知乎日报 前天 17:41
灵长类生物在进化上比较明显的缺陷是什么?
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本文探讨了人类在进化过程中,再生能力为何大幅退化,并分析了其可能的原因和表现。文章指出,人类的免疫系统存在过度激活的问题,生活方式的改变也可能加剧了过敏现象。基因层面上,inhba增强子的功能性调整导致再生能力下降,留下瘢痕组织。此外,灵长类咽部和平衡系统的结构优化不足,以及皮肤对刺激的过度反应,都反映了进化留下的“不完美”。文章还提及了社交关系数量的限制以及大脑处理新问题的局限性,并深入剖析了人类再生能力下降的机制,包括胚胎早期的高再生能力与后期快速衰退的对比,以及与非洲鳉鱼等物种的比较研究,揭示了再生能力丢失的理论模型。最终,文章强调,虽然再生基因仍存在,但启动和调节仍是关键挑战。

💡 人类再生能力在进化中显著退化,主要体现在基因层面,如inhba增强子功能性调整导致难以完全恢复,易形成瘢痕组织,且牙齿替换、脱发、身体机能劣化等都难以复原。这与许多其他脊椎动物情况类似,但在营养充足、生活安全的人类社会更显突出。

🦠 人类免疫系统存在不当激活和过度激活的问题,容易对无害物质产生反应,造成自身损害,且缺乏主动控制机制。例如,皮肤局部刺激可能滥用组胺引发瘙痒抓挠,加剧损伤,这也是一种“祖传”但对现代人而言“难绷”的机制。

🧠 进化塑造的人脑工作方式和认知规律,可能有利于谣言的出现和传播,并限制了有效合作处理重大问题的能力,例如应对全球气候变化。此外,人脑不擅长处理现代生活中遇到的许多新问题,可能导致在危机时刻出现“大脑一片空白”的情况。

🧬 人类在胚胎发育早期拥有较高的再生能力,甚至能分裂成同卵双胞胎,但随着发育进程,早期基因关闭,再生能力迅速下降。成年后,再生能力下降与老化细胞未及时取代、再生上皮速度和性能下降、免疫力衰退等因素有关。研究表明,再生能力丢失的理论模型可能与再生响应增强子(如inhba)的功能性调整有关。

🔬 尽管成年脊椎动物再生能力普遍下降,但仍有部分物种如蝾螈、斑马鱼等展现出惊人的再生能力,能再生肢体、脊髓、心肌等。研究发现,再生过程涉及特定的miRNA和基因,并可能与机械力、巨噬细胞等因素有关。尽管人类的再生基因依然存在,但如何有效启动和调节以实现肢体等复杂结构的再生,仍是待解的难题。

赵泠,最高的轻蔑是无言,而且连眼珠也不转过去。

人的免疫系统不时被无害的东西不适当地激活、被危害较小的东西过度激活,给自己造成不同程度的损害,缺乏主动控制的机制。

    非人哺乳类也会过敏[1]。人当前的过敏发病率似乎高于其他灵长类,这可能在一定程度上与人的生活方式有关。人在营养供应充足、生活条件安全的情况下仍然如此,问题就会显得比较严重。

人基因组中的 inhba 增强子发生功能性调整,丧失激活再生的能力,受到较大伤害后难以完全恢复、会出现瘢痕组织,牙齿替换次数受限,脱发难以复原,身体机能劣化后难以恢复,诸如此类。

    其他许多脊椎动物不同程度地有再生方面的问题,但是人在营养供应充足、生活条件安全的情况下仍然如此,问题就会显得比较严重。

灵长类的咽部结构有待优化,当前构造不时在吞咽时意外发生窒息,难以自行疏通气道。

人的平衡系统有待优化,当前性能在视觉与本体感不一致时有概率引发晕动病,缺乏主动控制的机制。

人的皮肤在局部受到刺激后可能滥用组胺,引起强烈瘙痒、抓挠,这可能会扩大损伤,缺乏主动控制的机制。

人神经系统感知身体受损时常常触发负面情绪,还可能误用无关机制而平添精神痛苦,缺乏主动控制的机制。

人能建立并维持一定程度关系的个体数量可能不超过 230,这可能在很大程度上归因于进化塑造的神经系统。在工业化社会里,这可能限制了人有效地合作来处理重大问题的能力——例如,读者觉得当前人类应对全球气候变化的表现怎么样?

