《每個人的短歷史》:氣候變遷可能造成紅髮人滅絕?

《每個人的短歷史》:氣候變遷可能造成紅髮人滅絕?
我們想讓你知道的是

淡膚色和金頭髮可能是人類在北方區域的適應結果,在非洲人、東亞人、南亞人以及美洲原住民中,淡髮色則很罕見。不過還有更罕見的髮色,那便是紅色。

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文:亞當.拉塞福(Adam Rutherford)

紅髮人來了

「沒有紅頭髮的人跟本不知道紅頭髮有多麻煩 !」

——蒙哥馬利(L.M. Montgomery),《清秀佳人》,1908年。

如果報紙的內容值得採信,滅絕就應當是麻煩所造成的,這樣說來安妮是對的。淡膚色和金頭髮可能是人類在北方區域的適應結果,在非洲人、東亞人、南亞人以及美洲原住民中,淡髮色則很罕見。不過還有更罕見的髮色,那便是紅色。紅髮是由一個基因改變造成的,這個基因在整個族群中只占了4-5%,因此紅髮雖然好看但不常見。紅髮在蘇格蘭比較普遍(還有在威爾斯、英格蘭以及歐洲北方的族群),這可能是因為在遙遠歷史中的某段時期,有個古老群體不太和外界交流。不過事實如何,我們都不知道。大約四成的蘇格蘭人帶有一個紅髮對偶基因,一成的人有紅髮。但是放眼全世界,紅髮是最不尋常的髮色。

這個基因有些好玩的故事。這個基因製造的蛋白質是促黑皮質素受體-1(melanocortin 1 receptor, MC1R),屬於G蛋白耦合受體(G protein-coupled receptor)——名字也同樣拗口的蛋白質類別。這種又長又彎曲的蛋白質會穿過細胞膜,接收細胞外適當的分子訊息,接著刺激某一個代謝途徑。此外,一個由腦下腺(pituitary gland)分泌的分子,會刺激黑色素細胞上的MC1R,使這些細胞製造在皮膚黑素體中的黑色素。地球上絕大部分的人都能製造真黑色素,這種色素是黑色或棕色的,不過MC1R基因中有紅髮突變的人,製造的是褐黑色素。黑素體會送入毛囊基部,使得紅頭髮的人長出紅頭髮。

當然就如同其他人類遺傳學中的例子,實際情況沒有那麼簡單,也沒有那麼無聊。這個蛋白質由三百一十七個胺基酸串聯而成,其中有數個突變,能夠讓製造真黑色素的途徑改變為製造褐黑色素。人類所有的蛋白質都由二十種基本胺基酸串聯而成,每種胺基酸的密碼由三個DNA字母表示。在MC1R中,如果第一百五十一個胺基酸由比較常見的精胺酸變成了半胱胺酸,那麼就會有紅頭髮。如果第兩百九十四個胺基酸由原來的天門冬胺酸改成組胺酸,也會有紅頭髮。其他有相同效果的突變,我不打算一一列舉,只是要說明不是所有的紅髮都是一樣的紅髮。

1997年6月,羅琳(J.K. Rowling)讓全世界的人知道了哈利波特,以及他最好的同性朋友榮恩.衛斯理。榮恩有很多紅髮的兄弟姐妹,包括一對同卵雙胞胎哥哥:弗雷和喬治。可能是魔法造成的巧合,在《哈利波特》第一集出版之後三週,第一個大規模的紅髮雙胞胎研究結果也發表了,其中囊括了二十五對如同衛斯理家那樣的雙胞胎。科學家找到了三個和紅髮關係密切的遺傳變異,不過在控制組中卻出現了有趣的東西。控制組是異卵雙胞胎,這些長相不同的雙胞胎中,一個有紅髮,另一個沒有。在十三對異卵雙胞胎中,有五對具有相同的MC1R基因。後來我們知道了,光是具有紅髮的對偶基因,並不保證能夠長出紅髮,基因從來不會單獨運作,也幾乎不只有一個功能。這些髮色不同的雙胞胎顯示,一定有其他的遺傳變化深深影響了MC1R的表現,左右了表現型是否為紅髮。

