从远古到未来畅想 人类正自我控制进化扮演上帝?

2017-07-10 08:04:00 网易科学人 分享
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  当我在巴塞罗那碰到电子人尼尔·哈比森(Neil Harbisson)时,他看起来与当地时尚人士没什么区别,除了头上那个给人留下深刻印象的黑色天线。这根天线安置在他的头骨后面,呈现拱形,悬在金色的头发上方。当时正好是12月份,34岁的哈比森穿着有拉链的灰色衬衫,外面还穿着黑色的厚呢短大衣,灰色的裤子紧绷在身上。

  哈比森出生在贝尔法斯特,但在西班牙长大,他患有罕见的全色盲症,无法区分出任何颜色。哈比森的天线末端有个光纤传感器,不断在眼睛上方盘旋,这让他毫无色彩的世界从此发生了改变。

  哈比森从来不觉得生活在只有黑与白的世界是一种煎熬。他说:“我能看到更远距离的东西。我也能够更轻松地记住形状,因为色彩不会让我分心。”但他看起来对色彩依然感到非常好奇。哈比森是个音乐家,他在自己很小的时候,就想通过声音来区分颜色。在尝试了许多低技术含量的方法并失败后,20多岁的哈比森找到1名外科医生(目前依然保持匿名)。他愿意为哈比森植入电子装置,帮助其增强生物感知能力。

  光纤传感器可捕捉哈比森面前的颜色,然后其头骨上植入的微芯片会将颜色频率转化为头部后侧的震动运动,最终变成声音频率,头骨变成了他的“第三只耳朵”。哈比森能够正确区分出我的外套颜色,天线还指向他的朋友、电子人艺术家、舞蹈家沐恩·里巴斯(Moon Ribas),辨认出其夹克颜色是黄色的。

  当我询问哈比森,医生如何将天线植入他的头骨中时,他高兴地分开头发,并向我展示天线的接口,可以看到粉红色的肉体被配有2个锚状物固定的矩形板压住。其中1个锚状物与振动芯片相连,另一个充当蓝牙通信枢纽,为此朋友们可以通过他的手机发送色彩。对于哈比森来说,这根天线就像是“天启”,世界因此变得更加生动。他还解释称,随着时间推移,他已经分辨不出视觉和听觉输入的区别,反而更像是第六感。

  图2:1.25万年前,人类进化出能在高海拔地区生活的能力。直到最近,人们都认为我们这个物种过去就已经停止了进化。我们对人类基因组内部的了解表明,我们的生物机能实际上还在不断地变化,以适应特定的环境。大多数人在高山环境中感觉喘不过气来,因为我们的肺部必须更努力地工作,以捕捉那里含量减少的氧气。但安第斯山附近居民有一个基因决定的性状,可以让血红蛋白与更多氧结合。西藏人和埃塞俄比亚的居民也各自适应他们所在的高海拔地区环境,这表明自然选择可以使我们走上不同的道路,但却能达到同样的结果:生存下来。

  不过,这根天线最吸引人的地方在于,它给了哈比森以其他人没有的能力。他看着屋顶甲板上的台灯,可以感受到红外线光并将灯关掉。他瞥了一眼花盆,可以“看到”上面的紫外线标记,显示位于花心的花蜜位置。他不仅拥有普通人的技能,而且还有超越他们的能力。

  哈比森已经向未来学家们所描述的虚无未来迈出了第一步。著名未来学家雷·库兹韦尔(Ray Kurzweil)在他的著作《奇点迫近( The Singularity Is Near)》中表示,人类的潜能将得到巨大发挥,哈比森似乎就是其中最典型的早期例证。哈比森已经说服英国政府允许他在护照上贴带天线的照片,并称这根天线并非电子设备,而是他的大脑的延伸。自从成为世界上第一个正式的电子人以来,他也成为一名布道者。

  里巴斯很快就跟上哈比森的“超人”脚步,她在自己的手臂上植入震动磁铁,通过智能手机上的地震监测应用来感知地震。她可以获得有关地震的实时报告,这让她感觉自己与地球运动联系在一起,并通过舞蹈来解释它们。里巴斯说:“我猜自己肯定会遭人嫉妒。”库兹韦尔也称:“我们将超越所有生物学的限制,这就是人类要扩展我们自己的意义所在。”

  显然哈比森的天线仅仅是个开始。我们是否需要重新定义人类的进化方式?进化现在不仅意味着通过缓慢的自然选择传播优良基因,还包括我们可以做任何事情以放大我们的能力以及我们所创造东西(基因、文化以及科技的联合体)的能力?如果事实真的如此,这会将我们带往何方?

