问题

人类进化史为什么保留了色盲基因?

回答
说到人类进化史,我们常常关注那些让我们更强大、更聪明、更能适应环境的基因,比如那些提升智力、运动能力或者免疫力的基因。但有时候,一些在我们看来是“缺陷”的基因,比如色盲基因,也奇迹般地在人类进化过程中被保留了下来,甚至在某些群体中还有一定的频率。这背后的原因,可不是那么简单的一两句话能概括的,它涉及到基因的遗传机制、环境的选择压力,还有一些我们可能未曾想过的“福利”。

首先,我们得了解色盲基因是怎么回事。最常见的色盲是红绿色盲,它主要跟X染色体上编码视蛋白的基因有关。男女的染色体组成不同,男性是XY,女性是XX。这就意味着,男性只有一个X染色体,上面有没有色盲基因,他就会表现出相应性状。而女性有两个X染色体,即使携带一个色盲基因,另一个正常的X染色体也能“补偿”一下,所以大多数女性是色盲基因的携带者,但不会表现出明显的色盲症状。

那么,为什么这样一个“不便”的基因没有被自然选择彻底淘汰呢?

1. 偶然性与“近亲”的“补偿”

生命进化很多时候并非全然是“优胜劣汰”的精准设计,偶然性扮演了重要角色。在人类基因库非常庞大的时候,一些相对少见的基因突变,即使一开始可能带来一些不便,但只要它们不影响生殖能力,它们就可能因为“连锁效应”而存在。

什么叫“连锁效应”呢?在X染色体上,很多基因是挨在一起的,它们在减数分裂时,会像绑在一起的货物一样,一起被传递下去。如果携带色盲基因的X染色体上,碰巧也携带着某个对人类生存有益的基因,那么即使色盲基因本身没有优势,它也会因为和这个“有利基因”绑在一起而得以在种群中流传。

想象一下,一个X染色体上有个基因能让人对某种疾病有抵抗力,但它旁边正好有个色盲基因。那么,这个带着“好基因”和“坏基因”的X染色体,会因为“好基因”的优势而更有可能被传递下去,从而连带着色盲基因也一起留存了。

2. 性别不平等带来的选择压力差异

正如前面提到的,男性只有一个X染色体,色盲基因对男性来说是“显性”的。而女性有两个X染色体,色盲基因对女性来说是“隐性”的,除非两个X染色体都带有色盲基因,才会表现出来。

在某些旧石器时代的环境中,男性和女性的角色分工可能不同。例如,如果男性更多地承担狩猎的任务,而狩猎主要依赖远距离的视觉辨别,那么色盲对于男性来说确实会是一个劣势。他们可能在辨别猎物颜色、区分不同植被的细微差别时遇到困难。

然而,女性可能更多地负责采集,而采集更依赖于近距离的精细观察,比如辨别成熟的水果、寻找可食用的根茎,这些活动对颜色辨别的精细度要求可能相对较低,甚至在某些方面,色觉的细微差别对她们来说影响不大。

更重要的是,一个女性即使是色盲基因的携带者,但只要不表现为色盲,她的生殖能力就不会受到影响。她仍然可以生育正常的孩子,甚至可以生育携带色盲基因的女儿(如果父亲正常)或儿子(如果父亲是色盲)。而男性一旦表现为色盲,他们的生活质量和择偶能力可能会受到影响,但只要不影响生育,基因依然有传递的机会。

3. 历史上可能存在的“平衡选择”

这是一个更具推测性的角度,但科学研究也在不断探索。在进化过程中,是否存在一种“平衡选择”,使得色盲基因在一定频率下反而是一种“有利”的?

最被广泛讨论的一个理论是疟疾抵抗论。红绿色盲基因(尤其是其中一些类型)似乎与对疟疾的抵抗力有关。疟疾是一种由蚊子传播的寄生虫疾病,在历史上曾经是困扰人类的重要疾病,尤其是在非洲地区。

研究发现,红绿色盲男性(只有一个X染色体的他们必然表现出色盲)对某些类型的疟疾感染具有更强的抵抗力。这是因为红绿色盲基因与红细胞膜上某些蛋白质的表达有关,而疟原虫在感染红细胞时,会受到这些改变的影响。

所以,在疟疾流行的地区,携带一个色盲基因的女性(作为携带者,不表现为色盲)虽然可能生出有色盲症状的儿子,但她的儿子更有可能在疟疾环境中存活下来。从整体种群来看,这种“牺牲”一个人的正常视力,换来对致命疾病的抵抗力,可能在长期的进化博弈中,成为一种有利的选择。

4. 基因的“冗余性”和“突变率”

