遺傳與進化視角下人類“失配現象”之辨析*

鄧芳芳 賀竹梅

人作為最高等級的生物，在很多情況下，總是充滿自信和自豪感，贊美人體結構的詩歌和藝術作品也是豐富多彩。然而，實際上人類還是存在許多“不合理生理結構”的，如智齒、禿頂、脊椎結構與直立行走不兼容、高度近視、甲溝炎、心肌炎等。那么，從遺傳與進化的角度怎樣解釋這些結構的存在呢？它們會以什么樣的趨勢在人類中演化呢？

“自然進化”強調生物中群體的變化過程，是某一生物群體的遺傳構成發生了變化，并將這種變化遺傳給后代的過程[1]163；而文化進化是具有類似于生物進化過程中相對應的傳播、創新、隨機波動和選擇過程，其“結構重組受時間影響，最終產生一種在本質上與祖先形式”不同的結構或形式過程[2]。文化進化領域是一個基本的跨學科領域，能彌合各學科之間的差距，促進不同學科的相互聯系[3]。人受到“自然進化”和“文化進化”的雙重壓力，因此，只有從“自然進化”與“文化進化”的雙重視角來審視人類的發展進程，才能理性地看待人類“失配現象”產生的根本原因及其可能的發展趨勢。

本文試圖從智齒、禿頂、脊椎結構與直立行走不兼容、高度近視四種人體“失配現象”出發，以遺傳與進化的視角，探討其功能及存在的意義。并以其為基準，理解類似“不合理生理結構”的大致發展規律及其存在意義，以期與相關研究者進行共同探討，并為相關人士提供心理慰藉。

1 智齒也許是生物進化中“失配性疾病”的一個佐證

智齒在醫學上定義為人類口腔內牙槽骨上最里面的第三顆磨牙。智齒的萌出時間比較晚，一般在18歲～24歲，在這個階段，人的生理、心理發育都接近成熟，所以是“有智慧到來”的象征，故得名。從發育的角度來看，所有乳牙和其他恒牙都開始于子宮內發育，但智齒的發育開始于外胚層齒板，該齒板在發育中的5齡兒童口腔中向遠端遷移，在空間上與頜骨間充質相關并相互作用[4]，其發育起源與時間均與乳牙和其他恒牙不同，所以也將智齒稱之為第三套牙齒。

許多研究表明，骨骼和牙齒結構存在不同程度的遺傳性，如Harris等[5]發現，隨著年齡的增長，顱面形態具有較高的遺傳力，而牙齒特征卻具有較低的遺傳力，更易受環境的影響。這又與后牙的減少和變異的形態發生場理論一致，即由于共同場的影響，每顆牙齒與附近其他牙齒存在相似性，但由于位置不同就會存在等級差異[6]，所以牙齒形成分生組織序列是與場梯度的生物學特征密切吻合的[7]，一旦牙齒出現異常(即打破形態發生場)，則環境因素對異常牙齒的影響增加，而異常因素對其影響減少。

人類牙槽骨由于長期面臨進食的精細化而在長度、寬度和強度上呈現不同程度的退化，致使下頜骨越來越窄，但牙齒數目依然如故，所以下頜骨由于無法提供充足的供智齒萌出的空間而造成智齒萌出異位、阻生。有研究表明，在瑞典20歲～30歲人中，75%的人至少含有一顆阻生智齒[8]，說明阻生智齒的發生率是較高的，加上智齒本身的退化也會導致萌出數目不足、呈現不對稱萌出等，情況則因人而異。這些萌出的異常加上清潔的困難，通常在臨床上表現為智齒冠周炎，并可能破壞鄰近的牙齒，造成鄰近牙齒的齲齒、牙周炎、牙髓炎等疾病，引發劇烈的疼痛、腫脹和感染。此外，Tevepaugh等[9]研究指出：有第三磨牙的下頜骨比沒有第三磨牙的下頜骨發生角度骨折的幾率要高3.8倍，而Reitzik等[10]提出，阻生第三磨牙的下頜骨斷裂所需的力比第三磨牙充分萌出下頜骨斷裂所需的力少40%，并認為未萌出的第三磨牙占據了更多的骨間隙，而這可能會削弱下頜骨，使其更易斷裂。所以面對智齒可能帶來的危害，Srivastava等建議，當智齒近中成角(mesial angulation)在30°～70°，且會造成第二磨牙遠端齲齒的時候，則需拔除[11]。有文獻表明，智齒的拔除率在英格蘭和威爾士估計每年每1 000人中有4人，使其已成為十大住院病例之一[11]。但在拔牙過程中又容易出現神經損傷等醫患問題，這就使拔牙的恐懼感進一步加大，智齒被人厭惡的程度進一步加深。

