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如果地球只剩下一男一女,人类还能延续吗?

2017-02-07  |  中国科普博览 收藏(320)  | 

出品:科普中国

制作:自然酱

监制:中国科学院计算机网络信息中心

地球上只剩下最后一男一女——这往往是科幻小说惯用的比喻,但如果它真的发生了该怎么办?到底有多少幸存者才能够让人类这个物种继续延续下去?

发现树龙虾的南太平洋豪勋爵岛

澳大利亚向东600公里的南太平洋有一座岛屿,高1844英尺,从海上拔地而起,像是一座金字塔。在这里,人们发现了一种早已灭绝80年的神秘昆虫树龙虾。这种学名叫做“豪勋爵岛竹节虫”( Dryococelus australis)的昆虫有六条腿,体长12厘米,是世界上最重的竹节虫。其原产于南太平洋的豪勋爵岛,在老鼠入侵该岛后这种昆虫很快消失。科学家普遍认为其已经灭绝。

“树龙虾”

然而时隔83年之后,科学家在该岛距离海面500英尺的峭壁上发现了24只“树龙虾”。科学家将这些“树龙虾”称之为“亚当”和“夏娃”,并将其带回到墨尔本动物园开始了育种计划。

然而,昆虫和人类繁育完全是两个概念。对于“树龙虾”来说,一个雌性个体每十天能够产下十颗卵,且生殖不需要雄性个体的配合,而人类繁衍则是完全不同的概念。如若地球上只剩下一男一女,我们还能延续种群吗?又会需要多长时间?

这种答案并不是异想天开。美国国家航空航天局曾经做过殖民星球人类数量的研究,这也是一个国际化的重要问题。

现在,让我们把时间向前快进一百年。如斯蒂芬霍金在2014年预测的那样,人类的进步出现了致命的失误,机器人消灭了地球上所有人类,仅仅剩下两个人。这样的话,无可避免的他们的第一代孩子都是兄弟姐妹。

弗洛伊德也认为,乱伦是唯一普遍性的人类禁忌。这种做法不仅仅是缺陷,这是彻头彻尾的危险。对1933年至1970年间在捷克斯洛伐克出生的儿童进行调查发现,近亲结婚的孩子中有40%是严重残疾,其中14%都没能存活。

隐性风险

近亲繁殖被称为邪恶的魔鬼

要了解为什么近亲繁殖可能是如此致命,我们需要掌握一些遗传学知识。我们的每个基因都是一对,一个来自父亲,而另外一个来自于母亲。即便如此,基因变异的情况并不会经常出现,除非你拥有两个完全相同的显性基因,因为大多数遗传性疾病都是由隐性基因引起的。通常来讲,一般人在其基因组中都有一到两个致命性的隐性基因突变。

当一对夫妇在基因上有相关性时,引发遗传性疾病的概率就会大大增加。以全色盲为例,这是一种罕见的隐性基因引发的疾病,会导致完全色盲,其在美国的发病率是33000万分之一,而且每一百人中就有一人携带相关的隐性基因。假设我们的末日世界幸存者之一携带相关的变异基因,那么他们的孩子携带隐形基因的概率是四分之一。但如果发生近亲结婚,那么发生色盲的风险就会暴涨,其孩子携带两个相关基因的概率也是四分之一的机会。而正常夫妇的孙辈罹患这种遗传疾病的概率仅有16分之一。

这也是Pingelap居民的命运。Pingelap是西太平洋上的一个孤立环礁。一场强烈的台风在18世纪扫过了这座岛屿,岛上所有居民都是20名台风幸存者的后代,其中有着一个色盲基因。在这样一个小规模的基因池中,现在这个岛的十分之一居民完全是色盲。

即便有这样的风险存在,但如果末日幸存者能够生育足够的孩子,那么至少有一部分是健康的。但是如果近亲结婚持续数百年会发生什么?事实上,欧洲皇室可以告诉我们一切。西班牙哈布斯堡家族就是这样一个典型的例子。哈布斯堡家族是哈布斯堡王朝(House of Habsburg/ Hapsburg)的分支,后者是欧洲历史上统治领域最广的王室,其家族成员曾出任神圣罗马帝国皇帝(1273年-1291年,1298年-1806年),奥地利公爵(1282年-1453年)、大公(1453年-1804年)、皇帝(1804年-1918年),匈牙利国王(1526年-1918年),波希米亚国王(1526年-1918年),西班牙国王(1516年-1700年),葡萄牙国王(1580年-1640年),墨西哥皇帝(1864年-1867年)和意大利若干公国的公爵。

