我们为什么不长尾巴读后感（我们为什么不长尾巴故事详情）

五一文章 2年前 0 3

数千万年前，人类与其它灵长类动物的共同祖先是有尾巴的。许多现代灵长类动物也都长着尾巴，比如猴子和狐猴。但随着灵长类动物的进化和分化，现代人类的祖先、以及与我们亲缘关系最近的灵长类动物都将尾巴彻底丢弃了，包括黑猩猩和倭黑猩猩等猿类。

恒河猴与其它猴类都有尾巴，人类和猿类则没有。

为何有些灵长类动物保留了尾巴，人类和猿类却没有呢？尾巴的消失一直被视为人类变为双足行走进化过程的一部分，但我们究竟是如何失去尾巴的呢？科学家一直想弄清这个问题。

不过，研究人员最近找到了一条遗传学线索，或许能解释人类为何没有尾巴。他们发现了一个与尾巴生长相关的、所谓的跳跃基因。数千万年前，这个基因或许突然跳跃到了灵长类动物基因组中的另一个位置上，由此引发的基因变异导致了尾巴的消失。

事实上，人类也是有尾巴的，但只在胚胎时期得以保留。尾巴这个特征可以追溯到地球上的第一批脊椎类动物，因此在胚胎发育初期，我们会暂时性地拥有尾巴。不仅是人类，其它所有脊椎动物都是如此。但发育达到八周后，大多数人类胚胎的尾巴都会彻底消失。科学家2008年发表在《自然》期刊上的一篇文章中指出，尾巴的消失是通过细胞凋亡实现的，该过程又称细胞程序性死亡，是多细胞生物发育过程中自带的一项功能。

黑猩猩是我们最近的近亲之一，它们也没有尾巴。

在此之后，人类的“尾巴”便只剩下由三四根椎骨构成的尾骨了。

人类婴儿出生时，有时也会带有尾巴，不过这种情况极为罕见。2012年发表在《印度小儿外科医生协会》上的一项研究指出，这些残留的突出物是胚胎的残余结构，通常都是假尾巴，并非真正的尾巴。这些假尾巴表面有皮肤覆盖，还含有肌肉、神经、血管和结缔组织，但缺少骨头与软骨，也不像真尾巴那样与脊髓相连。

但人类究竟是如何失去尾巴的呢？

人类和猿类已知最早的没有尾巴的祖先是一种灵长属动物，名叫原康修尔猿，于第三纪中新世期间（2300万至530万年前）生活在非洲地区。但夏波和共同作者们在研究报告中写道，尾巴的消失也许还要起源于更久之前——距今约2500万年前，即人类和猿类这支人科世系与远古猴科“分道扬镳”的时间。

他们比较了六种人科物种与九种猴科物种的遗传数据，寻找其中可能与尾巴相关的差异之处。他们发现，在负责调控尾巴发育的TBXT基因中的一个名叫Alu元件的DNA片段（这类DNA可以在基因组中改变位置，影响蛋白质合成）消失不见了。猿类和人类基因组中都出现了这种变异，猴科物种则没有变异，依然保留了这一片段。

接下来，研究人员利用基因编辑工具CRISPR，将这个基因变异复制到了小鼠的TBXT基因中，结果经过基因修改的小鼠长出的尾巴长短不一，从完全正常到彻底消失，各种长度都有。虽然这一基因变异的确对尾巴造成了影响，但并不是一个决定尾巴存在与否的开关。科学家意识到，在灵长类动物失去尾巴的过程中，还有其它基因发挥了作用。不过，这个变异的出现“很可能是干扰尾巴形成的关键事件”。

尾巴的好处和坏处

猿类和早期人类或许从失去尾巴中获得了一定益处，因为这帮助了它们向直立行走过渡。但保留了尾巴的灵长类动物也并没有什么损失，因为尾巴可以发挥许多功能。

环尾狐猴无法用尾巴抓握，但可以在它们跳跃时维持身体平衡。

尾巴在动物跳跃过程中可以伸长，帮助身体保持平衡，为着陆做好准备，它们还可以在运动、觅食、甚至睡眠过程中维持身体的稳定性。动物用后腿倒挂在空中时，尾巴还可以抵在某个表面上。

灵长类动物的尾巴有时还可当作工具使用。例如，白头卷尾猴会用尾巴吸满树洞中的水，然后把尾毛上的水吮干，就像海绵一样。灵长类还会把尾巴当作枕头或被子，甚至会将尾巴用在社交行为中。

猴子还会在玩耍时拉拽彼此的尾巴。南美伶猴甚至会将自己的尾巴与交配对象缠绕起来，以示爱慕之情。

尾巴能完成这么多高难度任务，没有尾巴的人类难免会觉得自己缺了点什么。那么，人类会不会有一天重新长出尾巴来呢？遗憾的是，我们失去尾巴已经太久，不可能再长出来了。2500万年前距今太过久远，甚至连我们这个物种——智人的出现都远在其之后。在这段漫长的时间里，我们这支世系中与尾巴发育相关的基因早已不再发挥功能，所有形成尾巴所需的DNA片段都早已遗失了，就算我们能纠正相关的基因变异，仍有可能无法重新长出这个身体结构。

哺乳动物的尾巴具有许多功能，比如保持或者调整身体平衡。那么，作为哺乳动物的一员，人类和猿类为什么要把尾巴给舍弃掉呢？

近日，纽约大学格罗斯曼医学院 Itai Yanai、Jef Boeke、夏波等人在预印本bioRxiv上发表了题为：The genetic basis of tail-loss evolution in humans and apes的研究论文。

