200萬年前發生的一處基因缺陷,可能是人類擁有超凡長跑能力的原因之一。

最近,《皇家學會學報B刊》(Proceedings of the Royal Society B)上一篇文章表示,一處人類獨有的基因突異可能是我們超凡長跑能力的背後原因。

等等,看到這裡你可能會有疑問,人類善於長跑嗎?一般人不是跑個10分鐘就要掛了嗎?

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是的。雖然不健康的生活方式大大削弱了現代人的體能,但從身體的角度,我們還是相當善於長跑。這個「善於」,不僅是比300多萬年前非洲的南方古猿(Australopithecus老祖先更能跑,而且去掉體重因素,人類在長跑速度上甚至不比馬差。為了解釋人類為什麼那麼能跑,甚至出現了一個理論稱「耐久跑步假說」(endurance running hypothesis)。

人類(下一)與500公斤四足動物(上一)、小型馬(上二)、65公斤四足動物(下二)慢跑與快跑速度比較。圖片來源:參考文獻2,圖2a.

這個假說認為,靠著出色的長跑能力,人類曾把非洲大草原上的食草動物追到過熱衰竭,從而成功狩獵。另外,靠跑的也能更快找到食肉動物的「剩飯」,增加食肉量。大約200萬年前,人類祖先完成了從四肢著地到直立行走的轉變。從此,人類不僅能走,還能跑。過去有觀點認為,跑步只是走路的副產品,但身體上的一些轉變不能被簡單地認為服務於步行。與300多萬年前的人科化石相比,更近代的化石或現代人擁有縮短的四肢末端(減少跑步消耗)、強壯的跟腱(靠伸縮為跑步供能,而走路不太需要) 、明顯的足弓(積存能量)、穩定的肩架結構、強大的臀部肌肉等等。相比步行,這些變化與適應長跑更加相關。大概與此同時,人類脫去厚重的皮毛,排汗為身在非洲草原的祖先提供巨大的體溫調節優勢。就這樣,在一個炎熱的中午,人類祖先用不快不慢的速度追趕一隻羚羊,這個速度對羚羊來說耗能很不划算,而且只能喘氣降溫,沒多久便不得不停下來——人類成功狩獵。

不過,這一理論建立在化石形態和人類學研究之上,中間還有許多化石缺環,所以仍是假說。

而這次加州大學聖地牙哥分校(University of California, San Diego)的研究卻指出了長跑能力可能的遺傳學基礎:200多萬年前人類發生的一處基因缺陷。

這個突變稱為CMAH(CMP-Neu5Ac Hydroxylase)基因缺陷。早在1998年,學界就確定它是人類與黑猩猩間的差異之一。因為CMAH基因上丟掉了一個外顯子(exon),人類從此無法合成細胞表面的一種稱為Neu5Gc的唾液酸(sialic acid)的醣類。先前的研究表示,這可能讓人類在抗瘧疾等傳染病方面具有優勢,不過小鼠上的實驗也發現,這處突變讓患肌肉營養不良症(Muscular Dystrophy)的個體症狀更糟……

雖然這個變異對小鼠來說貌似不是好東西,但是,但是!這次實驗團隊發現擁有與人類相同CMAH缺陷的小鼠跑步能力有了驚人增長。在跑步機和滾輪實驗後,研究人員發現攜帶突變的小鼠比普通小鼠跑得遠20%、快12%。不僅如此,被改造的小鼠腿部肌肉中有更多微血管,肌肉收縮時間也長得多。至於細胞表面的唾液酸如何影響小鼠的跑步表現,研究者還不清楚具體機制。

你有多久沒跑步了?圖片來源:pixabay

當然,小鼠實驗結果不等同於CMAH缺陷對人類的作用。有學者建議研究團隊接下來觀察狗、鹿、鴕鳥等肌肉健壯、善於長跑的動物,確定是否有類似的基因在影響肌肉的耐久能力。同時,其他學者指出也許不能說這處基因對人類長跑能力至關重要,因為沒有這處突變,可能也會發生其他類似功能的突變。

最後,不管人類長跑優勢的原因是什麼,別忘了身體裡的潛在技能:有時間去跑個步吧。

 

撰文:vicko238 

編輯:Ent

參考資料:

  1. Human-like Cmah inactivation in mice increases running endurance and decreases muscle fatigability: implications for human evolution. http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/285/1886/20181656
  2. Endurance running and the evolution of Homo. https://www.nature.com/articles/nature03052
  3. This broken gene may have turned our ancestors into marathoners—and helped humans conquer the world. http://www.sciencemag.org/news/2018/09/broken-gene-may-have-turned-our-ancestors-marathoners- and-helped-humans-conquer-world
  4. Humans are natural runners—and this ancient gene mutation might have helped. https://www.popsci.com/humans-distance-running-genes-mutations

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