哈布斯堡家族曾于1556年至1700年统治西班牙,但查尔斯二世于1700年去世后,这一家族再也没有了男性继承人,王位也落入法国波旁家族之手。查尔斯二世也是遗传病的受害者,其出生时就带着很多疾病,直至八岁才学会走路,而且终生不育,没有子嗣。

2009年,一个西班牙的科学团队通过研究揭示了真正的原因所在。他们计算了哈布斯堡家族16代人中的3000位成员的“近交系数”,该系数是表示由于近亲结婚而使后代获得一对相同基因的概率,近交系数越大,危害程度越大。

结果显示,哈布斯堡家族的首位君主菲利普二世的近交系数为0.025,到了末代君主卡洛斯二世,这一数字已经达到0.254,另有多位成员近交系数超过0.2。这表明,哈布斯堡家族近亲结婚人数很多。历史记录也表明,在哈布斯堡家族的11次重要婚姻中,9次属于近亲结婚。

近交系数也是生态学家用来评估濒危物种所面临遗传风险的科学方法。新西兰奥塔哥大学(University of Otago)布鲁斯罗宾逊(Bruce Robertson)博士指出,“在人口规模较小的情况下,人与人之间的基因迟早都会相关。随着亲缘关系逐步加深,近亲繁衍的影响将会越来越大。”罗宾逊研究了新西兰当地一种名为鸮鹦鹉的鸟类,这种鸟不会飞翔。体重巨大,目前仅存125只。

罗宾逊深入研究了近亲繁殖对精子质量的影响,这使得鸮鹦鹉无法孵化的鸟蛋数量从10%增加至40%。罗宾逊表示,这是关于近亲繁衍的典型影响——近交衰退,主要是因为物种所携带的隐形遗传缺陷所引起的。尽管目前鸮鹦鹉不缺食物,也免受天敌威胁,但其物种存续依旧面临着巨大威胁。

免疫多样性

除却隐形遗传基因带来的风险之外,不少濒危物种也存在着一些诸如免疫能力等长期的风险。达勒姆大学的菲利普斯蒂芬斯(Philip Stephens)博士指出,“包括人类在内的大多数物种似乎都渴望促进自身的多样性,从免疫学角度来讲能够让后代获得更多的免疫能力。”他以人类进化史为例,认为现代智人与尼安德特人的交配在某种程度上提升了我们的免疫能力。

但是即便这种情况真的存在,但其可能也无法验证。当一个物种的小规模群体在时间上独立存在过久时,这个群体很容易产生所谓的创始者效应,其中一些遗传突变将会发生,从而可能诞生出一个完全不同的物种。

那么对于单个物种来说,究竟需要多少个育种个体才能够顺利繁衍?斯蒂芬斯认为,这可以追溯到上世纪八十年代的研究,当时一个澳大利亚科学家提出一个经验法则,“保守估计,为了避免近亲繁衍带来的近交衰退,同时提高对环境的适应性,你需要50个育种个体。”斯蒂芬斯指出,这也是沿用至今的法则,但为了抵消基因在代际传递中的随机丢失,相关数量上升到了500到5000。

然而,正如一个科学家所指出的,当前人类社会的生生不息似乎验证了多样性这个概念的固有缺陷。根据考古学领域的相关研究,在长达一百万年的时间里我们人类祖先的数量都在一千上下浮动,我们人类的遗传多样性是出奇的低。2012年,科学家对黑猩猩群体的遗传差异性进行研究发现,单个黑猩猩群体的遗传多样性要比现今整个人类社会还要多。要知道,现在人类总量已经达到了70亿。

人类学家约翰·摩尔(John Moore)估计,人类若要殖民外星球,最小规模约是160人。他建议从年轻、没有子女的夫妇中挑选,同时还要筛除一些危险的隐形基因。

但是,如果地球上仅剩下最后一个男人和女人,那么人类的结局到底会如何。斯蒂芬斯对此仍保持乐观态度,“遗传多样性偏低虽然在短期内会对个体造成影响,但这些依旧是概率性的。总有些难以置信的乐观情况存在,任何事情都有可能发生。”

只要灾难不会对现代文明造成根本性的破坏,人类数量依旧可以快速反弹。二十世纪之初的北美Hutterite地区就是一个乐观的例子,其人类群体虽然高度近交,但整体数量每隔17年就翻了一番。如果每个女人在生育期都能生育八个孩子,那么整个人类仅需要556年的时间就能从最初的两个人发展到现在的70亿之众。

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