人类为何失去了尾巴？

科学

2024-03-12 02:03

3.12‍‍‍‍‍‍‍‍

知识分子

The Intellectual

图源：Pixabay

撰文丨范岗

责编｜李珊珊

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人为什么没有尾巴？

严格说，人类其实是有尾巴的——但仅限胚胎时的几个星期。这根微小的尾巴形成后几乎立刻就会退化，出生时只剩下一根小小的尾骨，毫无用途。只要不受伤，大部分人恐怕根本都不知道自己有这么一根骨头。

发育上的绕弯子，背后是人类尾巴曲折离奇的演化史。我们的祖先至少在5亿年前就有了尾巴，水生动物靠它运动，陆生动物则靠它平衡。但是大约两千五百万年前，一支灵长类却失去了尾巴。今天,这支灵长类包括长臂猿、大猩猩、红毛猩猩、黑猩猩还有人类，它们全都在胚胎早期就把萌芽中的尾巴重新吸收掉了。

按照常识，如此大幅度的变化，背后应该有相当复杂的基因调控。但是2024年2月《自然》发表的一项研究却给出了令人意外的答案：只需稍稍改变一个基因，就能实现这一效果。

为了说服审稿人，

用两年半时间让小鼠尾巴消失

这个基因是从上百个嫌疑人里筛选出来的，不过这也并不令人意外，毕竟它和尾巴的关联早就知道了。早在1927年，就有一位科学家注意到了一支小鼠株系的尾巴异常短小。她认为这支小鼠携带了基因突变，称这个基因为T。只携带一份突变T的小鼠尾巴会缩短，但两份突变就会导致小鼠死亡。后来的研究发现哺乳动物普遍拥有和“T”地位相当的基因，人类也有。因为单字母名字在数据库里实在太难检索，2018年研究者决定把它的人类版本改名为TBXT（小鼠版本用部分小写的Tbxt作为区分）。

虽说TBXT的对等物大家都有，但也并不是完全相同的。没尾巴的人和猿，TBXT里有一个地方额外插入了一小段DNA，有尾巴的猴子则没有这个插入。

这个插入了TBXT的一小段长约300碱基对，在人体里大约有100万份，人们给它起了个名字叫Alu。

Alu会不会和尾巴的消失有关呢？

2021年，研究者发布了一篇论文预印本，证明这段额外插入的DNA会导致这个基因所编码的蛋白质变短。蛋白质的功能和形态密切相关，短了一截想来应该会对尾巴的发育有不良影响。研究者在小鼠里模拟了残破蛋白的结果，发现尾巴果然出现了各种异常。

三年前的这篇预印本一问世就引发了媒体关注，但投稿时却遭遇了反驳。评审者指出，预印本没有正面回答真正的问题，那就是这段插入本身是否真的能导致尾巴消失。为此，研究者用了两年半的时间补充了多组实验。他们发现这个插入直接移植到老鼠身上对老鼠的蛋白质影响很小。但是他们找到了其他的插入，能产生和人类一样的蛋白质缩短。这种缩短蛋白，果然导致了老鼠尾巴的缩短甚至缺失。补充实验后，论文终于得到接受，这一成果也在近三年后再一次浮出水面。

当然，虽然这一研究几乎确立了最大的嫌疑人，却仍是不足以证明这个基因的变化就是两千多万年前实际发生的情况，而且，仍不能算解决了更加根本的问题：人类的祖先为何失去了尾巴，以及，人类的祖先究竟是如何失去尾巴的？毕竟，尾巴是宝贵的平衡器官，直立行走也许碍事儿，但应该对树上活动很有帮助才对。而且化石证据表明，尾巴消失的那个时代，人类祖先还手脚并用生活在树上，明明有用的东西为何会消失呢？

尾巴为什么会消失？

能让尾巴“消失”的基因找到了，然而，如同绝大部分侦探故事一样，就算揭示了作案方法、找到了凶器、抓住了真凶，通常也不意味着故事的终结。我们总还是希望知道凶手为何选择了杀人，杀掉这个人究竟给他带来了什么好处，也就是说要理解作案的“动机”。毕竟我们都希望生活在一个能够解释的世界里。

但是基因当然没有意识，如果硬要说一个基因突变的留存有什么“动机”，那也只能说它的动机是“更容易遗传给后代”。不管你挑的是哪个基因，都只能得到同样的回答，这太无趣了。回到侦探故事的类比里，这就像是好不容易抓住了凶手，却发现他是个职业杀手，动机仅仅是拿赏金。拥有真正动机的主谋，还藏身在阴影里。