该研究发现了一个简单的“基因跳跃”，它可能就是导致人类尾巴消失的原因。更重要的是，这一发现还表明，这一基因变化可能导致了一种不那么明显但十分危险的结果——脊髓发育的先天缺陷的风险更高。

哈佛大学/霍华德休斯研究所进化生物学家 Hopi Hoekstra 评论道：“这项工作不仅解决了‘是什么让我们成为人类这个固有的有趣问题’，同时还为这种进化变化是如何发生的提供了新的见解。这无疑是一项精彩的研究！”

在被问及开展这项研究的初衷时，该论文的第一作者兼共同通讯作者夏波表示，2019年的夏天，他在一辆Uber里伤到了自己的尾巴骨，这让他重新想起一个小时候曾思考过的一个问题——我们在进化过程中如何丢掉自己的尾巴骨的？”

近些年来，随着测序技术的发展，大量的灵长类基因组已经被测序。基于这些测序数据，夏波开始寻找导致猿类（包括人类）尾巴消失的基因变化。在一个名为TBXT（也叫T或者Brachyury）的基因中，他发现了一个强有力的怀疑对象，一个名为Alu元件（AluY）的短DNA插入。这个Alu元件存在于所有猿类中，但在其他灵长类动物中缺失。

人类和猿类尾巴缺失的进化图谱

Alu序列可以在基因组中移动，因此也被称为跳跃基因或转座子，属于反转座子（Retrotransposon，早年间由通讯作者之一的 Jef Boeke 命名）。Alu序列在人类基因组中很常见，包含超过一百万个元件，约占我们DNA的10%。它们的活动也会产生不同的结果：有时，Alu的插入不会产生任何作用；有时，它们会中断基因并阻止其蛋白质的产生；而在一些情况下，它们可能会改变蛋白质表达的位置或方式。

对此，加州大学圣地亚哥分校的进化生物学家 Pascal Gagneux 说：“这使得它们成为进化变异的巨大驱动力。Alu插入的代价通常是昂贵的，但偶尔你会中头彩而拥有了有益的基因变化。”

TBXT基因中的Alu插入突变

TBXT编码一种名为brachyury的蛋白，它在希腊语中代表“短尾”的意思，因为这种蛋白的突变会导致老鼠的尾巴变短。初步观察，这一猿类特有的Alu元件存在于TBXT基因的内含子中间，似乎并不能引起任何显著的基因破坏。然而，在进一步观察后，夏波注意到另一个古老的Alu元件（AluSx1）也潜伏在附近。

他发现，在猿类体内，这两个Alu元件可以粘在一起，形成一个循环，从而改变TBXT的表达，因此产生的蛋白会比原来的蛋白短一点。夏波的这种敏锐的洞察力让 Hopi Hoekstra 赞叹不已。

在人类中，Alu相互作用和相应的TBXT转录本的示意图

事实上，夏波及其同事还发现，人类胚胎干细胞会产生两个版本的TBXT-mRNA，一个长，一个短。与之相对，小鼠胚胎干细胞只产生更长的那个。夏波等人利用CRISPR技术敲除了人类胚胎干细胞中的一个Alu元件，而只剩一个Alu元件的TBXT基因就不再产生短的mRNA。

研究团队还通过CRISPR技术让小鼠体内出现了TBXT的短mRNA版本，以评估这种简化的猿类特有蛋白质是如何影响尾巴发育的。结果发现，携带两个短基因副本的小鼠无法存活，杂合子小鼠可以存活，但出生时尾巴长度各异——从完全没有到接近正常。

杂合子小鼠出生时尾巴长度各异

有趣的是，一些突变体小鼠不仅在尾巴发育上存在异常，它们的脊髓发育也存在缺陷。这类出生缺陷可能会导致脊柱裂（脊髓无法闭合）和无脑畸形（大脑和颅骨部分缺失），这在人类中相对常见，每1000名新生儿中就有1名受到影响！

“从结果来看，人类肯定是从失去尾巴中得到了某种明显的好处，例如可以直立行走。但我们可能也为失去尾巴付出了代价，直到现在我们仍然能够感受到它的余威。”Itai Yanai说到。

这些突变体小鼠的脊髓发育存在缺陷

总的来说，这一新发现是“一个非常有趣的故事”，这项研究在一定程度上解释了人类以及猿类失去尾巴的原因——源于跳跃基因Alu元件引起的基因变化，而这一基因变化可能导致人类和猿类中更高风险的脊髓发育先天缺陷。

人类进化是一个关键的科学谜题，而夏波等人的发现提示我们，可以通过解读基因密码来还原这一过程！

值得一提的是，夏波在大学本科阶段就曾作为第一作者在 Nature Methods 发表论文，通讯作者为伊成器（北京大学）和何川（芝加哥大学），该研究报道了一种通过化学标记和富集手段，首次实现了免亚硫酸氢盐处理（bisulfite-free）的5-醛基胞嘧啶（5fC）单碱基分辨率、全基因组水平测序。

2020年，夏波作为第一作者在 Cell 发表论文（通讯作者为 Itai Yanai），该研究通过人类和小鼠精子发生的单细胞转录组数据，解释了睾丸表达了所有哺乳动物器官中数量最多的基因这一困扰科学家多年的难题。睾丸通过这种广泛转录扫描的机制纠正DNA损伤，维持雄性生殖细胞中DNA序列的完整性。