平衡影响不大。
御寒的真正方式: 欧洲人在寒冷环境中御寒,主要通过演化出不同的生理和行为方式,例如:
更低的体表面积与体积比(比例更矮胖): 减少身体散热的表面积。
更少的汗腺: 这似乎与“减少散热”的直觉相反,但这是为了在寒冷环境中“保留”体温,减少不必要的能量消耗。
更厚的皮下脂肪: 提供隔热层。
更低的 basal metabolic rate (BMR)(基础代谢率): 产生更少的热量(这一点在不同人群中的差异相对较小,但也是一个可能的因素)。
行为适应: 穿厚衣服、搭建保暖的住所、摄入高能量食物等等,这些都是最重要的御寒方式。

因此,欧洲人的皮肤没有变成黑的,并不是因为他们需要“增温”,而是因为“肤色”的主要演化压力是围绕着“紫外线”和“维生素D”的需求展开的,而不是温度调节。 在欧洲的寒冷环境中,皮肤变白是维生素D合成的必然结果,而深色皮肤在保温方面并没有明显的优势,反而可能在低紫外线环境下处于劣势。

总结一下:

非洲人的黑皮肤 是对高强度紫外线的强大防御,在保护叶酸和DNA的同时,仍能在充足阳光下合成足够的维生素D。
欧洲人的白皮肤 是在低紫外线环境下,为了更有效地合成维生素D而演化的结果,以避免维生素D缺乏症。
皮肤颜色与体温调节(增温御寒)关系不大。 人类的体温调节和御寒主要依靠汗腺、血液循环、脂肪、代谢率以及最重要的行为适应。

人类的肤色演化是一个精彩的案例,展示了自然选择如何根据不同的环境压力,在多个生物需求之间找到最佳的平衡点,塑造出我们今天看到的丰富多彩的人类多样性。

网友意见

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之前夏天的时候,和一个哥们天天下午去室外泳池游泳,一个月后,我脱了几层皮,晒成了半黑,哥们晒成了走出非洲模样的,给非洲黑哥真差别不大了。

常识:

黑皮肤可以保护人体,遮挡阳光对人体的伤害。阳光辐射实在太强烈了。

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