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「基因恆久遠,一個永流傳」,隱藏在你我之間的尼安德塔人 DNA——《滅絕生物學》

PanSci_96
・2021/02/07 ・2648字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 535 ・七年級
  • 作者/池田清彥,本文摘自《滅絕生物學》,世茂出版,2020 年 11 月 04 日

從基因層級來看,尼安德塔人與丹尼索瓦人尚未滅絕

回到人類的話題,人屬之一的尼安德塔人於四十萬年前出現,三萬九千年時滅絕。但很明顯的,尼安德塔人的 DNA 確實存在於智人的基因內。除了十多萬年以來,每個祖先都是非洲原住民的人們之外,其他現存人類的基因中,都有一部分的基因來自尼安德塔人。也就是說,尼安德塔人曾與智人雜交過,所以現代人的基因中,有百分之二來自尼安德塔人。

現代人的基因中,有百分之二來自尼安德塔人。圖/pixabay

如果尼安德塔人從未與其他物種的人類雜交,一直保持尼安德塔人的「單系群」,這個種系確實在三萬九千年前便已滅絕。實際上,尼安德塔人卻曾和智人雜交,基因混入了現代人的基因體,故尼安德塔人的基因至今仍未滅絕。某種意義上,現代人可以說是尼安德塔人的後代。

我們常聽到有人說「人口再這麼減少下去,日本人就會滅絕了」。這裡說的「日本人」,究竟是指那些人?是指住在日本列島上的人嗎?還是所謂日本人血統的人?舉例來說,一位日本女性前往非洲,與非洲人結婚,並生下孩子。那麼這個孩子自然有日本人的血統。即使日本列島上的日本人因為某些原因而全部消失,只要其他地方還留著日本人的血統,那麼「日本人滅絕」就不會成真。再說,所謂的日本血統其實是個模糊的概念,日本人與中國人、韓國人在遺傳學上幾乎相同。

基本上,「不存在人種的概念」已是人類學上的常識。所有現代智人百分之九十九·九的 DNA 都相同。

現代智人百分之九十九·九的 DNA 都相同,基本上可說是「不存在人種的概念」。圖/pixabay

前面提到,現代智人的祖先曾與尼安德塔人雜交過。丹尼索瓦人(Homo deni-sova)由尼安德塔人分歧而來,是與尼安德塔人稍有差異的物種。而智人的祖先就曾經和丹尼索瓦人雜交過。目前已知,丹尼索瓦人曾和智人與尼安德塔人共同生存了數萬年。

丹尼索瓦人在四萬年前便已「滅絕」。而走出非洲的智人,在十萬年前左右,以及六萬年前~五萬年前之間,曾兩度與尼安德塔人雜交。接著又在五萬年前~四萬年前之間,與丹尼索瓦人雜交,其後代再擴散至全世界。在基因的層次上,尼安德塔人與丹尼索瓦人皆沒有「滅絕」。西藏人、澳洲原住民、因紐特人、新幾內亞人、美拉尼西亞人等,都具有尼安德塔人與丹尼索瓦人的基因。特別是新幾內亞人的 DNA,有百分之三~六來自丹尼索瓦人,有百分之二來自尼安德塔人,故一共有百分之五~八的 DNA 來自其他人類。

而日本人也有少許 DNA 來自丹尼索瓦人,不過大致上還是尼安德塔人與智人的混血物種。

粒線體 DNA 必定繼承自母方,而非父方,故我們可以從粒線體 DNA 追溯母方的血統。而調查結果發現,現代智人的粒線體 DNA 全都來自智人。沒有任何一人的粒線體 DNA 來自尼安德塔人。也就是說,女性尼安德塔人在雜交後所生下的後代,並沒有一直延續至今。女性尼安德塔人與男性智人所生下的小孩,或許是在尼安德塔人的村落內長大的,後來隨著尼安德塔人族群的滅絕,這個種系也跟著消失了。因此,具有尼安德塔人粒線體 DNA 的「女性尼安德塔人後代」,便沒有延續至今。除了非洲人,現代智人皆為數萬年前,男性尼安德塔人與女性智人混血後產下的後代。

可以從粒線體 DNA 追溯母方的血統。圖/Wikipedia

智人與尼安德塔人的「雜交種1」並未滅絕,而是留存至今

我曾在日本早稻田大學國際教養學部教書到二○一八年春季。這個學部的外國學生特別多,還有許多異國婚姻的學生。不同國家的人們結婚並生下小孩,可以增加人類的多樣性,是一件好事。

我常和大學生說:「最偉大的智人,就是那位和尼安德塔人性交的女性。」這聽起來像是玩笑話,但其實智人正是靠著與尼安德塔人雜交後獲得的基因,撐過許多環境變遷而存活了下來。

「純種」尼安德塔人約在三萬九千年前滅絕。在這之後,智人只能和智人繁衍後代,於是尼安德塔人的血統便逐漸稀薄。照機率來看,尼安德塔人基因在智人體內的比例應該會越來越小。然而實際上,來自尼安德塔人的基因卻沒有消失,代表這些基因可以讓個體有更強的生存能力。換言之,體內沒有尼安德塔人基因的人,便無法存活下來。