科學家研究了從西班牙西北部艾爾席卓恩(El Sidron),以及義大利南部李帕羅梅(Riparo Mezzena)出土的尼安德塔人基因組,發現這兩群人的MC1R有一個地方和現代人類不同:他們第三百零七個胺基酸是甘胺酸,我們的是精胺酸。就如同第一章中所說的,在現代紅髮的人類中沒有發現這種變異,而在時間的摧殘之下,尼安德塔人的頭髮沒有保留下來。不過,我們還是可以進行一些巧妙的實驗,研究髮色的問題。科學家把西班牙尼安德塔人的這種蛋白質放到培養中的細胞裡面,當然我們看不到產生的顏色,但是觀察得到細胞的活動,並可從細胞的行為推測可能會產生的髮色。現在紅髮人所具備的不同突變,會導致黑色素細胞的活動以不同方式降低,而這些細胞實驗中的確顯示黑色素細胞的機能下降了。但黑色素細胞活動下降就一定代表有紅髮嗎?只是可能而已。

那兩個提供基因組的尼安德塔人所在之地相距遙遠,他們應該不是少數份子,我們只不過是剛好採樣到兩個特別的DNA罷了。在高緯度地區,金髮和淡皮膚幾乎可以確定是適者生存的結果,而我們看到的這兩個尼安德塔人突變可能就不是,現在的義大利人和西班牙人髮色都比較深。我們用所有的線索拼湊過去的樣貌,建立一個能夠經由檢驗證明的理論,並且拼湊出答案。在這個例子中,我們直到現在都還真的不知道尼安德塔人的髮色。

2014年7月,一則震撼的新聞把全世界的人嚇醒了:氣候變遷和遺傳學聯手釀成一場大風暴,將會讓全世界的紅髮人滅絕。我最早看到刊登這個頭條新聞的是蘇格蘭的報紙《每日記事報》(Daily Record),嗯,畢竟克里多尼亞(Caledonia,羅馬時期對於蘇格蘭地區的稱呼)紅髮人很多。之後我匆匆一覽,英國各主流大報都報導了這個消息,包括《每日郵報》(Daily Mail)、《泰晤士報》(The Times)、《衛報》(Guardian)、《每日電訊報》(Telegraph)、《獨立報》(Independent)、《鏡報》(Mirror)和《太陽報》(the Sun),上面還有許多性感的紅髮明星,包括克莉絲汀娜.韓翠克斯(Christina Hendricks)、茱莉安.摩爾(Julianne Moore)、達米安.路易斯(Damian Lewis),或是哈利王子。社交媒體和新聞網站一片恐懼之聲。在世界其他地方,《國家地理雜誌》(National Geographic)和《星期週刊》(The Week)等似乎比較理性的雜誌和新聞媒體也報導了這個消息,《獨立報》的標題是最典型的:

科學家警告:氣候變遷可能造成紅髮者滅絕。

總的來說,新聞報導的內容是:根據科學家的說法,氣候變遷將使得蘇格蘭陰天的時間減少、晴朗的日子增加,有利於紅髮對偶基因的天擇壓力將會消失,使得紅髮對於紅髮者不再有用,這個曾經有用的性狀將會被丟到演化的垃圾桶中。下面是《獨立報》這篇新聞的摘錄,報紙這段文字上面則是一些著名紅髮人士的照片。

莫法特(Alistair Moffat)博士是位於加拉希爾斯(Galashiels) 的基因檢測公司ScotlandsDNA的常務董事,他說:「我們認為,紅頭髮是對蘇格蘭、愛爾蘭和英格蘭北部氣候的適應結果。」

「我認為會有淡皮膚和紅髮的原因,在於這些地區陽光不足,而我們要盡量生產維生素D。」

「如果氣候變遷使得雲增加、陽光減少,就會助長這個基因。但如果雲減少而陽光增加,那麼的確,有這個基因的人就會變少。」

大事不妙了!

許多瞭解基因和天擇的人心中響起警訊。就如同之前所說的,有好些證據指出淡皮膚是對於北方寒冷氣候適應的結果,但沒有說紅髮也是。除此之外,我也沒有注意到有任何證據指出,氣候變遷會使得蘇格蘭陰天的時間減少。

莫法特是誰?ScotlandsDNA又是什麼公司?其實這是一間從事遺傳溯祖生意的公司,是BritainsDNA(見第三章)的商業夥伴,莫法特是這家公司的創辦者兼執行長。這個新聞來自於ScotlandsDNA發的新聞稿。在這篇新聞稿發出的同時,這間公司也推出了新的服務:檢測顧客的基因組中是否有紅髮的對偶基因。真是好巧啊!

