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人为何无法合成维生素C?为了对抗寄生虫,在进化中丢失了该能力

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在大航海时代,有一种疾病曾经夺去了无数水手的生命,它就是坏血病。

这是一种因为长期单一饮食,导致维生素C缺乏而引起的一种致命疾病。纵观整个动物界,饮食缺乏多样性的动物很多,其中很大一部分的动物食谱中根本就没有含维生素C的食物,为什么就不会受到坏血病的困扰呢?这是因为合成维生素C是大多数动物都拥有的一种基本能力,所以它们并不需要依靠饮食来获取维生素C。其实人类最初也是拥有这种能力的,为什么后来会在进化的过程中失去呢?



生物会在进化的过程中通过随机的基因突变而产生或丢失某些特征,如果这些新增或丢失的特征能够给生物带来明显的生存优势,那么则会在自然选择的过程中被保留下来。

大约在6000万年以前,人类祖先的体内就发生了这样一次随机突变,负责制造合成维生素C的关键基因GULO突然失活,从此人类便失去了自身合成维生素C的能力。但这怎么能算是一种生存优势呢?很长一段时间以来,科学家们也弄不清楚个中原因,只得将其视为一个进化中无关紧要的偶然事件。



不久之前,德克萨斯大学西南医学中心的米哈利斯·阿加索克来乌斯团队在研究造血干细胞时意外发现,寄生虫在进化史上也曾多次丢失了合成维生素C的能力,这一研究发现给了人类合成维生素C能力丢失一个合理的解释。

由于寄生虫丢失了合成维生素C的能力,所以它们只能从宿主身上获取维生素C,如果宿主自身也丢失掉合成维生素C的能力,就能够有效防御寄生虫,从而给自身带来生存优势。根据这一猜想,研究人员在培养皿中向曼氏血吸虫添加维生素C,结果虫卵产量显著增加,这说明寄生虫需要获取足量的维生素C才能完成繁殖周期。



为了进一步验证猜想,研究人员还开展了小鼠实验。

研究团队通过基因工程去除了小鼠体内的GULO酶基因,使它们像人类一样无法合成维生素C,并且给这些改造后的小鼠喂食低维生素C饮食,之后让它们与正常小鼠一起感染曼氏血吸虫。不久之后,正常小鼠的肝脏和脾脏严重肿大,大量的寄生虫卵在体内引发了严重的炎症反应,死亡率居高不下。



但经过改造后的小鼠就是另外一番景象了。

寄生虫虽然能够在这些改造小鼠的体内正常生长,但却无法产下成熟的虫卵,这不仅避免了宿主因为致命的炎症反应而死亡,还避免了虫卵通过粪便排出继续传播给下一个宿主。进一步研究显示,缺乏维生素C之所以能够对抗寄生虫,是因为血吸虫需要利用宿主来源的维生素C作为赖氨酸去甲基化酶的辅因子,这对于虫卵成熟具有至关重要的作用。显然,合成维生素C能力的丧失能够使宿主在对抗寄生虫方面产生明显的生存优势。



其实,人类并不是唯一丢失合成维生素C能力的生物。

的确,大多数的哺乳动物都是能够依靠GULO酶在肝脏中将葡萄糖转化为抗坏血酸的,但有两类动物例外,一是灵长类动物,二是豚鼠。豚鼠生活在南美洲植物丰富的环境中,面临着巨大的寄生虫压力,所以产生了类似的进化也就十分合理。当然,失去合成维生素C的能力也会带来一些生存劣势,比如坏血病,但相比需要一至三个月才能出现早期症状的坏血病来说,寄生虫感染会在数周内就要了宿主的命,所以这种进化是自然在衡量利弊得失后做出的选择。

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