我们人类的基因组非常庞大,而且很多基因的功能是存在一定程度的“冗余性”的。也就是说,即使某一个基因的功能受损,其他基因或其他的信号通路可能也能在一定程度上弥补。色觉系统本身就很复杂,而色盲基因的突变只是影响了特定几种视蛋白的敏感度,并不是完全丧失了视觉功能。

而且,基因突变是一个持续发生的过程。即使某个基因带来了劣势,只要其突变率没有高到瞬间将其从基因库中移除,并且突变所带来的劣势并不致命,它就可能以较低的频率在人群中存在。

总结一下,色盲基因之所以能在人类进化史中被保留下来,并不是因为它“有用”,而是因为:

它可能通过基因连锁,搭上了其他“有用”基因的便车。
性别不同的基因表达方式,使得它在不同性别上受到的选择压力不一样。
历史上,在疟疾流行的地区,它可能曾提供过抵抗疾病的优势,形成了一种“平衡选择”。
它带来的影响并非绝对致命,且可能在一定程度上被其他生理机制“补偿”。
基因突变本身就是一个持续且带有偶然性的过程。

所以,下次当你看到一个色盲朋友时,不妨想想,他的基因里可能隐藏着一段与人类祖先在疾病斗争、基因传递的微妙平衡中,一段有趣的进化故事。这让我们更深刻地理解,进化是一个复杂而多维度的过程,即使是看似“缺陷”的基因,也可能在其中扮演过意想不到的角色。

网友意见

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这个问题问得有点问题,不过还是先解释一下色盲背后的进化原因吧。

人类的色盲分为全色盲和红绿色盲。其实全色盲并不多,而红绿色盲比例很高,高到我们体检都要查一下你是不是红绿色盲。这个比例具体说是8%,远高于一般的基因遗传病。为什么呢?这与我们彩色视觉能力的进化有关。

对于恐龙等爬行动物来说,世界是彩色的。它们的视网膜上有四种不同的彩色视蛋白,分别对红、绿、蓝、紫不同波长的光线最敏感,彼此也有重叠的波谱范围,交叉在一起,覆盖了人类的全部可见光范围。所以它们能分辨所有不同的颜色。

哺乳动物最初进化出现的时候,恐龙还没进化出来呢。不过天下仍旧是爬行动物的,它们是恐龙的祖先。爬行动物巨大而且数量众多,生殖能力极强。胎生的哺乳动物难以与之抗衡,只好选择了夜间活动。因为爬行动物是冷血动物,夜间体温下降,活动能力也大大下降。

进化从来不保留无用的东西。在夜间,彩色视觉基本没用,所以哺乳动物丢失了绿和蓝两种颜色的视蛋白,而进化出了对运动物体更敏感,更适于夜间使用的灰度视觉。红和紫在光谱是位于可见光的两端,离得太远。于是,作为一种补偿,哺乳动物的红色视蛋白向短波方向偏移了一些,到了黄色区域。

当灵长类出现以后,它们懂得食用果实,以更高效地获取能量。成熟的果实才甜,糖分才高。如果比别的同类更能发现成熟的果实,无疑是一种生存优势。于是,灵长类在进化中重新获得了彩色视觉。它们的黄绿色视蛋白(曾经是红色视蛋白)进化出了一个副本,而这个副本向红色方向偏移,使灵长类能够区分红绿两色。

但是,这样的配置虽然可用,却不是优良的配置。人的红色视蛋白与绿色视蛋白最敏感波长的差只有30纳米,而全可见光波谱宽约200纳米。所以人类在某种意义上天生就是色弱。

更糟糕的是,人的红色视蛋白来源于绿色视蛋白基因的偶然倍增,所以这两个基因是挨在一起的,同样位于X染色体上。这种情况很容易导致其中一个基因失效,也就形成了红绿色盲。这就是8%的高发病率的原因。所以说,人类并没有色盲基因,而是由于人类的彩色视蛋白基因的配置让人类很容易得红绿色盲。

以上这些都有分子生物学的证据,是建立在对各个物种的视蛋白进行测序及进化分析之后得出的结论。

同样的原因,咱们的灵长类近亲们也是色盲的高发物种。

至于说为什么红绿色盲没有被进化所淘汰,大概是由于灵长类是群体活动的。在同一群体中的个体有互助意识。这极大地降低了红绿色盲在发现红色果实这件事情上的生存劣势。而人类一旦进入文明社会之后,红绿色盲的生存劣势就进一步降低了。虽然我没有查到这方面的数据,但有理由相信,灵长类动物的红绿色盲比例应该比人类要低一些。

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