最不舒服的生存

150多年来,“进化论”基本没有变化,但真的只有适者生存吗?
2月15日

1859年,查尔斯·达尔文发表了关于物种的起源,可以说是有史以来最具影响力的学术著作之一。枯燥无味,文笔冗长,我不推荐睡前阅读。然而,自然选择理论并不是不值得荣誉:自然选择理论几乎影响了生物科学的每一个领域……

环境会选择最强壮和最适合的个体。这些个体成功繁殖;他们的基因被遗传并构成下一代的基因库,这个过程不断重复。随着时间的推移,在几代人之间,变化在生物种群中慢慢积累,物种适应它们的环境。150年来,科学有了很大的进步。我们对人类生理和疾病的理解要细致得多。然而,“进化论”在很大程度上保持不变——真的只有适者生存吗?人类战胜霍乱等疾病的斗争表明,答案要复杂得多。

霍乱,由细菌引起的肠道感染霍乱弧菌每年造成多达15万人死亡。这种感染会导致严重腹泻;那些死亡的人在免疫系统能够抵抗感染之前无法补充失去的水分。受感染的人因此死于脱水。这种细菌会产生一种致病因子毒力因子的,它附着在肠壁细胞外部的蛋白质上。这种蛋白质是由雌性生殖道基因”,是细胞内部和肠道之间的通道。人体有很多基因可以制造这样的通道channels”。它们都允许小分子从通常食物所在的肠腔进入细胞内部,反之亦然。CFTR通道通常只允许氯化物(Cl)-)离子从肠道进入体内。但是当毒力因子与CFTR蛋白结合时,它会改变离子流动的方向。氯离子带着水离开身体。这会导致大量腹泻和患者脱水,通常是致命的。

我们的物种一直在进化以克服这种疾病。几代人以前,我们的一位祖先的CFTR基因偶然发生了突变。这破坏了CFTR通道,使它无法打开,保护船主不受霍乱的侵害。对于这些通道,再多的毒力因子也不能诱导它们释放氯化物。最终,当受到霍乱的挑战时,这个人失去的水要少得多,并且有更大的机会存活下来。通过这样做,他或她能够传递这种变体或多态”。将CFTR基因传给他或她的后代

现在从人口的角度考虑这个问题。从霍乱中幸存下来显然是一个巨大的进化优势:活下来讲述这个故事的人更有可能有(更多)孩子。这就是预防霍乱的CFTR变异是如何在人群中传播的,包括历史上霍乱发病率很高的西欧人。这个过程是“积极进化选择”意味着许多西欧人是“航空公司这个CFTR变体;他们有一个受损的CFTR基因副本可以预防霍乱,而另一个正常的副本则没有。

直觉上,你可能会认为有两个CFTR基因故障的人会更好地预防霍乱,但事实并非如此。有两个有缺陷的CFTR基因的人实际上会患上一种可怕而致命的肺部疾病,叫做“囊性纤维化因为CFTR基因也存在于肺部和肠道中。在肺部,通道参与粘液的产生,帮助保持肺部的清洁和健康。没有氯化物和与之相关的水的输出,这种黏液就凝固了。粘稠、粘稠、密集的粘液积聚并堵塞呼吸道,捕获细菌,促使反复感染,逐渐损害肺部。最终导致大多数囊性囊肿患者呼吸衰竭。遗憾的是,除了肺移植,我们还没有真正的治疗方法,尽管有希望在肺组织中恢复CFTR基因工作副本的基因治疗研究正在进行中。但是,高质量的护理和医学进步现在也使囊性纤维化患者的平均预期寿命翻了一番,达到40岁。

白种人可能已经进化出了对抗霍乱的基因防御能力,但他们也有最高的囊性纤维化新生儿发病率:1:3000。这种“负进化选择这就是为什么大多数西欧人只是囊性纤维化CFTR变异的携带者。囊性纤维化通常会导致携带两个无功能CFTR变异拷贝的人在遗传基因之前死亡。在光谱的另一端,霍乱选择具有至少一个CFTR变异基因拷贝的个体。最终,这意味着种群中最终会有许多个体携带破损的CFTR变体,因为这是最有利的进化状态。这些人都在适居带:他们不会得囊性纤维化,也不会得霍乱。

不幸的是,对于这些金发姑娘来说,如果他们中的两个相遇,交配并繁殖,他们有四分之一的机会生下一个患有囊性纤维化的孩子。这是因为进化仍在进行,而且将永远在进行。我们的环境是极其复杂的:对一种环境挑战的优势可能会破坏我们严格调节的生理机能,导致其他疾病和对不同疾病的脆弱性。霍乱和囊性纤维化绝不是进化中这种“平衡行为”的唯一例子。只有一个血红蛋白基因突变副本的人可以预防疟疾,而有两个副本的人会患上镰状细胞性贫血。一个有缺陷的CCR5基因会显著降低HIV感染人体的能力。然而,两个有缺陷的CCR5基因会增加患胆囊癌的风险。如果你把人类看作一个单一的实体,这种“金发姑娘”式的进化是有道理的。进化使这些基因变异在一个群体中存在,因为它们在某些情况下是有用的。从本质上讲,人类是在两面下注。 Five years after Darwin published his magnum opus, Darwin's contemporary, the biologist and evolutionist Herbert Spencer, summed up the entire work in one immortal sentence: "survival of the fittest". Maybe, a century and a half later, this statement should be revised. It seems it’s not so much the "survival of the fittest" that counts but instead the survival of the "least unwell"...

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