所以說,在真相還沒能夠揭開之前,虛構的故事就已經傳遍全世界。許多人馬上譴責這篇文章中的錯誤,砲火集中在那篇假扮成研究結果的新聞稿所造成的混亂,記者有的時候就愛這樣的消息。

在這個特別的例子中,很難想像造成紅髮的對偶基因會被消滅。在那篇新聞稿所營造出的故事中,蘇格蘭陰沉的天氣是讓紅髮存在的天擇壓力,其實沒有證據能指出這個說法是正確的。想像如果真的有這類能夠把紅髮對偶基因推入滅絕之路的演化壓力,那麼紅髮必須是造成極大危害的不良適應(maladaption)。也就是說,具有這個特徵的個體在環境中會受到由該特徵所帶來的傷害。

其實不需特別指出紅髮並非不良適應。紅髮很可愛。說紅髮可能受到龐大的天擇篩選壓力,將會消失不見,這樣荒謬的論點激怒了紅髮者和遺傳學家,他們可都是有家人和朋友的。即使是真正不良適應的特徵,例如那些已透過遺傳機制釐清的疾病(例如囊腫性纖維化和裘馨氏肌營養性萎縮症等),也不是那麼容易就會消失,這是因為只帶有一個致病對偶基因的人會健康地活著,並且把這個基因傳給下一代。我們希望藉由遺傳篩選和專家建議,讓這種狀況逐漸減少,不過期盼完全根絕是不可能的。

在仔細思考將近四十六秒後,我想到三個可能讓紅髮消失不見的方式:

  1. 人類滅絕。
  2. 因為某些原因,所有紅髮者都不性交,而且所有帶紅髮基因的人也都不性交。(這代表地球上所有人都要檢查看看是否有紅髮基因)
  3. 紅髮者和帶有紅髮基因者都遭到滅絕(這代表地球上所有人都要檢查看看是否有紅髮基因)。

老實說,第一個選項最有可能發生。不變的事實是:紅髮就如同人類許多其他特徵一樣,不可能真的知道它是不是在生理上有幫助的突變。我們不知道它是否是針對高緯度氣候產生的適應;是不是受到蘇格蘭或斯堪地那維亞灰暗天空的偏愛。這可能來自於性擇。雖然紅髮人有的時候受到嘲弄,但也些人覺得紅髮非常有魅力。可能這種突變本身和其他突變一樣,是隨機出現的,也沒有造成什麼特別的效應。歐洲北部有些地區的人群不太和外界交流,所以這種突變在那些人群當中擴散開來,最後固定下來,成為目前固定但低頻率出現的特徵。

因此我有自信,紅髮絕不會如ScotlandsDNA所預測的那樣消失。我在《衛報》上公開發表文章,支持全世界的紅髮者繼續繁衍,並且加入他們,讓紅髮的啟示發光發熱,讓各種對偶基因藉由活躍的生殖行為傳遞到後代。當然,我有老婆的批准(之前我已經對她解釋了為什麼這樣的狀況幾乎不可能發生)。

不過事實上,我已經不需要再幫忙了,因為我早就幫上忙了。我的基因組序列由BritainsDNA完成(其實就是那個宣稱紅髮會滅絕這種錯誤言論的公司),結果指出我有一個MC1RVal60Leu基因,那是一種造成紅髮的基因突變,這個突變位於MC1R蛋白質中第六十個胺基酸,那個胺基酸原本是纈胺酸(valine),我的變成了白胺酸(leucine)。我的某個祖先,他這個基因的DNA序列裡面有一個字母從G變成了C。這個結果讓我有點驚訝,因為我是黑髮(雖然我之前有雀斑,但那些黑色素細胞隨著我的年齡增長漸漸消失),這來自於我的印度人血統。我父親之前的髮色是深棕色(現在是銀白色),他的祖先大都來自英國東北部與英格蘭,就我所知其中也沒有紅髮的人。英國東北部與英格蘭的紅髮者非常常見,對於一個姓拉瑟福又來自這個地區的人來說,有著黑髮也沒什麼好驚訝的。

多年前我還是個任性善變的年輕人時,有個夏天我開始不刮鬍子,在一堆黑色的鬍鬚中,出現一些顯眼的紅色毛髮,像是在燒焦荒野上綻放的罌粟花。我把幾根紅色毛髮拔下來,也從一個頭髮紅得非常明顯的朋友那裡討來他的毛髮,放到顯微鏡下仔細觀察,結果兩者無法區分。我的妻子有一頭金髮,我有三個孩子,其中兩個是金髮。我的兒子是棕髮,眼睛藍到可以冒充瑞典人。他們其中可能有人帶有MC1R的紅色對偶基因。我妻子的姐姐頭髮是帶有紅色的金髮,她和一位滿頭紅髮的男子生了兩個小孩,小孩的紅髮閃閃發亮。所以這些北方歐洲人的特徵會消失嗎?消失的機會大概在零和無之間。