從上來看，智齒的存在似乎是“女媧造人”所忽略的一個漏洞，那智齒的存在又有什么意義呢？其又是如何隨著人類進化而被淘汰的？從進化的角度來說，牙齒有其個體發育及系統發育過程，才能形成相對應的形態及功能，這是與環境相適應的結果[12]。早期古人類主要以漿果為能量來源，也就形成了鏟子形狀的寬門牙(非常適合咬果子)和臼齒齒尖很低(形狀極其適合研磨富含纖維的果肉)的外在特征[13]29。而隨著氣候動蕩變化，森林、草原面積逐漸減少，古人類能夠獲得的食物來源銳減，在食物匱乏進而上升至生存壓力情況下，古人類開始尋求次要食物，如植物的莖和葉來延續生命，雖然這種后備食物碳水化合物含量高，但纖維含量更高，所以就需要不斷地咀嚼來獲取其中的營養物質，為了更好地咬碎更堅硬、更緊實的食物，牙齒也就進化得寬大、厚實且平坦。到了舊石器時代，人類學會使用工具及火的出現，使其能對塊莖、肉等營養含量豐富的食物進行簡單粗加工，加工的目的是增加食物的食用度、健康度及獲得更豐富的營養，但食物加工反過來又使人類的牙齒和咀嚼肌變小；到了農業文明/工業文明/現代社會時代，頜骨和牙齒尺寸減小驅使的牙齒咬合變化越來越明顯，預期將來頜骨尺寸會進一步減小[14]，也就意味著智齒萌出空間會進一步減少。結合Sasso等[15]對智齒發展趨勢分析，指出與過去30年相比，智齒已有明顯的成熟趨勢，且主要體現在礦化時間提前，其中，男性上頜骨智齒礦化平均提前了0.8個月，下頜骨礦化提前了8.7個月，而女性上頜骨和下頜骨則分別提前了2.6個月和2個月。由此可以看出，未來智齒萌發后的命運是：由于礦化時間的縮短，對人們造成的傷害可能會更嚴重，預計被拔除的可能性會更大。人類從食物缺乏過渡到食物充足也只有幾百年的時間，世界上尚且還有很多地區處在食物匱乏的狀態，所以這個轉變過程太快，以至于人類的身體還沒有來得及“進化”出相應的結構來應對外界環境的改變，也就是人類還沒有形成阻止智齒生長或規避其生長的途徑，所以智齒就成了人類進化過程中遺留的“化石”，其悄無聲息地生長在身體的某一部位，只有其突如其來的疼痛，才能讓我們意識到其存在，它以自我厭惡的形式完成了自我的凸顯，恪守著人類進化長河中其應處的位置。因此，智齒也可以解釋為是生物進化中“失配性疾病”的一個佐證。

2 高度近視是人類文明遺留給人類的外在枷鎖

高度近視是指單眼屈光度高于 -6.0D(600度) 的屈光不正。雖然不同文獻對高度近視屈光度的定義存在一定的偏差，但其典型特征是軸向長度延長，并能引起各種特定的并發癥，包括白內障形成、近視性視網膜凹陷和青光眼等[16]。這些并發癥大多會危及視力，常導致不可逆轉的視網膜光感受器損傷，從而致使視力喪失。