    罗宾·邓巴提出,一个人至多可以与约 100 到 230 人保持稳定的关系,平均人数约 150,这与人的新皮质规模有关。超过这数量的人可以合作但效率不容易维持。

灵长类的无尾表型多次独立出现,人和其他类人猿的无尾表型可能来自一处序列变异,这变异可能在一定范围内提高了神经管缺陷的发生率。可以看看:

很多动物都有尾巴,为什么人没有尾巴?

进化塑造的人脑工作方式、认知规律可能在一定程度上有利于谣言的出现和传播,因为谣言占用的认知资源更少或看起来更熟悉。


关于再生:

人在胚胎发育的最初阶段启动着许多病毒基因和古老基因,具有高水准的再生能力:如果被切成两半,就会变成同卵双胞胎。类似的情况在其它哺乳类胚胎早期也存在,可以人工触发同卵多胞胎来加快家畜繁殖。

在胚胎发育早期,人胎儿若断掉局部肢体,往往是可以完全再生的。

随着胚胎发育进程,早期使用的一些基因相继关闭,人胚胎的再生能力迅速下降。

    你的肚脐其实是一个疤痕,脐带疤痕。一些非人哺乳类的脐带疤痕会愈合消失。出生后数年内,你的指尖·趾尖部分受损还是很可能完全再生的,这有明显的个体差异,有些人能维持到十几岁。随着年龄增长,你能较好地再生的也就是外周血细胞、指甲、趾甲、毛发、表皮、舌头表层、消化道黏膜的部分构造、骨骼裂痕、子宫内膜[2]之类了。以再生能力著称的肝脏其实很大程度上依靠细胞体积膨大来代偿,并不能完全再生。

包括人在内,一些物种成年之后再生能力的下降跟老化细胞没有被及时取代、再生上皮的形成速度和性能下降、免疫力衰退、细胞代谢压力变化等因素有关。

灵长类与再生相关的基因问题可能追溯到哺乳动物的遥远祖先偶然地将一些关系到再生能力调控的 DNA 序列的功能搞出了毛病,导致现存哺乳动物发育到一定阶段之后对受伤的反应有问题。

以下引用[3]

2020 年 9 月 4 日,美国斯托瓦斯医学研究所、霍华德·休斯医学研究所的王伟博士、Alejandro Sánchez Alvarado 院士与斯坦福大学 Anne Brunet 教授团队合作在 Science 杂志上发表了题为 Changes in regeneration-responsive enhancers shape regenerative capacities in vertebrates 的研究。该研究首次引入新再生模型——非洲鳉鱼,通过比较研究提出解释动物再生能力丢失的基于再生响应增强子的理论模型。
再生能力丢失的理论模型

这项研究首次证实 inhba 再生响应增强子对器官再生是必须的,而且发现人类基因组中 inhba 增强子发生功能性调整而丧失激活再生的能力

你可以想到,成体再生能力的突然减弱并未明显影响哺乳动物在某个阶段的祖先产生可育后代的数量,这至少能视为中性性状而传遍种群、成为“祖传代码”。其他许多动物也有类似的情况。这在人身上早就构成了问题,古人经常在部分手指、脚趾、耳壳等损坏后存活多年,若再生相关调控正常,那些部件大概都可以完全恢复。

    组织受损之后,人体可以激活负责再生缺损组织的细胞,但细胞激活之后往往不能正确地分化成需要补充的细胞。瘢痕组织对人的伤口粗暴填充,组成疤痕的不再是组成“正常的肉”的细胞种类和细胞外基质类型。瘢痕组织的胶原蛋白呈现纤维化(胶原纤维在单一方向上对齐排列)而不是正常组织中的网篮状,而且可能过度堆积胶原蛋白而造成凹凸不平[4],或者因为缺失原本应该支撑皮肤的肌肉而凹陷下去。这种低水平修复连毛囊、毛发、汗腺、表皮脊状网都不能长出来,就更无法期待重新长出缺损肢体对应的骨骼、肌肉、大血管和神经了,瘢痕组织的毛细血管配置往往都和正常组织不一样[5]。心肌梗塞之后进行修复也会产生疤痕,因此性能会比原本的心肌更差,增加心力衰竭的风险。脑部或脊髓损伤通常会导致神经胶质细胞形成瘢痕组织。胶质瘢痕由密集的神经胶质细胞组成,缺乏功能性神经元,长期被视为神经再生的障碍,但其分泌的生长因子又是神经再生所需要的,因此处理起来十分麻烦。目前研究的方向是利用病毒载体调高神经胶质细胞中的神经转录因子水平,诱导其转化为功能性神经元。