要揪出主谋，仅靠分子生物学是不够的，更需要演化、生态、发育、形态功能等领域的努力。所幸，研究者在这些领域也有一些看起来有前途的进展。

猴子为何（通常都）有尾巴呢？常见的猜想是，这是树上生活的平衡需要。大部分猴子爬树的方式是手脚并用抓住枝条，身体则横向立在枝条的上方。这种姿态的好处是爬树过程比较简单省力，身体的重力自然而然被枝条支撑住了，挪动一只手的时候还有一手两脚作为支撑点。坏处是，这种姿态下重心高于支持点，在物理上是不稳定的平衡。如果这种状态下身体不小心出现了倾斜，那么倾斜会逐渐加大直到彻底翻倒，而紧握枝条的手脚又难以纠正身体本身的姿态。有一个能独立活动的尾巴随时调节身体上半部分的重心，在这样的场景下想来应该是很有价值。

不过这并不是树上生活的唯一方式。没有尾巴的长臂猿，就是主打另一种。在穿越树林的时候，长臂猿的身体往往并不在树枝上方，而是在下方，双臂高举过头悬挂，有时交叉前进，有时摆动身体跳跃过去。大部分种类的猴子都不会这种运动模式。实际上猴子虽然以灵巧著称，但多数物种的上肢活动范围远不如长臂猿，甚至手举过头都是个有困难的动作。有些时候长臂猿也会走在树枝上，但这时长臂猿的身体通常是直立的，不用尾巴而是用伸开的双手平衡。

这种模式下，尾巴的用途就存疑了。身体悬吊在树枝下方，意味着重心低于树枝。这样的平衡是稳定的，发生倾斜时倾斜角度会自然减少而不是增加，也就无需额外的平衡工具。在准备跳跃时，摆动双腿就可以带动整个身体的晃动，尾巴反而增添了不便，容易和其他树枝碰撞。两千五百万年前长臂猿和人类的共同祖先是否也是这样生活的呢？那个祖先是否就是这样失去了尾巴呢？这些问题还没有得到解答，但它们距离尾巴问题的幕后黑手要更近。

尾巴的故事也没有因为它的消失而完结。正如演化史上无数其他案例一样，顶替尾巴上岗的新员工，会带来一些意想不到的后果。

尾巴下台，手臂上位

人类现存的最近亲属黑猩猩同样没有尾巴。它在树上的敏捷程度不如长臂猿，但还是保留了胳膊灵活、身体直立等特征，足以代替尾巴的作用，甚至可能还有额外福利。2023年9月，《皇家学会开放科学》的一篇论文认为，黑猩猩的这些特征对于从树上往下爬的动作极为重要：灵活而有力的上肢可以伸到身体正上方握住树枝，能有效地控制下爬时的身体速度，避免脚滑摔落地面。黑猩猩比猴子重很多，摔死的风险原本也应该高得多，有了这个本领，就能大大缓解这一风险。换句话说，如果没有这个本领，黑猩猩的体格恐怕就长不了那么大，能够支撑的脑容量也会变小，或许无法成为动物界聪明第一。

更重要的是，灵活的上肢还有另一个用途，那就是扔东西。动物园里的黑猩猩时不时就会因为扔粪便正中游客而上新闻，它们是动物界极其罕见的拥有投掷能力的物种，但比起人类又差远了。虽然我们经常自嘲说人在动物界里只有大脑发达，身体一无是处，但这并非事实；人类的投掷力是毫无疑问的天下第一，手臂上伸的过肩式投掷更是堪称绝学。投掷是自然界少有的远程攻击，能在自身不受威胁的情况下打击猎物和敌害；投掷还能轻易实现以多打一的效果，把社会性动物的数量优势直接转换成战斗力优势。如果没有投掷能力，人类祖先的脑容量要想给生存带来好处，恐怕也就没那么容易了。

这是否意味着，两千多万年前一小段DNA的胡乱跳跃，竟然为今天人类文明的崛起铺平了道路呢？它当然不可能是唯一的原因，恐怕连一线的功臣都算不上。不过，大尺度的演化确实都是由无数大大小小的突变堆积起来的。生物界里每一项看似不可逾越的奇迹，背后都是如此。