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破解高原人类遗传密码

祁学斌 崔超英 发布时间:2018-03-22 09:03:00来源: 西藏人文地理

  所有这些研究的终极目标,是要破解高原适应这个生物科学的奥秘,利用科学技术来缓解或战胜高原缺氧对当地居民健康带来的威胁。同时,也可以为平原居民到青藏高原旅游或工作提供健康咨询或预警。

  青藏高原地处亚洲大陆腹地中纬度地带,平均海拔高度为4000多米,被誉为“世界屋脊”。这里气候严酷,常年低温干燥、氧分压低,对人类的生存造成了巨大的挑战。因为海拔4000米的氧分压只有海平面的60%,即生活在海拔4000米的高原居民只能获得相当于海平面60%的氧气。但是据考古学和遗传学证据推测,现代藏族居民的祖先大约3万多年前就开始涉足青藏高原地区,大约1万多年前成功定居在整个青藏高原地区。另外,世界上的其他地区也有世居高海拔地区的人群,比如南美洲的安第斯山生活的印第安盖丘亚族人以及东非高原上生活的埃塞俄比亚人。

  由于长期生活在高寒缺氧的环境中,与平原地区的居民相比,高原居民的生理机能发生了相应的适应性改变,如肺通气量大、肺壁薄、血液中血红蛋白浓度更低、血液氧运输能力和氧交换能力更强、肺动脉压低等。这种为了适应高原缺氧环境而在生理机能上发生的适应性改变学者们称之为高原适应。

  尽管高原居民总体上比平原居民对高原缺氧环境具有更好适应性,但生活在不同地区的高原居民对高原缺氧环境的生理机能和适应性还是有所不同的。例如对比安第斯高山居民和青藏高原藏族居民对高原缺氧的适应特征,发现藏族居民在生理结构上比安第斯高山居民更能适应高原缺氧环境。由于生活在不同地理区域的人群来自于不同的祖先群体,并且经过了长期的遗传隔离,因此这些人群对高原缺氧环境的生理差异可能是来自于不同种族之间的遗传差异造成的,也可能是由于其在高原定居的时间不同而产生的适应性差异。

  其实从进化的角度讲,人类一直都在进化,只是要看这种适应性进化折驱动力是什么,即哪些因素驱使我们的生理机能发生适应性的改变,最终达到适者生存的目的。

  高原适应自然选择的驱动力是缺氧。但是高原适应究竟是如何发生的,其背后暗藏的玄机是什么,究竟有哪些遗传因素决定了这种能适应高寒低氧环境的生理性状?这些是学者们正在努力研究的。

  由于高原适应是一种非常复杂的生物学适应过程,与生存和生殖相关的各种生理机能都参与其中,因此不可能是某个单个的基因的变化就能实现的。如果把这种生物休与高原缺氧的适应过程比喻成一场战争的话,这场战争不是某上基因单兵作战的结果,而是多个基因或基因网络组成的集团精密配合、协同作战的结果。因此只靠经典遗传学手段是很难破解“高原适应”之谜的。

  2010年可以说是科学家们对高原适应的遗传学机制研究的“开局”之年,也是“丰收”之年,至少有六七个国内外的实验室在从事人群对高原适应的研究。西藏大学医学院高原医学研究中心崔超英教授的实验室是我国高原生理与医学研究的重要基地,该中心通过近几年与中国科学院昆明动物研究所青海高原医学科学研究院吴天一院士实验室以及复旦大学金力教授实验室的紧密合作,在藏族高原适应的研究中取得了阶段性的成果。

  据崔超英教授介绍,另一种与经典遗传学相反的方法目前正在被广泛地应用,即通过基因的变化去发现这些基因控制的生物性状,进而理清这些生物性状发挥的生物学功能,通常称之为反向遗传学,主要是通过测定藏族和汉族人群基因序列上的变异来比较藏族和汉族人群遗传学差异。目前已成功筛选出了一大批与高原适应相关的候选基因,这些基因绝大多数是首次被发现可能与人群对高原缺氧环境的适应性有关。

  所有这些研究的终极目标是要破解高原适应这个生物科学的奥秘,利用科学技术来缓解或战胜高原缺氧对当地居民健康带来的威胁。同时筛选出可用于临床诊断高原病的遗传学标记。如果最终筛选出一种或几种这样的遗传学标记,就可以为平原居民到青藏高原旅游或工作提供健康咨询或预警。例如平原居民通过医学检测发现携带有这类基因突变,说明其到高原地区后可能会发生高原病。有了这种健康预警,到高原地区短期旅游的平原居民可以建议其提前采取预防措施;打算到高原地区长期工作的平原居民,建议其取消到高原地区长期生活的安排等等。

  其实,高原适应是人类历史长河中对极端环境适应的一个奇迹,破解高原适应的奥秘对科学家来说也是一项具有诱惑力的挑战。

  原载于《西藏人文地理》2011年 第二期

    

(责编: 郎宁)

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