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出品︱网易科学人栏目组
众所周知，被称为“世界屋脊”的西藏高原氧气稀薄，土著藏人如何进化出在如此稀薄氧气中生存下来的能力还是个迷。现在，我们开始理解，他们或许是继承了其他古代人类种族基因生存下来的。
过去的某个时候，曾有一户家庭住在世界顶端，凝视着星辰。这家人住在海拔4200多米高的西藏高原上，他们所在的地方现在被称为楚桑。尽管住在稍低的地方可能更舒适，但住在最高点也有好处。由于西藏高原有构造力的抬升和支持，地表温泉可抵消寒冷空气的影响。入夜后，这户家庭点燃山坡处的篝火，闪烁的火光与峰顶的黑暗相映成趣。
尽管这家人的篝火早已经熄灭，但他们却给全世界都留下了深刻印象。当他们走动玩耍时，19个手印和脚印留在了泥土上，干燥后永远保留了下来。从手印和足印大小判断，这个家庭有6名成员，包括2个孩子。但是他们是谁？他们为何要来到海拔如此高的地方生活？也许只是一次觅食之旅？亦或是为打猎而来？他们也许只是感到好奇，总是寻找未被碰触的处女地？
这些手印和足印无法回答这些问题。我们所知道的全部，就像2017年1月份公布的研究报告那样，楚桑手印和足印大约是在12700年到7400年前留下的，这里也因此成为西藏高原上最古老的考古遗址之一。但是，真正让楚桑家族最特别的地方在于其所处的位置。生活在西藏高原中部，他们根本不可能像当时其他西藏人那样随着季节上下迁徙。他们常年生活在那里，忍受着暴雪、刺骨的寒风以及冬季的冰川侵蚀。
他们的生存能力是非凡的。尽管篝火散发的热量可帮助他们驱逐部分寒冷，但楚桑家族显然无法逾越生活在高原顶部必须要克服的障碍，即随着海拔升高，空气变得更加稀薄。在海拔4000米以上的地方，每次呼吸中所含氧气含量仅是正常呼吸的1/3。但是在每个人的身体内部，在他们的血液与DNA中，某种古老而独特的机制正保护人们在高海拔的稀薄空气生存下来，甚至还能建设自己的家园。
图：人类已经占据了西藏高原数千年，但人类在这种极端环境下生存的秘密最近才被发现
任何登山者都遇到类似的情况，随着海拔升高呼吸变得困难。这并非是因为空气中氧气含量降低，无论你身在何处，空气中的氧气含量都相同（21%）。但是你在海拔越高的地方行走或飞行，空气压力也会下降，导致气体分子向四面八方扩散，而肺部的换气功能却没有太多改变。然而，也有很多办法应对这种气压变化。世代生活在安第斯高原（从秘鲁到玻利维亚）上的人们，已经进化出桶状胸部，这可以增加他们每次呼吸获得的氧气。自从19世纪末以来，科学家们就发现，他们的血液中充满了红细胞、血红蛋白（携带氧气的分子）等。
当空气变得稀薄时，血液就会变稠，以增加牧羊人体内细胞中的氧气含量。这种造血反应也在那些登山的人体内发现。美国俄亥俄州凯斯西储大学的人类学家辛西娅·比尔（Cynthia Beall）说：“与安第斯高原相比，我们的情况十分相似。尽管环境不同，但通常反应相似。”由于几乎所有针对高海拔地区人群的研究都集中于安第斯山脉，在过去200年中，造血反应被视为低氧水平的普遍反映。直到20世纪70年代末、80年代初，前往尼泊尔的几个村庄，比尔发现西藏人似乎并不适合这个理论。
图：研究人员最初惊讶地发现，西藏人并没有适应高原生活的生理条件
首先，他们没有桶状胸，但是呼吸的频率似乎比安第斯高原上的居民更快。第二，1981年秋季，比尔及其同事发现西藏人的血红蛋白水平出奇的低，经常与生活在海平面以下地区的人差不多。尽管他们生活在所谓的“世界屋脊”上，但他们的生理状态似乎与那些从未去过高海拔区的人非常相似。
比尔表示：“最初，这是焦虑诱导所致。你可能认为：哦，天哪，我测错了人？我的测量有误？我错过了什么东西吗？”但是在返回尼泊尔和西藏多次，并从更多村庄收集到更多数据后，比尔发现最初的结论没错：在高海拔、低氧环境中，西藏人的血液中携带的氧气含量降低了。怎么会这样？最初这个结论看起来如此荒谬，更不用说潜在危险了。但是经过研究发现，这种机制自有其道理，可以保护西藏人免受高海拔生活的副作用影响。
举例来说，这种机制给西藏人带来的好处之一是，减少了血管磨损。美国加州大学的塔图姆·西蒙森（Tatum Simonson）说：“如果你的血液中血红细胞过多，血液就会变得更粘稠，那可能带来许多危险的副作用。从根本上说，这就是在通过你的系统抽取粘稠的血，你的心脏会超负荷运转。”
整个循环系统压力增加引发的可能结果就是患上慢性高原病。1925年，秘鲁医生卡洛斯·蒙哥·梅德拉诺（Carlos Monge Medrano）首次描述这种病，因此它又被称为蒙哥病，可让幸福地生活在高海拔地区多年的人遭受无尽的痛苦。比尔说：“还不清楚这种病的触发机制，但人们会喘不过气来，嘴唇和四肢都会变成青紫色，无法工作，也无法入眠。”