  图3:8000年前,适应沙漠气候。对于曾连接澳大利亚、新几内亚以及塔斯马尼亚的古老大陆Sahul上的居民来说,沙漠代表着巨大的进化挑战。在现代原住民的祖先5万年前来到Sahul时,他们开始适应这里的环境,这允许他们在夜间低于冰点、白天酷热难当的冷热交替环境中生存下来。调节代谢的激素发生基因突变为他们提供了这种生存优势,特别是对婴儿来说,他们可以调节体温升高时产生的多余能量。

  传统的进化依然在我们身上持续着。我们的细胞中大约有20000个蛋白质编码基因,不久前我们只知道其中很少的部分,如今我们大约已经了解了12000个基因的功能。但是基因只是我们基因组DNA中的一小部分。更多的发现肯定会更快出现。从这个遗传信息的宝库中,研究人员已经发现了几十个相对较新的进化例证。

  从解剖学的角度来看,现代人可能是在8万到5万年前从非洲迁徙出来的。我们原来的遗传信息适合温暖的气候,我们在这样的环境中首先从早期智人进化为现代人,又从“指节行走者”进化到猎人和采集者。但自那时以来已经发生了很多事情,随着人类在世界范围内扩散,新挑战带来的需求改变了我们的基因结构。

  这个过程的真实例子比比皆是。生活在沙漠气候中的澳大利亚土著人在过去1万多年中发生了遗传变异,使他们能更好地适应极端高温。在史前时代,大多数人类就像其他哺乳动物一样,只有在婴儿期才能消化母乳,当需要断奶时,我们体内的基因就会关闭负责产奶的消化酶。

  但在大约9000年前,有些人类开始放牧动物,而不是猎杀它们。这些牧民进化出了新的遗传基因,使他们在整个生命过程中能够继续制造相关的酶,当他们的牲畜生产出富含维生素的蛋白质时,这是一种很好的适应机制。美国威斯康星大学古人类学家约翰·霍克斯(John Hawks)最近发表论文,宣称基因的播散速度给他留下了深刻印象。他写道:“每一代高达10%。它的优势是巨大的,这也许是近代人类最著名的进化特征。”

  同样,所有非非洲人的祖先都是从非洲迁徙出来的深色皮肤人种。事实上,甚至在1万年前,欧洲人和非洲人的皮肤看起来依然差不多。但随着时间推移,在北方气候环境中生活的人皮肤会变暗,这可帮助吸收紫外线,并更有效地合成维他命D。格陵兰的因纽特人有同样的适应能力,这可以帮助他们消化鱼类体内的omega-3脂肪酸,而且这种能力远超过其他人。阿根廷小镇圣安东尼奥-德洛斯科夫雷斯附近的土著人已经进化出不可思议的能力,可以饮用砷含量很高的地下水。

  人类的进化从未间断过。当可以提高生存的机会出现时,它就会找到改变的方法,有时甚至是几种不同的方式。有些中东地区的人体内有种与北欧人不同的基因变异,可以保护他们免受乳糖不耐症的影响。而且有六种截然不同的基因保护措施,可以保护非洲人抵抗疟疾(如果这种基因改变形式是从双亲遗传下来的,那也蕴含着显著的缺陷,可能导致镰状细胞性贫血)。

  在过去的50年里,研究人员已经发现安第斯人、埃塞俄比亚人以及西藏人改变基因适应环境的能力,这让他们可以在高海拔地区更有效地呼吸。安第斯人血液中的氧含量较高。而有证据表明,西藏人曾通过与Denisovans杂交获得新的基因,后者是神秘的人类血统分支,在几万年前灭绝。所有这些适应能力给生活在高海拔地区的土著人带来巨大优势,而许多游客却会感到头昏眼花。

  早在《物种起源》中,查尔斯·达尔文(Charles Darwin)就曾写道:“正如我们所看到的,自然选择是物种不断准备采取行动的背后驱动力,远远优于人们微弱的努力。”这本书出版于1859年,那时候正确的理论现在是否依然真实?即使在达尔文的一生中,它也始终维持着正确性吗?生物进化可能是无法阻止的,甚至比遗传进化更熟练。但更重要的是,我们可以用大脑来设计这种适应性吗?套用古人类学家米尔福德·沃尔波夫(Milford Wolpoff)的话称,如果你能骑着马,你是否跑得快还重要吗?

  在我们当前所在的世界里,繁殖成功(以及进化改变)的原动力是文化和技术。这是因为,进化与现代生活的速度和多样性是不匹配的。尽管最近的进化已经完成,但我们对电脑屏幕和24小时时间表的适应程度依然很差。为什么我们的内部时钟如此顽固?为什么我们看似毫无用处的阑尾,从曾经可能帮助我们消化青草转移到分解糖呢?如果人类遗传学是一家科技公司,当蒸汽动力出现时,它就会破产。它的商业计划需要一个偶然出现的特性,然后通过有性繁殖传播。

  这在老鼠身上表现得很灵活,它们可以在三周内繁殖出后代,但人类的繁殖过程较慢,要每隔25年到35年左右才产生新一代人。以这样的速度,一个有利的性状可能需要数千年才能在整个人群中传播开来。考虑到基因进化的繁琐过程,毫无疑问,技术已经取代了它。技术现在承担了许多基因进化相同的工作,而且速度更快,它增强了我们的体能,深化了我们的知识范围,并使我们能够扩展到新的、更具挑战性的环境中。

