狮子和老虎能杂交出狮虎兽,但后代几乎全部不育。马和驴能生出骡子,同样绝后。这就是生殖隔离,物种之间那道无形的墙。
但人类呢?黑人、白人、亚洲人,肤色差异巨大,五官骨骼差异明显,通婚却完全没有障碍,后代健康且具有正常生育能力。为什么人种之间没有生殖隔离呢?
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生殖隔离到底是怎么形成的?
要理解人类为什么没有生殖隔离,得先搞清楚生殖隔离是怎么来的。
达尔文的理论大家都熟悉:物种起源于共同祖先,通过自然选择逐渐分化。但他没有解释清楚的是,分化到什么程度才会变成两个物种?新物种诞生的"临界点"在哪里?
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现代进化生物学给出的答案是:地理隔离足够久,基因差异积累到足够多,生殖隔离就会出现。
这个过程有一条清晰的时间线。
当一个物种的两个种群被地理屏障分开,比如一条河、一座山脉、一片沙漠,它们就开始独立演化。最初几千年,两边的个体如果重逢,还能正常交配繁殖。但随着时间推移,各自积累的基因突变越来越多,染色体结构可能发生变化,调控发育的基因开始不兼容。
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到了某个节点,两边的个体即使交配,也无法产生可育后代了。
这个"某个节点"需要多久?不同物种差异很大,但有一些经验数据可以参考。
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2018年,《科学》杂志发表了一项针对鸟类和哺乳动物的大规模统计研究。研究者分析了超过300对姐妹物种,发现鸟类形成完全生殖隔离的中位时间大约是400万年,哺乳动物稍短,大约是200万到300万年。
也就是说,两个种群如果被完全隔离200万年以上,大概率就会变成两个独立物种,无法再产生可育后代。
这200万年里发生了什么?主要是三件事。
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第一是基因突变的积累。哺乳动物的基因组每代大约会产生几十个新的突变,绝大多数是中性的,少数会影响生理功能。几十万年下来,两个隔离种群可能已经积累了数以万计的不同突变。
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第二是染色体结构的改变。染色体可能发生倒位、易位、融合、断裂。人类的2号染色体就是由两条祖先染色体融合而成的,这也是为什么人类有23对染色体,而黑猩猩有24对。染色体结构一旦差异太大,减数分裂时就会出问题,后代往往不育。
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第三是调控基因的分化。即使蛋白质编码基因差异不大,控制这些基因何时表达、表达多少的调控序列也可能已经"各走各路"。两套不兼容的调控系统放在一起,胚胎发育就可能出错。
这三件事加在一起,就构成了生殖隔离的分子基础。
理解了这个机制,我们再回头看人类的情况,答案就开始浮现了。
人类的分化时间实在太短了
所有现代人类,无论肤色、体型、五官,都属于同一个物种:智人(Homo sapiens)。这是生物分类学的基本共识,没有争议。
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争议在于人种之间的差异到底有多大?是不是"差一点就成了不同物种"?
答案是:差远了,差得都不在一个数量级上。
现代人类走出非洲的时间,主流学界的估计大约在6万到7万年前。也就是说,今天地球上所有非洲以外的人口,不管是欧洲人、亚洲人、美洲原住民、大洋洲原住民,他们的祖先在6~7万年前还是同一群人。
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7万年听起来很长,但和物种分化需要的时间比起来,短得可怜。
还记得前面提到的数据吗?哺乳动物形成生殖隔离需要200万到300万年。人类各人种之间的分化时间,只有这个数字的二十分之一到三十分之一。
这就好比你问:为什么北京人和上海人说话口音不一样,但还能互相听懂?因为他们分开的时间太短了,语言还没来得及分化成两种完全不同的语言。人种之间的关系也是如此,分开的时间太短,基因还没来得及积累出造成生殖隔离的差异。
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而且,这几万年里人类也没有完全隔离。考古证据和基因证据都表明,不同人群之间一直存在断断续续的基因交流。欧洲人和亚洲人在历史上多次通过中亚通道混血,非洲内部不同族群之间的迁移和通婚从未停止。
这种持续的基因交流进一步阻止了生殖隔离的形成。
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2010年,尼安德特人基因组测序完成后,科学家发现今天的非洲以外人群体内平均携带1%到4%的尼安德特人基因。这说明智人和尼安德特人,两个分开超过50万年的人种,在几万年前相遇时,依然能够成功杂交并产生可育后代。
50万年都不够形成完全的生殖隔离,何况区区6~7万年?
