论文部分内容阅读
自古以来,青藏高原就是一处神秘之境,而矗立于雪域高原上的珠穆朗玛峰更是神秘中的神秘,人类直到1953年才首次登上珠峰。
但随着交通的发达,现在神秘感似乎已不复存在。且不说每年有大量的国内外游客涌向西藏,即使海拔8848米的珠峰如今也成了一块繁忙之地,每年的5月中下旬,在天气晴好的日子,你总可以在山麓里遇见数百号来自世界各地的登山者。
但假如你以为,世界屋脊再也没东西值得人们去探索的了,那你就错了。如今,另一个谜团在吸引着科学家:为什么藏人能够在这么高海拔的地区健康生活?他们到底有什么秘诀?
倘若你没有对这一问题深入了解,甫一听或许会嗤之以鼻:什么秘诀?不就是适应嘛!现在从内地到西藏的汉人那么多,他们不是也能很快适应?要说秘诀,大家不外乎“适应”两个字。
适应当然没错。但蹊跷的是,最近科学家发现,藏人的适应跟外来人的适应是大不一样的。藏人能够在高原上健康生活一辈子,而外来人要是生活久了,就易患上中风、血栓之类的心血管疾病。可以说,经过数千年的进化,藏人的身体已经完全适应高原生活;而其他人,虽然也能慢慢适应,但终究是“临时抱佛脚”,要付出很多代价的。
内地人
如何适应高原环境?
有一个常识想必众所周知:海拔越高,空气就越稀薄,含氧量就越低。譬如秘鲁有一个小镇,地处海拔5100米的高山上,被认为是地球上海拔最高的小镇,那里的氧气含量只及海平面处的50%。在珠峰顶,这一值降到了33%。
初来乍到高原,我们的身体很快就会起反应。首先,行走会变得异常艰难。你的呼吸加速了,心率也在加快,血压上升。这一现象就是所谓的“高原反应”。这是我们的身体对供氧不足所做的应激反应。严重的高原反应会危及人的生命。
但渐渐地,你会调整过来。你的身体会加班加点制造更多的血红蛋白。这种蛋白通过血液循环把氧气带给全身的细胞。血红蛋白增加之后,身体得到的氧气量回升,心率和血压降下来。这时,你就可以从容地呼吸并做像爬山之类的体力活动了。
我们的身体能对高原环境做出如此巧妙的调整,真让人叫绝。但你不要高兴太早,医学上证明,增加血红蛋白会带来一定的健康风险。它会让血液变得更加粘稠,使人更易患血栓、中风。而藏人的适应就跟我们的完全不同,他们似乎另有秘诀。
汉藏人对高原的适应有别
1990年代,科学家研究了两类人群中妇女怀孕生育的情况。他们发现,从内地来西藏的汉族妇女在怀孕期间,体内制造了更多的血红蛋白,这使得她们的血液更粘稠,因而更易患中风和血栓。血压升高还增加了惊厥发作的风险,其表现为意识突然丧失,同时伴有痉挛。形成鲜明对照的是,藏族女人在怀孕时,不会出现血红蛋白水平升高的情况——她们的血红蛋白水平与生活在平原的人无异。结果,藏族妇女比起在西藏的汉族妇女来,发生流产和早产的概率都要小得多,她们所生的新生儿的体重也更重。
氧气本是身体的燃料,缺氧会带来一系列健康问题,最低限度也是让我们丧失应有的活力。但让人困惑的是,尽管藏人的血液里含氧水平较低,但他们依然十分健康,能跑能跳,活力一点不输平原人。血红蛋白水平没有升高,这还意味着藏人患中风或血栓的风险也比在西藏的汉人要低。
所以看来经过数千年的进化,藏人的身体已经进化出对付高原缺氧的“独门秘笈”:在血红蛋白不增加的情况下,依然能够保持健康和活力。
根本差异在于基因
最后,科学家发现,“万变归宗”,根本的差异在基因上。
一个中美联合研究小组比较了两组人群的DNA:一组是常年生活在海拔4300米高山上的50名藏人;另一组是生活在海拔仅43米的北京的40名汉人。两组人群DNA最大的区别在于一个叫EPAS1的基因上,这个基因用于调控血红蛋白的生产。与我们大多数人的这个基因相比,87%的藏人发生了变异,而仅有9%的汉人发生变异。由于这个基因的变异,藏人在高原缺氧的情况下就不会加班加点制造更多的血红蛋白。
