铅中毒有助于创造人类吗？令人震惊的研究表明，它可能塑造了我们的大脑和语言
信息图显示了现代人类与我们的祖先的铅暴露情况;如何分析本研究的牙齿化石和脑组织;现代 NOVA1 基因如何保护现代人类免受铅的不良影响。图片来源：J Gregory，西奈山卫生系统
（化石网cnfossil.com）据今日科学新闻：几十年来，铅的故事一直是现代污染的故事之一——进步的悲惨副产品。从含铅汽油到受污染的油漆，这种金属长期以来一直被视为人类工业鲁莽的象征。但发表在《科学进展》上的一项开创性新研究打破了这一假设，揭示了我们与铅的纠缠不是可以追溯到几个世纪前，而是可以追溯到数百万年前。
据一个国际科学家团队称，早期人类祖先在两百万多年来定期接触铅。这种与有毒金属的古老接触可能影响了我们大脑的进化、行为，甚至语言本身的出现。
这是一个令人震惊的启示：人类已知的最危险的神经毒素之一也可能是一种塑造人类意义的无形力量。
改写历史的发现
这项研究由澳大利亚南十字星大学、纽约西奈山伊坎医学院和加州大学圣地亚哥分校的科学家领导，以前所未有的方式将化石化学、进化遗传学和神经科学结合起来。通过检查古代原始人类的 51 颗牙齿化石——包括非洲南方古猿、罗布斯图斯帕兰特罗普斯、早期人、尼安德特人和智人——该团队发现了保存了亿万年的铅暴露的微观痕迹。
科学家们利用高精度激光消融地球化学技术，确定了牙齿中的“铅带”——童年时期形成的独特化学层。这些带不是随机的;他们揭示了反复暴露的事件，可能来自受污染的水、火山尘埃或土壤等环境来源。在某些情况下，暴露也可能来自身体自身的骨骼，在压力或生病期间释放储存的铅。
“我们的数据表明，铅暴露不仅仅是工业革命的产物，它是我们进化景观的一部分，”南十字星大学地质考古学和考古测量研究小组负责人 Renaud Joannes-Boyau 教授说。“我们祖先的大脑是在一种强效有毒金属的影响下发育的，这可能在数千年来塑造了他们的社会行为和认知能力。”
这一发现推翻了一个根深蒂固的假设——有毒金属暴露是一种纯粹的现代现象。相反，它似乎是一条贯穿人类进化结构的线。
在早年生活的景观中发挥领导作用
要想象这种古老的暴露是什么样子，人们必须回到数百万年前的非洲稀树草原，早期原始人类在那里觅食、狩猎并制造了他们的第一批工具。这些环境是动态的，而且往往很恶劣。火山喷发喷出富含重金属的火山灰，河流侵蚀富含矿物质的岩石，自然沙尘暴将有毒颗粒席卷到广阔的平原上。
牙齿和骨骼都在生长的儿童尤其容易受到伤害。珐琅质化石中捕获的化学特征表明，这些暴露是反复发生的——也许是季节性的，或者是在干旱或迁徙期间，原始人类可能转向受污染的水源。
与当今的工业污染不同，这些暴露是自然本身的一部分，但它们会带来持久的生物学后果。几代人以来，这种压力可能微妙地影响了哪些遗传变异蓬勃发展，哪些遗传变异动摇了。
从化石到功能：追踪铅在大脑中的印记
该团队并没有止步于化石记录。为了了解铅如何影响大脑发育，他们求助于现代生物学中最引人注目的工具之一：脑类器官。
大脑类器官是微小的实验室培养模型，模仿大脑形成的早期阶段。使用这项技术，研究人员比较了铅对携带 NOVA1 基因的两个版本的类器官的影响——一个是现代人类版本，另一个是在尼安德特人和其他已灭绝的亲属中发现的。
该团队使用人脑类器官（微型实验室培养的大脑模型），比较了铅对一种名为 NOVA1 的关键发育基因的两个版本的影响，该基因已知在神经发育过程中在铅暴露时协调基因表达。现代人类版本的 NOVA1 与尼安德特人和其他已灭绝原始人类中发现的版本不同。图片来源：加州大学圣地亚哥分校
结果是惊人的。当具有古老 NOVA1 变体的类器官暴露于铅时，它们表现出表达 FOXP2 的神经元活动的显着破坏，FOXP2 是一种对言语和语言发育至关重要的基因。这些破坏在具有现代人类 NOVA1 基因的类器官中要不那么明显。
加州大学圣地亚哥分校桑福德干细胞研究所所长 Alysson Muotri 教授说：“这是一个非凡的例子，说明环境压力（在本例中为铅毒性）如何推动基因变化，从而提高生存率和我们的沟通能力。
换句话说，铅暴露可能起到了进化过滤器的作用——有利于遗传变异，以防止其神经毒性作用，并在此过程中推动大脑的弹性和交流能力更强。
语言联系：FOXP2 和人类之声
在所有与人类独特性相关的基因中，FOXP2 脱颖而出。它有时被称为“语言基因”，在语音和语言处理神经回路的发育中发挥着核心作用。
古代铅暴露破坏了类似尼安德特人大脑模型中 FOXP2 表达的发现非常有趣。这种神经毒素是否间接影响了人类言语和交流的微调？
