基因研究表明：空气污染或许决定了人类的命运

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编者按：空气污染问题，并不是现代社会才出现的新型问题。实际上，早在数百万年之前，就出现了能够经空气传播的毒素。这些毒素，甚至还影响了人类的遗传变异。这篇文章翻译自《纽约时报》，原标题是Air Pollution, Evolution, and the Fate of Billions of Humans，作者Carl Zimmer在文中指出，空气污染之所以产生如此大的危害，也许能从DNA中找到答案。

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澳大利亚南部城市巴尔哥市（Bargo）的丛林大火。图片来源：Peter Parks/Agence France-Presse

当我们亲眼见到空气污染所带来的威胁时，它的确引起了我们的注意。比如，现在能够从太空中看到的澳大利亚丛林大火烟雾，或者冬天笼罩在新德里等城市的有毒烟雾。

除此之外，污染的空气还会持续影响着数十亿人的生活。在户外，我们还会吸入汽车排放的有毒气体，以及煤电厂和炼油厂所排放的有毒物质。室内供暖和厨房用火也污染了贫穷国家数十亿人的空气。还有超过10亿人通过吸烟（包括近年来流行的电子烟）也让其肺部感染上各种有毒物质。

全球范围内，有大约92％的地球居民都居住在细颗粒物（即对人体组织最危险的细微颗粒，PM2.5）超出世界卫生组织（WHO）规定的健康空气标准的地方。每年，因空气污染和吸烟而导致过早死亡的人数超过了2000万人。

能够在空气中传播的毒素，可以通过多种方式对我们产生负面影响。除了大家明确所知的肺癌和心脏疾病之外，研究人员还发现了与糖尿病和阿尔茨海默氏病等疾病的新联系。

科学家们仍在探索空气污染到底是如何导致这些疾病的。他们也在苦苦探究一部分人对这种空气污染危害方面的明显复原能力。

现在，一些研究人员认为，这些问题的答案也许能从遥远的进化历史中找到答案，即数百万年之前第一支香烟被点燃的时刻。

亚利桑那州立大学（Arizona State University）的生物学家本杰明·特朗布尔（Benjamin Trumble）和南加利福尼亚大学（University of Southern California）的生物学家卡莱布·芬奇（Caleb Finch）在去年12月刊发的《生物学评论季刊》（Quarterly Review of Biology）上刊文指出，自两足猿类动物走遍非洲大草原以来，我们的祖先就开始受到各种经空气传播的有毒物质的影响。

非洲国家肯尼亚安波塞利国家公园（Amboseli National Park）遭受尘暴袭击。图片来源：Steve Holroyd/Alamy

但科学家们认为，在我们祖先的进化过程中，他们也同时进化出了针对这些污染物的防御能力。如今，这些适应能力虽然可以防御烟草燃烧所产生的有毒气体和其它经空气传播的威胁，但也只能起到一定的保护作用。

但是，据特朗布尔和芬奇推测，我们从祖先身上所得来的“进化遗产”，同时也可能是一个负担。一部分遗传适应（genetic adaptations）可能增加了我们在面对与空气污染有关的疾病的脆弱性。

“这是对进化医学真正创新又有趣的贡献。”加州大学洛杉矶分校（University of California, Los Angeles）的人类学家莫莉·福克斯（Molly Fox）说。福克斯没有参与这项新研究。

这个故事始于大约700万年前。当时的非洲，正变得更加干旱。非洲北部逐渐出现了现在的撒哈拉沙漠，而非洲的东部和南部也出现了大面积的草原。

黑猩猩和大猩猩的祖先仍然栖息在范围面积逐渐缩减的森林里，但是他们适应了新的环境。他们也逐渐进化成了高而纤细的身形，非常适合长距离行走和跑步。

特朗布尔和芬奇认为，早期人类还面临着另一个挑战，即空气的挑战。但遗憾的是，这项挑战却基本上会忽视了。

稀树草原会周期性地遭受来自撒哈拉沙漠的强烈沙尘暴，而我们的祖先可能会因吸入富含二氧化硅的颗粒而伤害其肺部。

“在吸入的灰尘颗粒积聚后，我们就可能会看到更多与肺部相关的问题。” 芬奇说。即便在今天，来自希腊的研究人员也发现，当撒哈拉大风吹到其国家时，就会出现许多因呼吸道不适而涌入医院的患者。

而热带森林茂密的树叶，刚好为黑猩猩和大猩猩提供了防尘“避难所”。但最早的人类，由于在开阔的草原上来回徘徊，所以也无处躲藏。

灰尘不是唯一的危害因素。稀树草原上的大批食草动物所排放的粪便以及大量的花粉，也可能对早期人类的肺部产生了刺激作用。

特朗布尔和芬奇坚持认为，科学家应该考虑这些新挑战是否通过“适者生存”而出现了生物上的演变。例如，对香烟烟雾有抵抗力的人，是否有可能遗传了保护其原始祖先免受洞穴烟火影响的遗传变异？

要了解这些问题的答案，其中一种方法就是去研究自我们的祖先从森林中走出来后那些显著进化的基因。其中，就包括MARCO基因。

MARCO基因可以为肺部免疫细胞的分子标记的生成提供模型。通过这些分子标记，免疫细胞就可以杀死细菌和颗粒，包括二氧化硅灰尘。

受烟雾笼罩影响，游客戴着口罩在印度 泰姬陵（Taj Mahal）附近留影。图片来源：Pawan Sharma/Agence France-Presse

人类所携带的MARCO基因与其他猿类明显不同。这种演变至少发生在50万年前。（大约12万年到3万年前居住在欧洲及西亚的尼安德特人也携带了这个变异基因。）此外，特朗布尔和芬奇还提出一种假设，称吸入带尘土颗粒的空气，也影响了我们在稀树草原上行走的祖先的MARCO基因演变。