基因对低氧环境的适应性变化也能在另一个族群中见到:埃塞俄比亚的阿姆哈拉人,一个在海拔3800米以上山区生活了大约7万年的民族。有趣的是,虽然阿姆哈拉人发生突变的是另一个基因,但他们与藏人一样有着正常的血红蛋白水平。
那么,是不是祖祖辈辈生活在高海拔地区的人的基因都已经发生变异,以适应高原环境了呢?也并非如此。比如,生活在南美安第斯山的印第安人,虽然他们生活在高原地区,但他们就跟藏区的汉人一样,血液中有着较高水平的血红蛋白,他们也很容易患上血栓、中风等疾病。经检查,他们身上调控血红蛋白生产的基因跟平原人完全一样。
究其原因,大概是这些印第安人到高山地区生活的历史还不够长,身上的基因还来不及发生变异之故;若他们在那里再生活上几千年,说不定也会发生基因突变,进化出适应性变化,这样一来,就不会患血栓和中风等疾病了。
为治疗心血管疾病
指引新途径
虽然知道了差异的根子,但很多问题还没有彻底搞清楚:为什么藏人在缺氧的环境下,血液中血红蛋白没增加,却依然能保持健康和活力?如果换成汉人,在这种情况下是要发生高原反应的。
科学家已经寻到其中的一个原因:藏人的血液里一氧化氮的水平异常高。一氧化氮有助于扩张血管,使得在同一时间内有更多的血液流经身体各个器官。这样,即使血红蛋白浓度没增加,也依然能让各个器官获得充足的氧气。
另一个原因目前还只是猜测:在低氧的条件下,人体或许可以通过降低对氧气的需求来维持生存。2007年,一位英国科学家在珠峰采集了17名登山者的肌肉样品进行分析。结果揭示,开始时这些肌肉细胞会暂时“封存”一些线粒体,几周之后,这些封存的线粒体就永远消失了。
我们知道,线粒体是细胞的“能量工厂”,一个细胞里有数百个线粒体。在低氧条件下,如果大家都开工,势必大家都开工不足,这会引发疾病。现在身体通过关闭一部分“工厂”,来保证持续的正常工作,就避免了疾病的发生。这个变化是不是也同样发生在藏人身上,还有待证实。
当然了,血液中一氧化氮的水平升高也罢,在低氧环境封存线粒体也罢,这应该都是在某些基因的指导下完成的。但具体是怎么实现的(因为从基因到其功能的实现,还涉及一套复杂的机制),至今还是个谜。
我们知道,心血管疾病是当今世界的头号杀手,在西方国家,每5人中就有1人死于心血管疾病。这种病的厉害之处在于,发病时会造成身体组织因缺氧而坏死。可是藏人长期在低氧环境里生活,身体也完好无损。这里面究竟有着什么样复杂的保护机制呢?弄清了这一点,或许能挽救许多人的生命。
但随着交通的发达,现在神秘感似乎已不复存在。且不说每年有大量的国内外游客涌向西藏,即使海拔8848米的珠峰如今也成了一块繁忙之地,每年的5月中下旬,在天气晴好的日子,你总可以在山麓里遇见数百号来自世界各地的登山者。
但假如你以为,世界屋脊再也没东西值得人们去探索的了,那你就错了。如今,另一个谜团在吸引着科学家:为什么藏人能够在这么高海拔的地区健康生活?他们到底有什么秘诀?
倘若你没有对这一问题深入了解,甫一听或许会嗤之以鼻:什么秘诀?不就是适应嘛!现在从内地到西藏的汉人那么多,他们不是也能很快适应?要说秘诀,大家不外乎“适应”两个字。
适应当然没错。但蹊跷的是,最近科学家发现,藏人的适应跟外来人的适应是大不一样的。藏人能够在高原上健康生活一辈子,而外来人要是生活久了,就易患上中风、血栓之类的心血管疾病。可以说,经过数千年的进化,藏人的身体已经完全适应高原生活;而其他人,虽然也能慢慢适应,但终究是“临时抱佛脚”,要付出很多代价的。
内地人
如何适应高原环境?