再生相关的基因仍然存在于包括人在内的脊椎动物的基因组,可以在特定情况下启动。2021 年初,Michael Levin 等运用多种药物让非洲爪蟾肢体再生[6],实验显示这只需要十分简单的处理。对于人,启动和调节需要的条件有待研究。

这里有一些似是而非的误解。脊椎动物的循环系统在大失血时很容易致死,看起来能当做“脊椎动物保留再生能力的作用有限”的证据,但是小伤口、视网膜损伤、耳膜损伤、心肌瘢痕、神经瘢痕之类跟大失血无关。再生这些东西需要的物质与能量没有多少,况且自然界的哺乳动物有许多吃得肥肥大大的,一些海洋哺乳类可以肥到难以克服自己的浮力去潜水的程度。

成年脊椎动物的脑、肺、肠道上皮、骨骼肌等处通常还有干细胞存在,一些肝细胞、胰细胞可以转分化并再生受损的组织。一部分脊椎动物靠干细胞、未分化的祖细胞或组织细胞去分化(已经分化的细胞去分化成干细胞,再进行分裂、分化,在人类的实验室里也能诱导多种细胞这样行动)和转分化[7]来再生特定的部位:

    不少蝾螈物种能够再生四肢、尾巴、脊髓、眼睛,有些蝾螈物种甚至能够再生晶状体和一半的脑(这对绝大部分有这两件构造的生物来说都是不可能的),成年蝾螈的晶状体剥离后,新晶状体细胞由背侧虹膜色素上皮细胞转分化而来。斑马鱼和多鳍鱼可以再生鱼鳍,斑马鱼可以用祖细胞再生心肌。斑马鱼、多鳍鱼、蝾螈的再生过程涉及 10 个一样的 miRNA,一般认为是继承自它们在距今 2.4 亿年前的共同祖先。这也说明人类祖先的相关遗传问题至少能追溯到那个年代。自然环境中也有一些哺乳类的再生能力部分恢复,刺毛鼠属的 Acomys kempi Acomys percivali 能够再生毛囊、皮肤、汗腺、毛皮、软骨。墨菲罗斯大鼠能够再生心肌细胞,相比之下,一般的大鼠的幼鼠可以再生心肌细胞而成年鼠的心肌损伤后很难再生。通过对比,已经找到 36 个与这种再生能力相关的基因[8]

实验证明,通过敲除激活状态相关的转录因子,可以让自然条件下和人一样缺少视网膜再生能力的小鼠变得像斑马鱼那样可以再生视网膜。

2021 到 2022 年,2 项针对小鼠指尖再生的研究显示,触发哺乳动物的肢体再生需要特定的机械力,而不像蝾螈、多鳍鱼那样在正常条件下需要神经提供的特定因子[9][10];另外,蝾螈的无疤痕再生需要一定数量的巨噬细胞、与 Toll 样受体[11]有关,而小鼠巨噬细胞促进疤痕形成[12]

    正常条件下,蝾螈肢体的再生受神经分泌的一些因子调控,如果你破坏肢体时弄断了肢体里的所有神经或大部分神经纤维,那么失去神经控制的组织会出现广泛的炎症反应、组织液化,甚至整条肢体脱落,从最终停止崩解的部位再生[13] [14] [15]。移除蝾螈胚胎的神经管后培养出的无神经蝾螈的肢体可以在没有神经的状态下再生[16];将这种状态的蝾螈的肢体移植到有神经的蝾螈身上,后者的神经会在数天内接管肢体再生的控制,让其变得需要神经才能再生[17]

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