Muotri 教授和他的同事认为这是可能的。“我们的 NOVA1 变体可能提供了针对铅有害神经影响的保护，”他解释道。“这种保护可以提高神经稳定性和形成复杂通信网络的能力——这些优势将产生深远的进化后果。”
这种微妙的优势在数千代人中被放大，可能有助于解释为什么智人最终在竞争中击败了他们的尼安德特人表亲。虽然尼安德特人聪明且足智多谋，但微小的生物脆弱性——例如对毒素的敏感性增加——可能会使天平向有利于我们祖先的方向倾斜。
压力下的进化
进化往往在逆境中发挥作用。每个物种都面临着环境挑战——疾病、气候、稀缺或毒素——这些挑战塑造了它的遗传轨迹。这项新研究表明，铅就是这样一种力量，一种无形但强大的媒介，塑造了我们的神经生物学。
该研究的遗传和蛋白质组学分析表明，铅暴露会影响大脑发育、社会行为和沟通的途径。人类基因组携带着可能为应对这些压力而产生的修饰，这一事实提醒人们进化与环境的交错是多么深。
正如西奈山的 Manish Arora 教授所说，“这项研究显示了我们的环境暴露如何塑造了我们的进化。从物种间竞争的角度来看，有毒物质暴露可以提供整体生存优势的观察结果为环境医学提供了新的范式。
换句话说，在某些情况下，不会杀死一个物种的东西可以使其更具适应性。
尼安德特人、铅和心灵的脆弱性
尼安德特人与现代人类之间的比较是生物学中最引人注目的故事之一。这两个物种共享大部分 DNA，并并肩生活了数千年。然而，当人类在全球范围内扩张时，尼安德特人却在大约 40,000 年前消失了。
新发现为这个难题增添了一块挑衅性的部分。如果尼安德特人的大脑更容易受到铅的神经影响——更容易受到沟通相关基因的破坏——那么与早期现代人类相比，他们复杂的语言、合作或学习能力可能会受到微妙的损害。
这种差异不会是巨大的，但进化往往取决于最小的优势。在协调狩猎、分享想法或教导后代方面稍有更好的能力可能会在快速变化的冰河时代世界中发挥重要作用。
现代世界的教训
尽管工业时代放大了我们接触铅的机会，但这项研究强调了一个发人深省的事实：我们与毒素的关系由来已久。数百万年来，铅一直是我们生物故事的一部分，不仅塑造了我们的脆弱性，还塑造了我们的复原力。
然而，今天，铅暴露仍然是最普遍的公共卫生威胁之一，尤其是对儿童而言。这种金属会损害发育中的大脑，导致学习困难、行为问题和终生后果。即使是低水平的暴露也可能有害。
具有讽刺意味的是，我们的祖先可能已经进化出对铅的部分抵抗力，但我们的现代生活方式却以比以往任何时候都更集中的形式重新引入了铅。曾经是零星的自然灾害，现在变成了慢性的、人为的。
Joannes-Boyau 教授反思了这种连续性：“我们的工作不仅改写了铅暴露的历史，还提醒我们，我们的基因与环境之间的相互作用已经塑造了我们的物种数百万年，并将继续如此。
重新构想进化与环境
这项研究的影响远远超出了铅本身。它们挑战我们重新思考进化论，将其视为生命与其环境之间持续的对话——一种用 DNA 写成的对话，代代相传，并受到从饮食到疾病再到毒素等各种事物的影响。
如果铅可以影响人类思维的发展，那么还有哪些环境力量以看不见的方式塑造了我们的进化？这项研究为一个新的研究领域——进化暴露学——打开了大门，科学家们探索长期接触环境化学物质如何指导地球上的生命进程。
使我们成为人类的毒药
以一种奇怪、自相矛盾的方式，铅——今天毒害供水并蒙上儿童未来阴影的金属——可能在塑造我们方面发挥了隐藏的作用。它可能促使我们祖先的大脑适应，我们的基因进化，我们的物种摆脱灭绝。
这并没有降低铅的危险性;相反，它揭示了生活对困难的适应程度。进化不是温和的。这是一个将痛苦转化为生存的过程，将毒药转化为进步的催化剂。
那些曾经沉寂在古老土壤中的化石，如今却诉说着一个既悲壮又令人敬畏的故事——一个关于奋斗、适应和不屈不挠的生命意志的故事。
故事还在继续
随着科学家们继续探索我们进化历史的分子回声，一个事实变得清晰起来：人类的旅程不仅仅是关于智力或技术，而是关于复原力。在许多方面，我们都是环境的孩子——由我们呼吸的空气、我们吃的食物，甚至是曾经威胁要毁灭我们的毒素所塑造。
在每一颗带有古老铅痕迹的牙齿中，在每一个低语生存的基因中，都蕴藏着相同的信息：人类的故事不仅仅是关于战胜自然——它是关于忍受它、从中学习并被它永远改变。
曾经毒害我们祖先的金属可能也激发了我们今天的辉煌——思考、沟通和反思我们自己非凡历史的能力。从这个意义上说，铅的故事不仅仅是毒素的故事。这是一个关于生命将逆境转化为进化的非凡力量的故事。
更多信息：间歇性铅暴露对原始人类大脑进化的影响，科学进展（2025 年）。DOI：10.1126/sciadv.adr1524