高度近視患者占近視人群的27%～33%[17]。鑒于目前全球教育力度逐漸加大和網絡科技的發展，近視有一定的上升趨勢。為了預測未來近視甚至失明的可能性，相關研究者進行了大量的元分析以估測其流行趨勢。其中，Holden等[18]的研究表明，隨著社會文明的推進，近視和高度近視人數在全球呈急劇上升趨勢，預計到2050年，近視人數達50億，高度近視則將突破10億。由于近視越來越呈現普遍化、低齡化的趨勢，所以很多準媽媽們開始擔心父母倘若是近視，會不會遺傳給孩子？有文獻表明，近視眼父母比非近視眼父母更容易產生具有近視的后代，且與西方國家相比，亞洲發達國家的近視眼患病率較高，說明近視眼的發展具有遺傳易感性[19]。因此，可以說近視是可以通過雙親遺傳給子代的性狀，但目前人們對近視的遺傳機制尚不清楚。家系研究發現，近視為常染色體顯性遺傳或常染色體隱性遺傳,也有觀察為罕見的X性連鎖隱性遺傳[17]。大部分學者都支持遺傳和環境因素均對促成高度近視起到一定的作用，并且是由多基因控制的數量性狀遺傳，但兩者在高度近視中的相對作用卻一直存在爭議[20]。既然環境因素影響眼發育的概念已在動物實驗[21]和流行病學[22]中都得到很好的肯定，那么大多數研究者趨向于選擇研究與高度近視顯著相關的高危遺傳位點來窺探其內在機制，連鎖遺傳分析發現，由于群體的異質性，一系列潛在候選基因的遺傳位點與高度近視眼有著模糊的關聯[19]。目前已證明有些遺傳位點是可能的候選基因，如轉化生長因子(TGF)-β誘導因子基因(TGIF)[23]、鉀通道蛋白基因(KCNQ5)[24]、膠原I型基因(COL1A1 rs2269336)[25]等，但都存在所選樣本數量不夠大，造成統計結果與預期不相符。隨著全基因組連鎖分析的深入研究，與高度近視有關的高頻區域的發現可為未來越來越嚴峻的近視趨勢提供分子機制的解釋甚至候選解決方案[17]。如Li等[26]利用基于單核苷酸多態性(SNP)連鎖的全基因組分析來鑒定高加索人與近視相關的基因位點，為全世界確定與高度近視和眼生長有關的基因提供補充；Li等[27]采用全外顯子與全基因組測序，發現長波敏感性視蛋白-1(OPN1LW)的獨特變異與高度近視顯著相關等。

就近視這樣一種復雜的遺傳性狀而言，戶外時間的減少和短距離工作活動的增加等因素的綜合作用所導致的生活方式的改變是不容忽視的[28]，否則不能解釋短期內急劇上升的高度近視比例[29]。從進化的角度來看，在原始社會，早期人類生活在一個開闊、視野所及都是“青山綠水”的環境，加上為了維持基本的生存條件，早期人類需不斷外出尋找食物，且在尋找的過程中，視力較好者往往更易搶占先機而獲得更多的食物，而視力較差者可能因為得不到基本的食物而面臨著被淘汰的“自然選擇”。在農耕文化開始之后，人類開始了日出而作日落而息的生活，這種生活方式并不會對視力產生負向選擇壓力。所以經過上百萬年的自然選擇，人類眼球結構幾乎達到完美地步，但是，與任何一個高度復雜的系統一樣，細微的變化就可能損害其功能，近視也不例外[13]186。隨著社會進步，當食物、常規疾病等已構不成威脅人類生存的基本條件時，世界人口開始呈現指數式增長，但地球總陸地面積是有限的，所以人均陸地面積開始急劇縮減以致個人活動范圍受到限制；另一方面，高樓大廈已成為城市化的一個外顯性標志，其在很大程度上阻擋了人類的視線，加上光污染、大氣污染等因素，所以在現代化氛圍下人類的眼球變得過長，晶體需要收縮睫狀肌使晶體凸度加大，才能聚焦近處物體，但是，當眼球過長的人試圖通過放松睫狀肌而聚焦遠處物體時，被擴展后的晶體由于不能很好地恢復到原狀而使焦點落在視網膜的前方，結果是，一切遠處物體(通常超過2米)都失去了焦點[13]186。所以，近視也就成了社會文明進步所遺留給人類的外在枷鎖。

