科学家发现铅与人类进化之间存在意想不到的联系

这项发表在《科学进展》上的研究，还为现代人最终超越尼安德特人提供了新视角。实验室培养的含尼安德特人基因变体的大脑类器官，比含人类基因的类器官对铅的反应更强烈，这暗示尼安德特人可能更易受到铅的神经影响。
澳大利亚南十字星大学地质考古与考古计量学研究组（GARG）、美国纽约西奈山伊坎医学院环境医学系以及美国加州大学圣地亚哥分校医学院的研究人员，结合化石化学、大脑类器官实验和进化遗传学，揭示了铅在古人类历史中的作用。
化石牙齿中的古代铅暴露证据
多年来，人们认为铅中毒与人类工业活动密切相关，包括冶炼、采矿以及含铅汽油和油漆的使用。但当研究人员分析了51颗来自多种古人类和类人猿的化石牙齿（包括非洲南方古猿、粗壮傍人、早期智人、尼安德特人和现代人）后，这一观点发生了改变。这些牙齿显示出近200万年来间歇性铅暴露的清晰化学痕迹。
在南十字星大学GARG实验室（位于澳大利亚新南威尔士州利斯莫尔）和西奈山暴露组学实验室进行的高精度激光剥蚀地球化学分析发现，牙釉质和牙本质中存在明显的“铅带”。这些铅带形成于童年时期，表明铅摄入来自环境（如受污染的水、土壤或火山活动）或身体骨骼中储存的铅在压力或疾病时释放，且这种摄入是周期性的。
“我们的数据表明，铅暴露并非只是工业革命的产物——它是我们进化环境的一部分。”南十字星大学GARG研究组负责人雷诺·乔安斯-博瓦教授说，“这意味着我们祖先的大脑是在一种强效有毒金属的影响下发育的，这可能在数千年中塑造了他们的社会行为和认知能力。”
铅如何影响早期大脑发育
为了解这种暴露的功能影响，研究团队研究了人类大脑类器官——它们是实验室培养的早期大脑发育简化模型。他们测试了铅如何影响一种名为NOVA1的关键发育基因的两个版本，该基因在神经发育过程中铅暴露情况下调控基因表达。现代人类的NOVA1版本与尼安德特人和其他已灭绝古人类的变体不同，尽管这种进化变化的原因此前尚不明确。
携带尼安德特人样NOVA1变体的类器官在接触铅时，皮质和丘脑中表达FOXP2的神经元出现严重紊乱。这些脑区对语言和言语发展至关重要。而携带现代人类NOVA1基因的类器官紊乱程度要低得多。
“这些结果表明，我们的NOVA1变体可能对铅的有害神经影响起到了保护作用。”加州大学圣地亚哥分校儿科/细胞与分子医学教授、圣地亚哥桑福德干细胞研究所综合空间干细胞轨道研究中心主任阿利松·穆特里教授说，“这是一个非凡的例子，说明环境压力（这里是铅中毒）如何驱动基因变化，从而提高生存能力和语言交流能力，但现在也影响我们对现代铅暴露的易感性。”
现代人类崛起的遗传洞察
研究中的遗传和蛋白质组学数据显示，具有古老基因变体的类器官在铅暴露下，扰乱了与神经发育、交流和社会行为相关的多个通路。FOXP2的紊乱尤其值得注意，因为FOXP2在言语和语言中的作用已得到充分证实。这些结果表明，环境毒素的长期压力可能促使现代人类和尼安德特人的认知和交流特征沿着不同的进化路径发展。
“这项研究展示了环境暴露如何塑造我们的进化。”环境医学教授兼副主席马尼什·阿罗拉教授说，“从物种间竞争的角度来看，有毒暴露可能提供整体生存优势的观察，为环境医学研究与环境暴露相关疾病的进化根源提供了新范式。”
古代铅暴露对今天的意义
尽管现代铅暴露主要与工业活动有关，但它仍然构成严重的健康威胁，尤其是对儿童。新发现表明，人类对铅的易感性可能深深植根于我们的进化历史，并由基因和环境条件的相互作用塑造。
“我们的工作不仅改写了铅暴露的历史，”乔安斯-博瓦教授补充道，“它还提醒我们，基因与环境的相互作用数百万年来一直在塑造我们的物种，并且仍在继续。”
该研究利用了来自非洲、亚洲、欧洲和大洋洲的化石牙齿，通过详细的地球化学图谱追踪童年时期的铅摄入事件。同时，使用含有现代或古老NOVA1基因的大脑类器官研究铅如何影响大脑发育，并特别关注FOXP2——一个语言中枢基因。结合遗传、转录组和蛋白质组分析，以全面了解铅如何影响古人类认知和社会行为的进化。