末次冰期於一萬年前結束,這時只有體內有尼安德塔人耐寒基因的智人能活下來。如本書第二章所述,智人與尼安德塔人性交後所獲得的基因,可以提供對寒冷的耐受度,幫助智人撐過更新世時的冰河期。另外,丹尼索瓦人的基因也混入了西藏人體內,有人認為這可以幫助西藏人適應高地。

只有體內有尼安德塔人耐寒基因的智人活過了冰河期,並且使得他們的基因留存至今。圖/pixabay

當然,從前的歐亞大陸智人,某些個體並沒有獲得尼安德塔人或丹尼索瓦人的基因。這些所謂「純種」的族群,沒辦法應付氣候寒冷與各種環境變動,進而走上滅絕的路。

雖然尼安德塔人與丹尼索瓦人皆已滅絕,其 DNA 卻被保留至今。

現代人口已達七十六億,可說是相當繁盛,卻是人類種系的最後一個物種。如果發生破火山口噴發、大隕石撞擊地球等環境衝擊,或者人類這個物種的壽命到了盡頭,人類便會滅絕。無論如何,從地質學的時間尺度來看,人類的滅絕只是時間早晚的問題而已。若是如此,以查德沙赫人為起點的人類種系便會完全滅絕,地球將進入新的時代。雖然到時沒有一種生物能夠繼續觀測、研究、記錄這個星球。然而到了早上,太陽仍會東昇;到了傍晚,太陽仍會西沉,地球還會繞著太陽公轉好一陣子。

註釋

  1. 審訂註:尼安德塔人的部分基因組因為「遺傳滲漏」(genetic introgression)而進入現代智人的基因組,但這與「雜交種」的概念仍有一定的差距。
——本文摘自《滅絕生物學》,世茂出版,2020 年 11 月 04 日

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為什麼吃甜的會蛀牙?——《生活中的東西都可以寫成化學式》

快樂文化
・2022/05/09 ・1404字 ・閱讀時間約 2 分鐘

來談談我們的敵人——蛀牙。

蛀牙的化學物語

導致蛀牙的主要原因有兩個。前面提過的蛀牙菌是其中一個因素,而蛀牙菌具體的名稱為「轉糖鏈球菌」,據說這種細菌常在孩童約三歲以前經由大人傳染,原因包括使用父母用過的筷子和湯匙,或輪流喝飲料等;另一個因素就是食物中所含的糖分,主要成分為「蔗糖」。

這兩個因素結合在一起時,就會發生以下情況:首先,轉糖鏈球菌利用蔗糖製造一種稱為「葡聚糖」的分子。葡聚糖的化學式為(C6H10O5)n,後面會再詳細說明。葡聚糖附著在牙齒表面,會成為轉糖鏈球菌的棲息地。此外,口腔中的其他細菌(根據統計,口腔中的細菌有 600 多種)也會混入其中。

這些附著在牙齒上的組合物稱為「牙菌斑」,有時也被稱為「齒垢」或「生物膜」(biofilm,又稱菌膜)。你可能在牙膏等的廣告中有聽過這些名詞。

之後,獲得棲息地的轉糖鏈球菌會產生大量的「酸」,引發去礦質作用,最終導致蛀牙。這個過程如下列所示。

轉糖鏈球菌生活在溫暖的葡聚糖裡,並分解出乳酸;事實上它們也會分解出醋酸,及一種稱為甲酸(HCOOH)的酸,但乳酸所佔的比例較高。這些酸會引發強烈的去礦質作用,溶解牙齒並造成蛀牙。

在這種情況發生前,必須好好刷牙,以澈底清除黏附在牙齒上的牙菌斑(葡聚糖+細菌)!即使是漱口,具黏性的牙菌斑也不易脫落,最有效的方法還是好好刷牙。而牙膏中含有研磨劑(可幫助去除汙垢的顆粒),能有效去除黏黏的牙菌斑。

不易蛀牙的甜食

上個單元我們說明了糖是如何引起蛀牙的。事實上也有一些分子的味道就和糖一樣甜,但卻不太容易引起蛀牙,其中最有名的分子之一就是「木糖醇」,你可能有聽過加了木糖醇的口香糖吧!這個分子的化學式為 C5H12O5,詳細的結構如下圖。

為什麼木糖醇味道甜甜的,卻不容易引起蛀牙呢?在回答這個問題前,我們先回想一下為什麼蔗糖(糖)會導致蛀牙。蔗糖是轉糖鏈球菌用來製造葡聚糖的材料,而反應過程中產生的果糖,會被轉糖鏈球菌做為養分來源,並分解出乳酸分子。

那木糖醇呢?首先木糖醇不像蔗糖是製造葡聚糖的材料,另外轉糖鏈球菌不會把木糖醇當成養分來源,所以也不會分解出乳酸。因此它們的味道雖然很甜,但卻不容易引起蛀牙。

這裡出現了一個問題。木糖醇和蔗糖的結構看來截然不同,但為什麼味道也是甜甜的呢?若像下圖一樣,稍微改變一下木糖醇的畫法,就會發現它的結構與構成蔗糖的葡萄糖和果糖很像,具有許多羥基這點也非常相似。

——本文摘自《生活中的東西都可以寫成化學式》,2021 年 11 月,快樂文化


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