3 人類脊椎結構的進化還有很大發展空間嗎？

人類的脊椎結構與直立行走是不兼容的，通俗點說，就是伴隨著人類大腦的發育，人類開始從爬行向直立方向轉變，但脊椎結構并沒有跟隨直立的進化而同步進化，因為脊椎結構感知變化的時間要比直立時間晚，只有直立之后才會給脊椎遞送變化的壓力，從而定位進化的方向，所以，當人類站起來之后，脊椎還處于爬行所適應的那種狀態，卻不得不承擔起全身重量的責任，所以現代人類的脊椎問題也就接踵而至。

為了研究直立行走的轉變過程，相關學者運用了一些簡化模型，如雙足彈簧質量模型來預測人類及鳥類的步行動力學，研究表明，人類可以通過引導質點(centre of mass,COM)高于地面反作用力的某一點來穩定行走，并將這一點稱之為虛擬支點(virtual pivot point，VPP)，根據VPP的位置來調整如何穩定兩足動物身形，因為位置的改變會引起地面反作用力對相對軀干角度(即軀干和臀部之間測量的角度)產生正反饋或負反饋，如VPP高于質點，那么髖部扭矩會降低軀干和髖部與受力點之間的偏差，呈現負反饋狀態，而負反饋又反過來穩定了垂直和前叉步態的VPP模型，反之亦然[30]。VPP很好地解釋了人類是如何從爬行穩定為直立行走的。

人類已有600萬年的進化歷史[13]190，且在不斷經歷行走鍛煉過程中已逐漸適應直立行走的地面生活。那么，已經適應四足生活的人類為什么會改變其生活方式，選擇兩足方式?目前比較普遍認同的假說有如下幾種：第一，警戒說(the watching out hypothesis)[31]，由Dart于1959年提出。其背景前提是人類離開叢林來到了寬闊的草原，在這種情況下，采用直立的姿勢存在觀察周圍環境的視覺優勢，更利于狩獵和防守食肉動物，有益于在草叢的生活和繁衍。第二，解放雙手假說(the freeing of the hands hypothesis)[32]，該假說可追溯到達爾文所著《人類起源》一書，其背景是早期人類還生活在叢林中，認為解放雙手用于工具使用、武器處理、食物收集和自衛是人類采用雙足姿勢和運動的主要原因。第三，投擲假說(the throwing hypothesis)[33]，由Kirschmann提出。專門使用武器是早期古人類的關鍵適應，而直立行走則是作為一種后繼適應而發展起來的。此外還有嬰兒攜帶假說(infant carrying hypothesis)[34]、熱調節假說(thermoregulation hypothesis)[35]和攜帶食物或供給說(carrying food or provisioning hypothesis)[36]等。上述假說的背景都是在廣袤的大草原展開的，但近年來研究者們逐漸提出應考慮海岸這種生境，并提出了海岸居民假說(shore dweller hypothesis)[37]，該假說認為在森林破碎造成的食物日益短缺的情況下，海岸有大量的優質食物，又能周年供應。且雙足涉水能使后肢關節從一些非生理壓力中釋放，加上水能夠提供粘性和浮力，在“四足-兩足過渡的平衡階段”減少傷害等有利于產生直立行走正向選擇壓力的優勢。結合Adolph等[38]關于“為什么嬰兒在熟練掌握爬行后要堅持行走？”的研究結果，即與歷史上熟練的爬行者善于規劃他們的物質世界的觀點相反，爬行是有限制的，而行走可以讓嬰兒看得更多、玩得更多及與他人的互動也更多，所以嬰兒在熟練掌握爬行后也要堅持行走，而嬰兒從爬行向行走的轉變又是人類進化過程中的縮影。所以這些現象表明人類選擇兩足方式并不是偶然，而是適應更好生存的自然選擇。