  哈佛大学与麻省理工学院的分子工程师乔治·彻奇(George Church)说:“人们总是担心达尔文和DNA,但是今天的大部分选择都发生在文化和语言、计算机以及服装上。过去的时候,在DNA时代,如果你产生相当酷的突变,它可能需要成千上万年才能在人类中传播。今天,如果你有新的手机或变革制造过程,它可能在一周内蔓延开来。”

  图4:现在,技术VS自然选择。我们的脑容量变得更大,这让人类可以采取更多措施来抵消自然选择的力量。利用工具、医药和其他文化创新,我们已经开始了潜在的致命竞赛,我们可能输给高度进化的超级细菌。EcoHealth Alliance疾病生态学家凯文·奥利瓦尔(Kevin Olival)说:“考虑到我们可以在全球传播疾病的速度,我们正处于新的传染病大流行时期,必须采取行动来阻止它。”栖息地破坏和气候变化带来的改变,也导致人类接触到越来越多地以前从未遇到过的病原体,它们曾经并不以人类为宿主。

  可以肯定的是,未来场景会变得更加复杂。正如计算机科幻网络作家威廉·吉布森(William Gibson)曾指出的那样:“未来已经在这里了,只是分布还不够均匀。”在彻奇描述的世界中,我们最初的基因构成只是一个需要纠正的草案。但在世界上最发达的地区以外,DNA仍然是决定命运的象征。

  然而,并非所有的趋势都是不可逆转的。有些情况下,自然选择也会重新回到中心舞台上。如果出现全球性疾病暴发,例如1918年的大流感,那些对病原体有抵抗力的人获得了巨大的进化优势,而当我们其他人灭绝时,他们的基因会传给后代。我们今天的药物可以抵抗许多传染病,但是最近已经进化出了对抗生素产生耐药性的致命细菌。只要在短短一两天内,喷气式飞机就可以将传染媒介扩散到世界各地。气候变化也可能阻止严寒杀死任何携带这些细菌的动物,以前寒冷的冬天可能杀死携带鼠疫的跳蚤。

  纽约大学的微生物学家伊洛蒂·格丁(Elodie Ghedin)说:“我不知道人们为什么对此感到不害怕。”她和我讨论艾滋病的例子,这种病毒已经导致全球3500万人死亡,与1918次大流感的死亡人数相当。结果表明,只有不到1%的人发生基因突变,改变了艾滋病病毒细胞蛋白的行为,使它们几乎不可能被感染。如果你住在纽约的Greenwich Village,获得最好的抗病毒药物,你可能不会死亡。但是,如果你在非洲农村,结果可能非常糟糕。

  在人类进化过程中,基因可以回到中心舞台的场景还有很多。亚利桑那大学天文学教授、太空旅行专家克里斯·英庇(Chris Impey)预测,我们的孙辈将可生活在永久性的火星定居地中,那里可容纳100或150人,以建立基因可遗传社区。他认为,第一个更小的定居点近在眼前:“若伊隆·马斯克(Elon Musk)的计划能够实现,也许10到15年就可以定居火星,但需要30到40年时间似乎也并不显得激进。”

  英庇还说:“一旦定居点建立起来,自然进化过程就会加速。你将遇到物理上生活非常困难的人工环境,以相当激进的方式形成旅行或殖民框架。最佳的地球化行星目标就是火星,但它的重力大约只有地球的1/3。经过几代人的繁衍之后,睫毛和体毛可能在人们从不直接接触灰尘的环境中消失。英庇还预测,假设火星人不再与地球人保持血缘关系,他们将在几十代后出现重要的生物变化,几百代后出现生理变化。

  随着技术的发展更具优势,具有强大遗传成分的人类特征的价值会继续增加。人类的普遍野心仍然是拥有更高的智能,在我们所在以及想象的世界中,没有其他的属性是人类如此渴望的,没有其他性征比之更有用,应用如此多样化。对于我们的非洲祖先来说,它是不可或缺的。

  当我的后代围绕着恒星比邻星飞行时,它也将派上用场。成千上万年来,我们的基因进化出了献身精神,越来越多的资源供给我们的大脑,但实际上我们永远不够聪明。

  图5:现在与不久的未来:自我进化。体外受精与其他程序相匹配,可允许我们测试晶胚的基因突变,这种突变可能会导致严重的医学问题。现在我们正在开发强大的新基因编辑工具,可以帮助人类实现定向进化。大多数研究都是针对其他生物,例如改变蚊子的基因组,使其不能传播寨卡病毒和疟疾。我们可以利用同样的技术来“设计”婴儿,只是为了选择最中意的头发或眼睛颜色。

责编:陶文冬