疾病是影響人類演化的重要力量,但是要衡量短期特定事件的影響力,很不容易。即使如黑死病那般衝擊,真的能強烈到留下痕跡嗎?這個 2022 年的論文報告,黑死病過後,好像真的有和免疫有關的基因改變惹。

Evolution of immune genes is associated with the Black Death

黑死病來襲,ERAP2基因受到強力天擇

 

由鼠疫桿菌造成,公元 1346 年開始的黑死病導致大量人類死亡,相關研究一大堆。這個論文的想法不難,不過也是取得兩批樣本才有機會執行。兩批黑死病的犧牲者,分別來自英國與丹麥。接下來就是,比較黑死病之前、之後的差異,看看有哪些變化。

 

總共取得 360 位古人的古代基因組,論文專注於 356 個免疫有關的基因。策略是先比較英國的樣本,找到黑死病前後差異明顯的 DNA 變異。

 

假如真的有個遺傳變異,在黑死病壓力下對人不利,那麼它在黑死病死者中的比例應該會變多,黑死病過後明顯降低。相對地,對人有利的 DNA 變異,在黑死病過後的存在感將會上升。

 

特定遺傳變異,在單一族群的起伏,也可能只是巧合。如果在英國、丹麥兩地都見到一樣的趨勢,好像會更有說服力。如此這般,論文尋獲 4 處 DNA 變異符合條件。

 

黑死病來襲,ERAP2基因受到強力天擇

 

其中一處最好解釋,第五號染色體上與 ERAP2 基因有關的 rs2549794。此一位置如果是 C,ERAP2 會生出完整的蛋白質產物;假如是 T,就沒什麼能用的蛋白質。

 

ERAP2 會在巨噬細胞等免疫細胞作用,兩款變異都有不少人配備,可見 ERAP2 顯然不是「必需基因」,不論其蛋白質產品存在與否,都不影響生存。然而黑死病過後的英國族群,C 的比例從 40% 多提升為 50% 多,黑死病死者的比例也低一截。

 

差異 10% 好像不多,但是要考慮到這只經過短短幾代人。換算成 selection coefficient 是 0.4 左右,意思是,假如此一比例的改變,完全是受到黑死病影響,那麼配備 C 的生還機率,比 T 更高 40%!

 

黑死病來襲,ERAP2基因受到強力天擇

 

論文還做惹一些實驗,驗證 ERAP2 基因差異對免疫反應的影響,大家有興趣請自己閱讀。總之就是,人體被鼠疫桿菌入侵時,ERAP2 牽涉的免疫反應有助於對抗感染,在黑死病來襲的當下,或許能提高生存機率。

 

有趣的是,之前研究還知道 ERAP2 與克隆氏症(Crohn's Disease) 有牽連,這是一種腸道的自體免疫疾病,配備完整版 ERAP2 的人,罹患克隆氏症的風險也比較高。由此想來,一個 DNA 變異的有利或有害,要看脈絡。

 

肯定有人會質疑這項研究的分析,我是姑且信其真。從此延伸,有幾點想法。

 

首先,黑死病下影響生還機率的,應該不只 ERAP2 基因,可能也不只論文分析的幾百個免疫相關基因。這項研究沒有偵測到,不等於其餘免疫基因真的沒有影響,更不能判斷只有免疫基因參與,有些表面看來與免疫無關的基因或許也牽涉其中,只是我們不得而知。

 

再來,這項研究找到的,是黑死病來襲當時已經有的基因變異。有些研究熱衷比較,是全新突變,或是舊有變異對天擇的影響較大。這項研究能支持,舊有變異的多樣性,比全新突變更重要嗎?我想不行。因為在這個脈絡下,只有已經存在的變異,才可能發揮效果。

 

最後,這回見識到的遺傳變化,已經是罕見的超強天擇,可是從絕對數字上看,也就是差異 10%。如黑死病這般劇烈衝擊人群組成的外力,應該不算常見。人類受到天擇的擺佈或許不少,但是各項因素的影響力拆開看,對人類整體或許都相當有限,而且不同方向的力量,還會互相抵消。

 

然而,這個 2024 年的研究反駁這項研究的觀點:

短篇  英格蘭劍橋居民的古代DNA,不受黑死病影響?

 

黑死病來襲,ERAP2基因受到強力天擇

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花粉揭秘:黑死病災情,歐洲各地很不一樣

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維德角:幾百年間,瘧疾劇烈影響遺傳組成

短篇  全世界最健康的血管,可是很多寄生蟲

 

論文短評:

Ancient DNA reveals rapid natural selection during the Black Death

新聞稿:

Selection of human immune-related genes was driven by the Black Death

新聞:

Bubonic plague left lingering scars on the human genome

新聞:

Gene that helped people survive Black Death may have come back to haunt us

 

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