后来，我们的祖先学会人工取火后，又进一步加剧了经空气传播的威胁。由于他们需要靠近火堆来烹煮食物、保暖以及驱赶昆虫，他们又增加了吸入烟雾的机会。而当早期人类又开始建造住所过后，环境对他们的肺部就越来越有害了。

“就早期人类而言，大多数都居住在烟雾弥漫的环境中。”芬奇说。

他和特朗布尔认为，烟雾对早期人类产生了新的进化压力。例如，他们进化出强大的肝酶，从而分解从肺部进入血液的毒素。

另外，宾夕法尼亚州立大学（The Pennsylvania State University）的分子毒理学家加里·珀德（Gary Perdew）和他的同事也发现了另一个因烟雾而演化的基因：AHR基因。

AHR基因可以在肠道、肺部以及皮肤的细胞中生成一种蛋白质。如果毒素附着在蛋白质上，细胞就可以分泌可以分解这些毒素的酶。

一些哺乳动物还可以通过AHR基因来排除食物中的毒素。除此之外，这种蛋白质在抗击木材烟雾中的一些化合物方面，也有一定的效果。

与其他物种相比，早期人类体内的AHR基因，在分解毒素方面就明显较弱。这可能是因为AHR基因所生成的蛋白质，可能起不到最理想的保护作用，其遗留的细胞碎片，可能还会导致组织损伤。

在学会人工取火之前，我们的祖先不需要频繁使用AHR基因。理论上来讲，其身体可以承受蛋白质所产生的有限损害。

然而，随着他们开始有规律地吸入木材烟雾，同时持续性需要AHR基因所产生的蛋白质后，这种基因就可能已经对其健康构成危险。

珀德认为，早期人类之所以进化出了相对较弱的AHR基因，是为了去发现“有效解决方案‘。这种方案，在不会导致太大副作用的前提下，可以将经空气传播的污染物所带来的损害控制在最小程度。

当然，这些进化也绝不是最理想的。事实上，即便是在当今，仍然有数百万人死于室内空气污染。此外，进化的目的，也并不是为了更理想的健康情况。

“从进化的角度来看，最重要的是人类繁殖问题。” 珀德说，“如果你在40多岁就去世，那该怎么办呢？这样说，似乎有点冷酷无情、甚至没心没肺，但事实就是如此。”

1940年，英国伦敦巴特西发电站（Battersea Power Station）在烟雾笼罩下的情况。图片来源：Daily Mirror/Mirrorpix

今非昔比的环境

两个世纪前，通过数百万年时间的不完美进化过程，人类物种迎来了工业革命时代。

更干净的饮用水、改良的药物和其他创新发明，极大地减少了传染病造成的死亡。人类的平均预期寿命显著提高，但我们也更多地接触经空气传播中的毒素了。

“如果我们把过去500万年压缩为一整年时间，那么工业革命时代的开始，至少是从12月31日晚上11:40才开始的。”特朗布尔说， “我们现在所处的时代，只是人类生存进化史上的一个非常细微的时间点，但是我们却认为我们周围的一切环境都是正常的。”

煤炭为工业革命的发展提供了主要动力，但人们也开始吸入煤炭燃烧后的有害气体。随后，汽车开始比肩皆是，发电厂和炼油厂也遍地开花。烟草公司生产的香烟，也达到了工业规模水平。如今，他们每年销售的香烟数量，超过了6.5万亿支。

在经过数十万年的毒素防御之后，人类的身体在各种毒素面前也会出现相应的反应。其中，最常见的就是发炎。不过，相比于短暂的炎症发作，许多人都会频繁地经历各种炎症。

如今，许多研究发现，慢性炎症可以表明的是，经空气传播的毒素与疾病之间存在重要关联。例如，在大脑中，慢性炎症可能会影响我们清除缺陷蛋白质的能力。随着这些蛋白质的积累，它们可能会导致痴呆。

病原体可以寄生各种污染物颗粒上。当它们进入我们的鼻腔后，它们还可以接触到神经末梢，从而还可能引发更多的炎症。

“它们提供了一条直接通往大脑的路径。” 福克斯说，“我认为这就是它之所以让人觉得恐怖的原因。”

早期人类在学会人工取火后所经历的烟雾时代中所出现的遗传变异，就当下而言，可能还存在一定的帮助作用。特朗布尔和芬奇认为，这些遗传变异，可能还会延长一部分人的寿命。

然而，研究人员又研究了另一个基因，它刚好印证了一个完全相反的可能性：曾经对人体有用的变异，在空气污染越来越眼中的时代，反而开始对人体产生了有害作用。

科学家最开始揭秘这个名叫ApoE4的变异，是因为它大大增加了可能罹患阿尔茨海默氏病的风险。最近，研究人员还发现，ApoE4变异可能还会增加因接触污染空气而导致痴呆的风险。

但是，这些研究发现，仅适用于工业化国家。当研究人员将目光投向其他社会群体时，比如加纳共和国贫困村庄的农民或玻利维亚的森林土著居民，ApoE4变异却产生了不同的影响。

在这些社会群体中，传染病仍然是主要的死亡原因，尤其是在儿童中。研究人员发现，在这些群体中，ApoE4变异能够增加群体居民活到成年过后以及女性居民成功怀孕的可能性。

数十万年以来，由于ApoE4基因可以提高存活率，所以“适者生存法则”也可能让这个基因变得更强大、更有利。然而，这个基因，包括前文所提到的其它基因，在如今这个空气污染眼中的现代社会中，可能还有其它有害副作用。只不过，我们目前还未曾知晓罢了。

译者：俊一