环境污染能否逼人类变异? 基因不易"迅速"改变

2011-3-14 15:39 来源: 辽宁日报
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  据媒体报道,生活在纽约和新泽西州间的哈德逊河中的大西洋小鳕,由于数十年来受到河道中排放的毒性污染物影响,在短短几十年内就进化出了抗药性,可以将毒素保存在脂肪中而不会对自身造成损害。科学家认为,虽然一般来讲长期进化是自然选择的结果,但这也是一个污染驱动进化的典型例子。

  进化是个漫长的过程,为什么大西洋小鳕在短短几十年内就进化了?环境污染导致物种变异,会给整个生态系统带来什么样的影响?会不会又导致人类的变异呢?

  小鳕基因突变适应环境污染

  辽宁日报:据国外媒体报道,生活在纽约和新泽西州间的哈德逊河中的大西洋小鳕,由于数十年来受到河道中排放的毒性污染物影响,在短短几十年内就进化出了抗药性,可以将毒素保存在脂肪中而不会对自身造成损害。是这种小鱼的基因发生了改变吗?

  施鹏:这种情况同一些昆虫对某些杀虫剂产生一定抵抗力,或者细菌对抗生素产生抗药性的现象类似。根据媒体的报道,我们可以了解到,这种大西洋小鳕对于河道中排放的毒性污染物产生了抵抗机制。

  在河道受到持续污染的情况下,会有大量鱼类死亡。这种大西洋小鳕作为鱼类的一种,也受到了污染的影响,多数小鳕死亡了。然而,少数对污染更有抵抗性的小鳕存活了下来,并进行繁殖,使这种抗污染的基因传承了下来。

  辽宁日报:我看国外媒体的报道当中提到,变异后的变体基因抵抗污染物的联结能力达到未变异前的5倍之多,是不是说这种大西洋小鳕进化了,更先进了?

  施鹏:这里有一个认识误区,很多人认为“进化”能够使物种朝更加高级的方向演化。之所以有这样的理解,可能是受中文对“evolution”翻译的误导。其实“进化”更确切的翻译应该是“演化”。

  人类是从猿类进化而来的,人类的大脑、智力,还有其他的很多方面可能看起来比较先进,但是我们人类在进化过程中也舍弃了一些别的东西,比如我们如果与猴子比爬树、野外生存,就远远比不上它们。与其说是进步了,倒不如说各有所长,分别适应各自的生活环境。所以,即便这种变异后的小鳕抵抗污染物的能力达到未变异前的5倍之多,也只能说它们更加适应这种受污染的河道了。

  辽宁日报:大部分人都认为进化是一个漫长的过程,通常在几千年之久的时间里慢慢进行一些改变。为何这种小鱼在短短几十年内就进化了?

  施鹏:有一点是值得肯定的,通常讲的进化是一个漫长的过程,通常在几百万年、甚至几亿年之久的时间里慢慢进行一些改变。

  达尔文的进化论认为,生物之间存在着生存斗争,适应者生存下来,不适应者则被淘汰,这就是自然的选择。地球生命从最初的生命体发展成为现有的多种多样的生物,其实就是自然选择的结果。

  进化论所说的选择除了自然的选择,还有一种人工选择。人工选择最常见的例子就是家养动植物的驯化。现在的鸡分为蛋鸡和肉鸡,牛分为耕牛和奶牛,猪也可分为瘦肉型的、生长型的等等品种,甚至还有宠物猪。以狗的进化为例,我们知道,现在这些家犬的祖先是狼。人类经过长期的驯化和品种化,形成了现在多种多样的家犬品种。所谓的品种化,就是根据人类需要,比如想要个头小的宠物狗,那么就专门挑选这种类型的狗交配,很快就能得到这样的品种。人工选择的选择强度和定向性,是普通的自然选择不能比拟的。

  所谓的选择强度就是环境给生物带来的生存压力的大小,为了适应环境的变化,生物自身会进行一系列的演变。如果环境变化的速度比较缓慢,我们可以认为选择强度较弱,生物的演变速度也会比较缓慢;如果环境变化的速度较快,那么生物所面临的选择强度就会比较强,这样会迫使一些生物在短期内发生变化。

  这篇报道当中提到的小鱼所面临的选择强度是非常强的,如果它不能够在短期内适应河道中的毒性污染物,那么很有可能就会灭亡,所以在这种环境下,与抗污染相关的基因突变在短短几十年内就能够在群体中被固定下来,从而适应这种生存环境。

  少数物种基因突变适应环境压力

  辽宁日报:环境污染加大了生物进化的选择强度,促进了生物基因变化的速度,这对我们生物圈整体的发展有什么影响?

