肺結核病是人類可怕的殺手。歷史上,死于結核病的人不計其數,其中也包括契訶夫、卡夫卡、魯迅這樣一些偉大的作家。時至今天,全球每年依然有不少于170萬人死于結核病,比死于艾滋病和瘧疾的人的總和還多。
結核病是由結核桿菌引起的,它一般感染呼吸系統,通過飛沫傳播。一個世紀前人們研制出卡介疫苗,結核病才受到控制。但是卡介苗在很多地區是無效的,而且病菌已經普遍產生耐藥性。因此,結核病依然是人類健康的重大威脅。
世界衛生組織正致力于在2035年前開發出一款新的疫苗。要實現這一目標,了解人類結核病的起源、進化將是成功的關鍵。
人類結核病是從牛傳染來的?
生物學家長期以來認為他們知道結核病的來源。感染人類的結核桿菌是結核桿菌家族中的一種,這個家族的其他成員還感染從獾到海豹的一系列動物。其中牛結核桿菌通常在牛身上發現,但它也能傳染給人類。所以,生物學家一直認為,結核桿菌是大約在1萬年前農業興起后的一段時間,當我們的祖先將牛馴化之后,從牛跳到人上的。來自古人類遺骸的證據似乎支持這一觀點。歐洲已知的最古老的結核病例可追溯到大約7000年前;在埃及,可追溯到6500年前;在中國,可追溯到6000年前。這些時間點都在牛馴化之后。
牛結核病以及它在骨骼上留下的痕跡
然而,在2008年,一項研究對這個結論提出挑戰。美國的約翰·卡佩爾曼和他的同事聲稱,他們在更古老的人類——直立人——當中發現了結核病的證據。診斷古代骨骼和化石中的結核病有賴于識別身體的異常,如脊柱畸形、關節僵硬和頭骨凹陷,等等。卡佩爾曼聲稱,他們在土耳其出土的部分直立人頭骨上發現了這些跡象中的一個;而這些直立人中,生活年代離我們最近的,也在大約50萬年前。不過,鑒于該結論的不同尋常,以及診斷技術有一定的不確定性,大多數人對此持懷疑態度。
然而,對古代疾病的研究不需要僅僅依靠化石證據。遺傳學家也可以使用古代和現代的DNA來重建病原體的進化。2002年,法國巴斯德研究所的一項研究得出結論,人類結核桿菌比牛結核桿菌起源得更早,在大約300萬年前就進化出來了,遠在牛被馴化之前。十年后,瑞士科學家在分析了259個品種的結核桿菌基因組后,也得出結論:人類結核桿菌至少在7萬年前就出現了——也在牛被馴化之前。
這一切表明,卡佩爾曼可能是對的。
人類結核病的出現在牛被馴化之前
由于所有遺傳學證據都指向結核病可能出現在人類馴化牛之前,這刺激考古學家去尋找化石中的更多證據。這個時候,一個新的古人類遺骸證據出現了。
賈德-埃爾-穆加拉是敘利亞北部的一個遺址,從大約1.13萬年前開始,人類在此居住了幾千年。人們從一開始就在那里從事原始農業。該遺址還有已知最早的馴化似牛動物的證據,不過這種動物現在已經滅絕。
在許多世紀里,這里的房屋不斷在原來塌毀的房屋的基礎上重建,鑒于石器時代生活在該地區的人們經常把死者埋在他們房子的下面,考古學家在那里發掘出許多古人類遺骸也就不奇怪了。他們檢查了130具骨骼,發現10具存在感染結核病的跡象,其中7人生活在馴化牛的過渡時期,1人生活在馴化牛之前。
在敘利亞的另一處遺址上,考古學家也發現了一具有感染結核病跡象的骨骼,年代可追溯到牛被馴化之前。其他研究人員在一位母親和她的嬰兒的遺骸中也發現了結核病的遺傳證據,他們在人類馴化牛之前生活在今天的以色列地區。
人口密度高助長了結核桿菌的毒性
骨骼和遺傳學證據的結合是令人信服的。現在研究人員普遍認為,我們不是從牛那里感染結核病的,這種病伴隨人類的歷史之久,超乎我們的想象。我們沒能在化石記錄中清楚地看到這一點,一個原因是發掘出的人類遺骸太少;另一個原因是,在結核病患者中,僅有5%的人會在骨骼上留下痕跡,換句話說,大部分患者都不會留下痕跡。
現在認為,結核病起源于非洲的早期直立人,并隨著現代智人的遷徙而擴散到全世界。今天,人類的結核桿菌主要有7個品系,每個品系都在一個特定的地理位置流行。其中,1、5和6號品系是最古老的,可能起源于非洲東部或西部。其他品系大約在6.7萬年前出現,并與人類共同進化,適應了世界各地的不同環境。農業的出現進一步促進了結核病的傳播——這倒不是說來自牲畜的感染,而是農業使人口的規模和密度增長的結果。
這也是結核病能進化成致命疾病的原因。我們可以在亞洲清楚地看到這一點。古生物學和遺傳學證據表明,隨著現代智人在亞洲的擴張,2號品系在大約4萬年前出現在亞洲,然后在大約1萬年前農業開始時它的毒性增強。在中國,2號品系的北京菌種尤為致命。
人口密度高為什么能推動病原體的毒性增強呢?道理很簡單。當人口密度低時,由于人與人接觸少,毒性強的菌株會隨著感染者的死亡而消滅;可是當人口密度大的時候,它們還沒等感染者死亡,就已經找到下一家宿主了,因此就會繼續傳播出去。這也可以解釋,為什么結核桿菌在最近幾十年里變得耐藥了。
在全球范圍內,結核桿菌的遺傳多樣性是結核病難以對付的主要原因。結核桿菌在與人類共同進化的過程中,不同的品系適應了不同環境中的人群。這就是為什么卡介疫苗在一些地方不是很有效的原因。然而,遺傳學關于突變如何影響其傳播的研究,對于我們防治結核病,是非常寶貴的信息。
總之,對結核病這一古老殺手的起源的深入了解,有望幫助我們最終贏得這場戰爭。
結核病的跨大西洋傳播
我們現在知道,人類并不是從牛身上得到結核病的。然而,事實證明,將結核病帶到美洲,可能是動物所為。
2014年,德國科學家分析了從在秘魯發現的三具1000年前的人類骨骼中提取的結核桿菌基因組。通過將這些結核桿菌與現代結核病菌株進行比較,他們計算出美洲所有結核桿菌的最近的共同祖先出現在距今6000年前以后的某個時間。
距今6000年前以后,連接現在的西伯利亞和阿拉斯加的陸橋已經消失——人類正是通過這座陸橋首次進入美洲的。一般認為,陸橋消失后,美洲要到500多年前哥倫布發現了新大陸,才迎來新的一批歐亞人,所以1000年前的結核桿菌不可能是由人類帶過去的。事實上,研究人員還發現,美洲1000年前的結核桿菌菌株與今天感染人類的任何結核桿菌都不同。相反,它們與在海豹和海獅身上發現的品種最為相似。這表明是海洋哺乳動物將結核病帶到美洲,然后再傳給當地的美洲土著的。
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