基因差异到底有多小
直觉上,我们会觉得人种之间的差异很大。黑人的皮肤那么黑,北欧人的皮肤那么白;东亚人的眼睛是单眼皮居多,欧洲人是双眼皮;有些族群平均身高一米八,有些只有一米五。
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这些差异是真实存在的,但它们造成的错觉是:人种之间的基因差异应该也很大。
实际上恰恰相反。
2002年,斯坦福大学的遗传学家发表了一项里程碑式的研究。他们分析了全球52个人群、1000多个个体的基因数据,发现了一个惊人的结论:人类全部遗传多样性中,有93%到95%存在于所谓的"种族"内部,只有5%到7%的差异是用来区分不同"种族"的。
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这意味着什么?假设你随机抓两个人做基因比对:一个是北京人,另一个也是北京人,他们之间的基因差异可能比"一个北京人和一个尼日利亚人"之间的差异还要大。
这个结论听起来反直觉,但在遗传学界已经是共识。
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2022年,《自然》杂志发表了一项更大规模的研究,分析了全球2504个个体的全基因组数据。结论再次确认:任意两个人类个体之间的基因差异大约是0.1%,而不同人种之间的"额外"差异微乎其微,完全不足以构成生殖隔离的基础。
作为对比,人类和黑猩猩的基因差异大约是1.2%,是人类内部差异的12倍。人类和大猩猩的差异大约是1.6%。这才是"不同物种"级别的基因距离。
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那为什么肤色差异那么大?
因为肤色的深浅主要由几个特定基因控制,而这几个基因在不同环境下受到了强烈的自然选择压力。非洲赤道地区紫外线极强,深色皮肤可以防止叶酸被破坏;北欧日照稀少,浅色皮肤有利于合成维生素D。这种选择压力只作用于极少数基因,对整体基因组的影响微乎其微。
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用一个比喻来说:肤色差异就像给汽车换了不同颜色的车漆,发动机、底盘、变速箱全都一样,只是外壳颜色不同。你不能因为车漆颜色不同,就说这是两种不同的车型。
人种分类本身就是个伪概念
我们习以为常的"人种"分类,在生物学上基本站不住。
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传统的"三大人种"或"五大人种"分类法,来自18、19世纪的欧洲人类学家。他们根据肤色、头骨形状、毛发质地等外在特征,把人类划分成几个看起来边界清晰的类别。这套分类法流行了两百多年,直到今天还影响着很多人的思维方式。
但基因组时代的研究已经彻底瓦解了这套分类的科学基础。
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2005年,人类基因组多样性项目发表了一份重要报告,明确指出:人类的遗传变异是连续的、渐变的,不存在可以明确划界的"人种"边界。从撒哈拉以南非洲到北非,从北非到中东,从中东到南亚,从南亚到东亚,基因频率是逐渐过渡的,没有任何一个点可以画一条线说"这边是黑人,那边是白人"。
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2017年,美国人类遗传学学会发表了一份官方声明:"种族"这个概念主要是社会文化建构,而非生物学事实。绝大多数遗传学家认为,传统的"种族"分类法没有生物学意义上的有效性。
这不是政治正确的口号,而是几十年基因组研究的科学结论。
有人可能会问:如果人种不存在,为什么有些基因检测公司能告诉你祖先来自哪里?
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答案是:它们检测的不是"人种",而是"祖源"。祖源分析基于的是特定基因组区段在不同地理人群中出现频率的统计差异,这种差异是真实存在的,但它是连续渐变的,不是离散分类的。你可以说"你的某些基因组区段在东亚人群中更常见",但你不能说"你是蒙古人种",后者是一个不具备生物学意义的标签。
结语
回到最初的问题,动物界都有生殖隔离,为什么人种之间没有?
答案其实很简单——因为"人种"根本不是生物学意义上的物种分类单位。我们所说的人种差异,只是同一个物种内部由于地理分布和环境适应产生的微小变异,和"不同物种"差了十万八千里。
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人类从未分开足够长的时间,也从未积累足够多的基因差异,更从未停止过彼此之间的基因交流。
我们是一个物种,一直都是。
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