  施鹏:我们无法给出一个数字来告诉大家自然选择和人工选择的压力差异有多大。但是,我们可以想象一下,本来清澈的河流里加入了污染物,绝大多数鱼都是不适应的。如果这种污染物是致命的话,那么多数鱼类在短时间内就会大量死亡,以至于灭绝。只有少数物种中的某些个体含有突变的基因,在短期内适应了这种变化。更严重的是,这种污染不仅仅是对鱼类,可能对其他生物也会有同样的情况。这就意味着这条河流里的物种减少了很多,生物圈被破坏了。

  从理论上来讲,环境污染一方面会造成物种的灭绝;另外一方面,它也会造成一些新的物种的产生,来适应这种已经污染了的环境。但是我们目前所面临的问题是,新的物种产生的速度远远低于物种灭绝的速度。

  辽宁日报:现在有不少物种的灭绝都是我们人类对于环境的破坏导致的,它们无法适应环境的变化,因而灭绝了。

  施鹏:更重要的一点,正如我刚刚讲过的,这些污染物不仅是对一个物种的影响,它还会严重打破这条河流的生态平衡。它不仅仅会导致哪个物种的灭绝或者变异,还会导致其他一系列物种的灭绝,从而破坏了整个河流的生态系统。举个例子,我们对于滇池的污染治理为什么如此困难?并不单单是因为这里的鱼类灭绝了,而是这里的生态系统整体都受到了破坏,包括水里的微生物、水草、鱼类。如果不是这样,我们完全可以将别的地方的鱼类放入这里进行养殖,从而恢复这里的生态系统。

  其实这种灾难性的破坏并不仅仅存在于河流当中,如今,当你听说某地的森林被破坏、某物种灭绝,想到的并不仅仅是这些表面的损失,更重要的是与之息息相关的生态系统也遭到了破坏。我们知道,一个地方的生态系统的建立需要经过非常漫长的时间,一旦遭到破坏,要想恢复也不是一朝一夕能够完成的。因此,环境污染对于生物圈来说是灾难性的破坏,难以弥补。

  高等生物人类相对稳定,基因不易“迅速”改变

  辽宁日报:有专家认为,环境污染对人类造成的破坏程度远远超过以前的估计,它可能会引起基因突变,最终毁掉人类。

  施鹏:这种说法有一定的道理,环境污染正在直接或者间接影响着人类。人类直接接触的水、空气等如果被污染的话,就会造成对人类的直接伤害;如果人类生存的生态圈,包括我们周围的野生动植物灭绝,也会间接地影响人类的生存。

  辽宁日报:如果这些变异的小鱼被我们人类直接食用的话,其实就是对我们人类的直接伤害吧?

  施鹏:人类直接食用这种小鱼肯定会对身体造成伤害,这是毋庸置疑的。间接食用这种小鱼也会有伤害。动植物都有一种富集效应,比如这种小鱼如果被大鱼吃了,这些污染物中的一些不能被消化的金属元素在大鱼的体内就会富集,等到人吃了大鱼以后,可能比吃小鱼对身体的伤害更大。

  前一段时间有媒体报道一些鱼翅的重金属含量超标,人吃了以后导致中毒,也是类似的情况。

  辽宁日报:从长期发展上来说,环境污染破坏着人类生存的生物圈,对于人类的生存和发展来说都是非常不利的。

  施鹏:我们一直强调生物多样性,假如物种越来越单一,对于人类的生存和发展来说都是非常不利的。

  辽宁日报:在我们的认知当中,一般都是一些细菌和昆虫能够产生抵抗机制,如果像鱼这样的脊椎动物也会产生抵抗机制的话,人类是否也会借基因变异来适应这种变化?

  施鹏:除了细菌和昆虫,其实我们也发现了不少动物变异的案例,比如污染中的激素成分导致鳄鱼、青蛙、北极熊和其他动物发生畸形变异,所以这种大西洋小鳕发生基因突变并不是罕见的。

  之所以认为一些细菌和昆虫能够产生抵抗机制,是因为一般来说,低等生物,如微生物,更容易产生抵抗机制。低等生物的形态、结构是多变的,所以有着更强大的适应能力。相对于低等生物的多变,以人类为主的高等生物就显得稳定许多,并不容易产生抵抗机制来适应环境的变化。但这并不是说高等生物就不会产生抵抗机制来适应环境的变化。

  从理论上说,所有动物的基因都是会发生变化的,并不限定哪个种群。我们以基因序列上的变化和基因表达量上的变化为例:人类在出生前,从父母那里复制基因的过程中会出现一些变化,这些变化属于基因序列上的变化,可能会导致一些先天疾病的产生。除了先天疾病的产生,我们从一些新闻中得知的一对黑人夫妻生出白人小孩的情况,也属于基因序列上的变化。

  人类在出生后,由于从父母那里遗传了一些易感基因,这些易感基因可能不会变化,也可能导致疾病。一些人得了肿瘤就是基因发生了变化,它属于基因表达量上的变化。

  从理论上说,基因的突变是无处不在的。只是我们在检测的过程中由于技术水平的限制,并不能够全部检测出来。

  专家档案

  施鹏 博士,研究员,博士生导师。 2004年于中国科学院昆明动物研究所获博士学位,同年赴美国密歇根大学进化和生态学系从事博士后工作,2007年起任德国人类营养学研究所研究科学家。现为中国科学院昆明动物研究所遗传资源与进化国家重点实验室学术带头人。主要从事进化基因组学和功能基因组学研究。目前主持包括国家自然科学基金重点项目、国家转基因重大专项等多项国家级科研项目。现任中国遗传学会动物遗传专业委员会委员、云南省遗传学会副理事长。