但人類還沒來得及在這偉大站起來的里程碑前歡呼時，相對應的“失配性疾病”也就緊隨而來。首先，椎間盤突出及女性分娩難度加大。當人類處于爬行時，其全身的重量在四肢，所以早期人類的前肢會特別長來配合腿的運動，靠近肩膀部分會很粗壯，但當人類以直立的姿勢行走時，全身的重量就降大任于脊柱和骨盆，一方面會使脊柱過度負荷，易發腰肌勞損、椎間盤突出等并發癥；另一方面從解剖學結構來說，由于骨盆的負重成倍增加，迫使盆骨的髂骨翼向兩側擴展，脊柱腰段出現明顯的前凸性彎曲，從而導致骶骨岬顯著突出，同時使骨盆上口做了大約90°扭轉，并且還在骨盆的某些部位加強了若干韌帶裝置。這些措施使得人類骨盆的負重能力和平衡能力大大加強了，但由于其失去了必要的靈活性，所以骨性產道的分娩難度也加大了[1]204。其次，人類的垂直運動使人體各部位受地心引力不盡相同，所以會使腹腔、胸腔內的器官下墜，從而引發胃下垂、子宮下垂，甚至流產等。第三，腦供血不足引起的頭痛、頭暈、眩暈等。伴隨著人類站起來的同時，人類的頭骨也得到了迅速的進化，并且頭骨的重量也逐漸增加，為了維持大腦正常的生理需求，其正常運轉所需的供血量也就比進化前相應地要增加，加上心臟在大腦的下方，需要克服地心引力向大腦供血，難度也就進一步加大，所以當人類在地上蹲一會兒起來后會感到大腦供血不足，出現眩暈等現象。盡管人類從爬行到直立行走的功績是不可磨滅的，但在人類進化過程中還是存在種種進化失配問題，這也間接表明了人類目前的狀態并沒有進化到最佳，人類進化的腳步還有很大的發展空間。話雖如此，但人類文明的發展特別是現代信息科學的高速發展也許已經扼殺了這種趨勢。

4 禿頂的優勢與折磨

禿頂解釋為頭頂脫發或頭頂無發的現象，是一種永久性脫發。禿頂通常認為是從性遺傳(sex-influenced inheritence)，雖在兩性中都有表現，但在兩性中的發生頻率及雜合子基因型在不同性別中的表現是不同的，在現實生活中，男性禿頂的人數要遠大于女性[39]。造成禿頂的原因除了與遺傳基因相關外，還與雄性激素的分泌水平相關。還有一個有趣的現象是，不同部位毛發的生長受不同雄性激素的控制，如腋毛及陰毛的生長受睪丸酮控制，而胡須及雙顳部、頂部頭發的生長則受二氫睪酮(dihydrotestosterone，DHT)的控制[40]。另一方面，每個部位毛囊行為和特征對激素的反應存在差異，例如，頭皮前部毛囊被認為是激素敏感型，會隨DHT升高而發生小型化，造成雄性遺傳性脫發，但枕部頭皮毛囊卻對DHT無反應，所以在做植發時，需注意每個部位成纖維細胞發育起源的不同決定該部位毛囊對激素的反應也存在差異[41]，要避免由于激素差異所引起的植發失敗。

毛發是表皮的外在屏障，在外界環境壓力下有利于保護身體免受傷害。隨著人類站起來所帶來的另一顯著性變化是：人類進化出與大多數其他哺乳動物相比有著根本不同的毛發分布模式[42]。為了適應站起來的進化壓力，人類逐漸淘汰和縮小了體毛，有些學者認為人類體毛的減退與狩獵活動有關，他們推測早期人類的狩獵活動通常需要在整個白天持續地進行，而這種生活方式就要求人類有配套的高效控制體溫的裝置，所以就需要汗腺大量地排出汗液，以便在水分蒸發過程中帶走體內的熱量，倘若人類的皮膚表面仍覆蓋著厚厚的長毛，則會影響體熱的散失，這可能部分解釋人類淘汰體毛的原因[1]208。而人類頭部毛發因為其有利于改善大腦的熱隔離，卻長得更長、更濃密[43]。

除了人類進化所帶來的毛發分布模式變化，由于某些不適當文化習俗的影響也會導致頭部毛發的退化即禿頂，如過度理發或特定類型理發會阻止頭發相互之間或與外界環境的聯系，從而觸發了不同人群皮脂滯留在發根的差異[43]，而皮脂分泌過多又會造成毛囊和毛孔被填塞，日積月累，毛發就會發生營養障礙從而停止生長，所以不同人群表現出不同程度的脫發。