对于这种短期高原病，最佳的应对方案就是慢慢降低海拔高度，重新呼吸氧气含量更高的空气。但这不算治愈，流体可能已经在肺部（高原肺水肿）或大脑（高原脑水肿）中扎根，粘稠的血液可能流入其他关键器官。最糟糕的情况甚至会引发死亡。在秘鲁安第斯山，高达18%的人口在生命中的某个时候会患上高原慢性病。但在西藏高原，这个数字仅为1%。
图：西藏每年都能吸收数以百万计的游客。西藏人能够轻松应对低氧环境，但游客往往出现高原反应
稀释的血液有助于降低患高原慢性病的风险，但这并非西藏人能在极端环境下生存的唯一理由。2005年，比尔及其同事发现，西藏人比安第斯人呼出的一氧化碳更多。最初这被描述为松弛因子，因为这种气体可促使肺部和全身血管扩大，即血管舒张。有了更大空间，血流和氧气输送也会增加。
西蒙森暗示，西藏人可能只是不需要像其他人那样多的氧气？或者他们的肌肉使用起来更有效率？她说：“或许他们已经很好地适应那种极端环境了，根本不需要更多红细胞和血红蛋白运送更多氧气。”如今，西蒙森正在研究这种可能性。尽管她已经多次前往西藏高原，但西蒙森早在自己的实验室研究过这个地区的历史。作为遗传学家，她可以破解西藏人的基因组，寻找他们适应高原生活的独特能力来源。
2010年，通过将30名西藏人的基因组与北京居民对比，西蒙森可以确定与高海拔地区生活相关的基因。这听起来很容易，因为两群人关系相当亲密，只是一方在高海拔地区生活了数千年。双方基因组的最大差异可能是在适应环境的过程中发生变化所致，比如氧气稀薄的空气。
西蒙森的实验室并非唯一尝试破解这个秘密的机构。同样在2010年，共有3个研究团队发表了自己的研究成果，发现两群人的基因存在明显不同。值得注意的是名为EPAS1和EGLN1的基因，它们可以调节血液中血红蛋白的水平。比尔表示：“最精彩的部分是每个人都在寻找同样的东西。”
图：非常迅速的遗传改变帮助古代人类在极端环境下生存和繁衍下来
当将人类作为整个物种来看时，利用人类基因组描述更为容易。在基因组的DNA水平，我们非常相似。美国加州大学伯克利分校的拉斯姆斯·尼尔森（Rasmus Nielsen）说：“平均而言，不同人群之间并没有太大的不同。不同人群之间不同的地方在于基因发生了变异，主管头发、眼睛以及皮肤颜色的代码发生了改变。”
我们之间的差异是轻微的，且多停留于表面。在皮肤之下，在DNA内部，我们几乎完全相同。在这种相似的大前提下，不同族群之间的重要基因改变可被视为刺穿基因组表面凸起的陡峭小岛。但是更仔细地分析西藏人基因组中的EPAS1基因，尼尔森不仅发现它是突然的变化，而且它显得十分独特。尼尔森说：“我们在西藏人身上看到的DNA序列十分不同。”就好像西藏人继承了其他物种的基因。事实上，这很可能是真的。
2010年之前，尼尔森曾与德国马克斯-普朗克人类进化研究所的遗传学家斯万特·帕博（Svante Paabo）共同研究破解穴居人基因组。他知道，我们的祖先曾与这些近亲混居过，并希望找到西藏人特有的EPAS1基因源。结果，没有任何匹配之处。尽管令人感到失望，但并不令人惊讶。穴居人是唯一已知曾与现代欧洲人祖先混居的古人类，并留下了1%到5%的DNA。对于亚洲人的祖先，尼尔森对准了丹尼索瓦人，这是人类家族树的另一个分支。这个人类分支是在西伯利亚阿尔泰山脉发现的，只留下了2颗牙齿、一小段指骨。结果证明，巴布亚新几内亚、澳大利亚以及东南亚少数地区的人，继承了丹尼索瓦人1%到6%的基因。
图：这种能够帮助西藏人在高海拔地区生存下来的“救命变异”可能来自古代人类物种
这是“第三次幸运”的最佳例证。尼尔森说：“它们完全匹配，令人难以置信，这竟然是真的。”大约在5万到3万年前，有些丹尼索瓦人、西藏人与汉人祖先曾经混居，基因融合，就像扑克那样重新洗牌，他们的后代继承了新的基因。经过几万年的演变，这种基因似乎并未让大多数汉人受益，只在大约1%的人身上出现。但是对于那些前往西藏高原的无畏人士，包括楚桑家族，这种基因帮助他们呼吸更容易，每次心跳的危险也在降低。在西藏高原上，78%的人口拥有EPAS1基因。这种基因将他们与高原下的人们分开，却又与过去联系起来。
即使过了5万多年，这个进化故事依然没有结束。尽管起源已经知道，但那些让西藏人如此独特的EPAS1基因分布目前还不太清楚，导致血红蛋白减少的具体改变也还不知道。比尔说：“所有遗传学家都说，这是个很难排序的领域。”对于新的探险者来说，要想翻阅这些由数据和基因组构成的大山，依然有很长的路要走。
本文来源：网易科学人
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