有一个常识想必众所周知:海拔越高,空气就越稀薄,含氧量就越低。譬如秘鲁有一个小镇,地处海拔5100米的高山上,被认为是地球上海拔最高的小镇,那里的氧气含量只及海平面处的50%。在珠峰顶,这一值降到了33%。
初来乍到高原,我们的身体很快就会起反应。首先,行走会变得异常艰难。你的呼吸加速了,心率也在加快,血压上升。这一现象就是所谓的“高原反应”。这是我们的身体对供氧不足所做的应激反应。严重的高原反应会危及人的生命。
但渐渐地,你会调整过来。你的身体会加班加点制造更多的血红蛋白。这种蛋白通过血液循环把氧气带给全身的细胞。血红蛋白增加之后,身体得到的氧气量回升,心率和血压降下来。这时,你就可以从容地呼吸并做像爬山之类的体力活动了。
我们的身体能对高原环境做出如此巧妙的调整,真让人叫绝。但你不要高兴太早,医学上证明,增加血红蛋白会带来一定的健康风险。它会让血液变得更加粘稠,使人更易患血栓、中风。而藏人的适应就跟我们的完全不同,他们似乎另有秘诀。
汉藏人对高原的适应有别
1990年代,科学家研究了两类人群中妇女怀孕生育的情况。他们发现,从内地来西藏的汉族妇女在怀孕期间,体内制造了更多的血红蛋白,这使得她们的血液更粘稠,因而更易患中风和血栓。血压升高还增加了惊厥发作的风险,其表现为意识突然丧失,同时伴有痉挛。形成鲜明对照的是,藏族女人在怀孕时,不会出现血红蛋白水平升高的情况——她们的血红蛋白水平与生活在平原的人无异。结果,藏族妇女比起在西藏的汉族妇女来,发生流产和早产的概率都要小得多,她们所生的新生儿的体重也更重。
氧气本是身体的燃料,缺氧会带来一系列健康问题,最低限度也是让我们丧失应有的活力。但让人困惑的是,尽管藏人的血液里含氧水平较低,但他们依然十分健康,能跑能跳,活力一点不输平原人。血红蛋白水平没有升高,这还意味着藏人患中风或血栓的风险也比在西藏的汉人要低。
所以看来经过数千年的进化,藏人的身体已经进化出对付高原缺氧的“独门秘笈”:在血红蛋白不增加的情况下,依然能够保持健康和活力。
根本差异在于基因
最后,科学家发现,“万变归宗”,根本的差异在基因上。
一个中美联合研究小组比较了两组人群的DNA:一组是常年生活在海拔4300米高山上的50名藏人;另一组是生活在海拔仅43米的北京的40名汉人。两组人群DNA最大的区别在于一个叫EPAS1的基因上,这个基因用于调控血红蛋白的生产。与我们大多数人的这个基因相比,87%的藏人发生了变异,而仅有9%的汉人发生变异。由于这个基因的变异,藏人在高原缺氧的情况下就不会加班加点制造更多的血红蛋白。
基因对低氧环境的适应性变化也能在另一个族群中见到:埃塞俄比亚的阿姆哈拉人,一个在海拔3800米以上山区生活了大约7万年的民族。有趣的是,虽然阿姆哈拉人发生突变的是另一个基因,但他们与藏人一样有着正常的血红蛋白水平。
那么,是不是祖祖辈辈生活在高海拔地区的人的基因都已经发生变异,以适应高原环境了呢?也并非如此。比如,生活在南美安第斯山的印第安人,虽然他们生活在高原地区,但他们就跟藏区的汉人一样,血液中有着较高水平的血红蛋白,他们也很容易患上血栓、中风等疾病。经检查,他们身上调控血红蛋白生产的基因跟平原人完全一样。
究其原因,大概是这些印第安人到高山地区生活的历史还不够长,身上的基因还来不及发生变异之故;若他们在那里再生活上几千年,说不定也会发生基因突变,进化出适应性变化,这样一来,就不会患血栓和中风等疾病了。
为治疗心血管疾病
指引新途径
虽然知道了差异的根子,但很多问题还没有彻底搞清楚:为什么藏人在缺氧的环境下,血液中血红蛋白没增加,却依然能保持健康和活力?如果换成汉人,在这种情况下是要发生高原反应的。
科学家已经寻到其中的一个原因:藏人的血液里一氧化氮的水平异常高。一氧化氮有助于扩张血管,使得在同一时间内有更多的血液流经身体各个器官。这样,即使血红蛋白浓度没增加,也依然能让各个器官获得充足的氧气。
另一个原因目前还只是猜测:在低氧的条件下,人体或许可以通过降低对氧气的需求来维持生存。2007年,一位英国科学家在珠峰采集了17名登山者的肌肉样品进行分析。结果揭示,开始时这些肌肉细胞会暂时“封存”一些线粒体,几周之后,这些封存的线粒体就永远消失了。
我们知道,线粒体是细胞的“能量工厂”,一个细胞里有数百个线粒体。在低氧条件下,如果大家都开工,势必大家都开工不足,这会引发疾病。现在身体通过关闭一部分“工厂”,来保证持续的正常工作,就避免了疾病的发生。这个变化是不是也同样发生在藏人身上,还有待证实。
当然了,血液中一氧化氮的水平升高也罢,在低氧环境封存线粒体也罢,这应该都是在某些基因的指导下完成的。但具体是怎么实现的(因为从基因到其功能的实现,还涉及一套复杂的机制),至今还是个谜。
我们知道,心血管疾病是当今世界的头号杀手,在西方国家,每5人中就有1人死于心血管疾病。这种病的厉害之处在于,发病时会造成身体组织因缺氧而坏死。可是藏人长期在低氧环境里生活,身体也完好无损。这里面究竟有着什么样复杂的保护机制呢?弄清了这一点,或许能挽救许多人的生命。