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乳腺發達基因助史前人類捱過千個寒冬到達北美洲

2018/4/24 — 17:28

大約 2 萬年前,當美洲原住民祖先於西伯利亞從白令陸橋 (Beringia) 橫渡白令海峽到達阿拉斯加,他們需要與漫長而黑暗的寒冬天搏鬥——生活於沒太多陽光的北方,會導致佝僂病 (Rickets) 與其他健康問題。但這批史前人類最終能夠生存下來,甚至在陸橋生活達千年以上,當中的秘密一直未被解開。據最新刊於《美國國家科學院院刊 (PNAS) 》的研究,這批史前人類能在這種極端環境下存活是因為攜帶了一種基因突變,促進女性乳腺發育,有助在哺乳時將更多營養傳給嬰兒。

研究由加州大學柏克萊分校的生物考古學家 Lesla Hlusko 領導,並主要調查稱為 EDAR 的基因。美洲原住民與亞洲人所攜帶的 EDAR 基因變異體令其髮幹 (hair shaft) 更厚、汗腺更多以及門牙內側成鏟狀的特徵。而這個名為 V370A 的變異體相信是在約 3 萬年前的中國開始出現,當時氣候比現在更熱、更濕潤,促使研究人員最初推測,在該環境中有更多汗腺是有利生存。

不過, V370A 在大約兩萬年前更廣泛地出現於亞洲人與印第安人祖先身上,但當時無論是亞洲和白令陸橋的氣候都變得更冷、更乾燥,所以這種基因變異體快速出現的真正原因一直未明。

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Hlusko 的團隊為了解情況,檢查了來自歐洲、亞洲與南北美洲 54 個考古遺址逾 5,000 個史前人類的牙齒數據,發現有四成亞州人,以及全部 3,183 個美洲原住民都有鏟狀特徵牙齒,顯示第一批到達白令陸橋的一些史前人類已攜帶該些基因。然後, V370A 變異體迅速於 2.8-1.8 萬年前期間定居白令陸橋人口中散佈。

其中一個樣本顯示 EDAR 基因變異體 V370A 造成的牙齒內側鏟狀特徵
Credit: Christy G. Turner, II, courtesy G. Richard Scott

其中一個樣本顯示 EDAR 基因變異體 V370A 造成的牙齒內側鏟狀特徵
Credit: Christy G. Turner, II, courtesy G. Richard Scott

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而生活在如此高緯度會使到新生嬰兒得不到足夠陽光合成皮膚中的維他命 D ;他們亦與成人不同無法食海鮮與動物內臟來彌補這個不足。維他命 D 缺乏會引發如佝僂病的嚴重骨骼發育問題,也會擾亂脂肪燃燒與保溫的方式,以及免疫系統運作。

在後續實驗中,團隊發現該 EDAR 變異體能令老鼠生長出更多的乳腺。團隊因此提出假說,這些乳腺增生能讓母親生產更多奶汁,當中含更多以維他命 D 為主要的營養,從而增加整個群體的生存機會。 Hlusko 又指,另一個可能性是 EDAR 基因變體與控制脂肪酸的基因有互動,在母乳中提供更多脂肪。未來將需要更多後續研究釐清乳腺更發達與營養的關係。

未有參與研究的西北大學生物人類學家 William Leonard 指,研究顯示天擇 (natural selection) 如何在人類進入如北極的極端環境時快速發揮作用,篩選出對發育與新陳代謝尤關重要的基因。

來源:
Science, Gene linked to breastfeeding may have boosted survival of earliest Americans, 23 April 2018
Phys.org, Did last ice age affect breastfeeding in Native Americans?, 23 April 2018

報告:
Silvano, A., Rintoul, S.R., Peña-Molino, B., & et al. (2018). Environmental selection during the last ice age on the mother-to-infant transmission of vitamin D and fatty acids through breast milk. PNAS April 23, 2018. 201711788. doi: 10.1073/pnas.1711788115

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

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