隨著文化進化的影響越來越大，似乎人們的發際線也越來越上移，其優點也是存在的，譬如說，脫發能減少寄生蟲的寄生，可能降低患心血管疾病和患骨質疏松的風險，可能更聰明甚至更長壽。話雖如此，但由于其在很大程度上影響著人的外在形象，所以人們面對越來越稀疏的頭頂產生越來越多的苦惱，脫發已經成為了折磨全球人類的一種極度情緒化的疾病。

人們試圖闡明不同人群不同類型脫發的確切病理原因，以便開發出針對該性狀改良的藥物。然而，目前并不能完全解決禿頂遺留給人類的困擾。從進化的角度來說，禿頂是如何逐漸進化失配的？首先，在人類進化過程中，食物是決定生存與否的一個關鍵因素，人類身體結構不僅能將多余的碳水化合物轉變成脂肪儲存起來，并且還對“糖”存在無盡渴望，猶如“毒藥”卻甘之如飴。在現代社會中人們因生活富足食物糖分含量較高，機體主要通過胰島素/胰高血糖素的相互制衡進行調節，但倘若糖分的攝取量長期超過調節系統閾值，就易使激素調節系統出現故障，機體除易患糖尿病外，還會存在禿頂的風險。胰島素造成禿頂的原因在于：(1)胰島素抵抗(insulin resistance，IR)及過量都會降低性激素結合球蛋白含量，導致高水平游離睪酮[44]，而睪酮又是DHT前體，從而為脫發提供誘導劑；(2)IR引發的血管效應，如產生血管活性物質導致內皮功能障礙、微循環衰竭、濾泡周圍血管收縮和血管壁平滑肌細胞增殖，這些都會造成毛囊水平的微血管功能不全和組織缺氧，從而促進毛囊的小型化[45]；(3)高胰島素血癥還會增加局部雄性激素含量及睪酮向DHT的轉化[46]。另一方面，數百萬年來，人類一直在伴隨著微生物及許多種類的蠕蟲共同進化，這也解釋了為什么人體內的微生物群大多是無害的，甚至負責一些重要的功能，如幫助消化、清潔皮膚和頭皮[13]175，但隨著抗生素及其他類似藥物的廣泛使用，會消滅一些有益的微生物和蟲類，也就會影響著該類微生物的功能。有研究表明，脫發與皮膚微生物菌群失調是存在內在聯系的，如用卟啉類藥物刺激對照組與雄性遺傳性脫發(androgenetic alopecia，AGA)患者組發現，與對照組的12%相比，58%的AGA患者的皮脂腺導管中發現了角質桿菌產生的補體[47]。這些現象加上使用抗菌劑后脫發得到改善，表明脫發可能與頭皮微生物區系之間存在內在聯系[48]。其次，另一條脫發的可能機制是某些微生物群落引發的局部免疫反應會干擾免疫球蛋白的免疫功能，從而引發炎癥和皮膚屏障功能障礙[42]。最后，由于目前食物匱乏已不再成為問題，人類不必為了尋找食物而遠途跋涉，運動量的降低會減少肌肉質量，而這又有利于骨骼肌的IR[49]。

隨著環境污染的加劇，脫發這樣一種極度情緒化的疾病好像仍在加劇。在美國，每年用于治療脫發的費用超過35億美元[50]。

5 結語

雖然人類處在食物鏈的頂端，但目前人類的身體結構并不是臻于完美的，還存在許多亟待修補的細枝末節，但是文化進化的進程如此之快，以至于人類與按著自然界中既定進化軌跡的動物不同，人類的進化方向會受到現代文明因素的干擾，可能偏離軌道也可能原路返回，只是原路返回的可能性要小很多，更多是“超速進化”。這也就意味著人類身上需要修補的結構是否會按既定的套路來進行完善還是未知的，但我們也無須對此感到困惑或難過，因為當人類身體的某一結構出現問題時，其實也是在提醒我們：人類并不是自然界的主宰，請善待自然；病痛的折磨是痛苦的，請愛惜生命；個人的一生是短暫的，請努力實現人生價值。

科學的發展需要進化論的指導，加強進化生物學倫理意識，對于科學沿著有益于人類演化的方向發展，才是科學追求的真正目標。

(感謝程焉平教授為本文提供的建設性建議和指導。)