只在鬍子中出現紅色毛髮的現象並不罕見,但我們還不清楚為什麼會有這種現象。請原諒我們科學家,因為這真的不屬於近幾十年來最優先的研究事項。關於紅髮雙胞胎的研究指出,我的這個Val60Leu突變通常出現在淡髮/金髮與棕髮的人身上,但這三個特點和我完全無關。這也是典型的遺傳現象——在族群中,基因的各種變異很少完全占滿整個族群,也很少完全消失不見。這是人類變異的本質——人類的變異程度非常大。某一種對偶基因在愛爾蘭紅髮者中出現的頻率比較高,另一種和低疼痛閾值有些微關連,還有一種可能會稍微影響對牙醫常用麻醉藥的反應。一種基因有許多變化,就有各種不同的表現型,只是最明顯的外在形式是火紅的光澤而已。

雖然現在我們已經熟知基因組的內容、遺傳的模式、DNA的歷史、帶有這種基因變異者的遷徙模式、造成這種基因與表現型持續存在的演化壓力,但就算我們全都知道,這種基因具體呈現出的活動依然讓我們迷惑與驚訝。如果有人主張與此不同的內容,背後一定有陰謀。

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書籍介紹

本文摘錄自《每個人的短歷史:人類基因的故事》,八旗文化出版
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作者:亞當.拉塞福(Adam Rutherford)
譯者:鄧子衿

遺傳學家成為歷史學家
遺傳學以前所未有的方式,讓我們看見歷史

基因不是命運,相關性不是因果關係。
貫穿本書的一個重要主題是:
基因能告訴我們的事情,和不能告訴我們的事情幾乎一樣多。


這是關於你的故事,也是關於所有人類的歷史。地球上曾經有過1,070億個現代人類,然而,每個人的基因組都是獨一無二的,沒有一個存在過的人類跟你一模一樣。但每個人的基因裡面又都記錄了人類這個物種的歷史,包括生老病死、戰爭飢荒、移民遷徙,還有一大堆的性事。這也是我們集體的歷史――這些故事長久以來都被隱藏起來,直到如今才逐漸解密。

透過研究古代人類,能瞭解人類大家族的其他已滅絕的物種。也可以取得過世的人的資料,讓DNA成為歷史最終校正依據。現在基因組定序非常容易,只要花幾百英鎊,出生時就可以取得你所有的基因資料,指出你的個性及疾病病史與風險。不僅如此,從數百名已過世的知名人士人遺骨當中,也可以讓許多最高統治者的相關研究更豐富,從他們深上發掘前有未有的細節。而人類的過往過去也許是個陌生國度,但現在我們知道每個人身上都有5%的基因來自尼安德塔人,甚至瞭解尼安德塔人如何體驗嗅覺,知道他們可能是紅髮。但重要的是,遺傳學也告訴我們,從單一基因能了解的事情微乎其微。

這領域不斷顛覆我們的認知,現代遺傳學讓我們破解種族迷思和優生學迷思。拉塞福巧妙地揭開科學的外衣,告訴我們,關於遺傳學,媒體報導的幾乎都是錯誤的。比如:美國原住民並沒有酗酒的遺傳傾向。猶太人並不比法裔加拿大人更易罹患「猶太人疾病」──比薩斯綜合症。而黑人並非天生就是優秀運動員。

特別是關於種族的迷思:他告訴我們,膚色是連續的變化,而種族是人類的建構,遺傳學無法證明種族的存在。此外,也許你曾看到這樣的說法:遺傳學能指出你的小孩將有多聰明、可能會從事哪些運動、喜歡哪種性別的人,或是為何有些人會出現令人髮指的暴力或殺人行為。但這本書以正確的論述告訴你,遺傳學辦不到這些事。

示範級科普著作。說明人類起源的書很多,但是只有這本特別從DNA研究著手。本書前半部的內容描述遺傳學所改寫的歷史,時間起於地球上有至少四個人類種族同時活動的時期,一直到歐洲國王統治的十八世紀。後半部則涉及當今人類的種種,以及二十一世紀的DNA研究對於家庭、健康、心理學、種族以及人類命運所提出的見解。

這兩部分都以DNA為主軸,輔以多年來我們一直在使用的歷史資料:考古學、岩石、骨骸、傳說、編年史和家族史。從尼安德塔人到開膛手謀殺案,又從紅髮基因到種族偏見,更從神聖羅馬帝國查里曼家族最後一位國王到席捲歐亞大陸的黑死病,從生物演化到表觀遺傳學,整本書穿插趣事逸聞 ,妙趣橫生。透過這幅神秘又充滿啟發性的新圖像,我們對於我們是誰有嶄新看見。

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Photo Credit: 八旗文化出版

責任編輯:翁世航
核稿編輯:潘柏翰

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