當一個人潛入水中時，身體會在幾秒鐘內開始反射性地調整。心率減慢；四肢的血管收縮，將血液流動轉移到重要器官。而且，至關重要的是，脾臟收縮，將珍貴的含氧紅細胞儲備釋放到血液中。所有這些都會延長我們不用喘氣的時間。
現在，一項新的研究表明，一些航海民族可能已經進化了數千年，以進一步突破典型的潛水反應的極限。一項國際研究團隊的分析顯示，基因變化使東南亞的一個人口群體能夠生長出更大的脾臟，這可能會增強他們的憋氣能力。一些科學家將這些進化適應性比作使藏族人在高海拔地區繁榮發展的適應性。
這項新研究涉及那些通常在當地被稱為“海上游牧民族”的人，他們生活在東南亞的島嶼和海岸線上。“傳統上，他們住在船屋上，只是偶爾上岸，”猶他大學的博士後研究員、該研究的第一作者梅麗莎·伊拉多說。“他們以其驚人的潛水能力以及與海洋的聯絡而聞名。我和他們一起潛水，他們的能力真是令人難以置信。”
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在巴瑤人（一群生活在菲律賓、馬來西亞和印度尼西亞之間及周圍水域的船屋上的人）中，有記錄顯示潛水員在捕魚或捕撈貝類時可以屏住呼吸超過五分鐘。相比之下，普通人可能可以在水下停留一到兩分鐘，而世界級的自由潛水員在比賽環境中可以屏住呼吸長達三分鐘或接近四分半鐘。
此前，一個為BBC紀錄片系列《人類星球》拍攝的攝製組記錄了一位巴瑤獵人在潛水時的情景，並注意到他的心率驟降至每分鐘僅30次。（在大多數人身上，潛水反射只會將健康成人的心率降至每分鐘50次左右。）“據觀察，他們只帶著配重帶和一副護目鏡就潛入70多米深的地方，”伊拉多說。“如果他們只是在10米深的地方收集貝類，他們可以整天進行這些淺潛。我們有一次在潛水，（一位巴瑤朋友）向下看，看到一個大蛤。他瞬間又下降了15米，抓住了它。這真是太了不起了。”
伊拉多是一位進化遺傳學家，她想知道巴瑤人的能力是源於自出生起就接受訓練，還是在幾代海洋生活後進化成頂尖潛水員。因此，她要求巴瑤人以及在基因上相似的農民群體薩魯安人允許她對其基因組進行測序並測量他們的脾臟大小。更大的脾臟可能會儲存更多的含氧紅細胞，從而使潛水員在水下停留更長時間。“我有一臺行動式超聲波機。我把它帶到村莊，人們會過來讓我測量他們的脾臟，”她說。43名巴瑤人和33名薩魯安人參與了這項研究，該研究於週四發表在《細胞》雜誌上。
加州大學伯克利分校的計算生物學家、該研究的資深作者拉斯穆斯·尼爾森說，巴瑤人的脾臟明顯比非潛水員薩魯安人的脾臟大。“我們發現巴瑤人的脾臟大小大了50%，”他說。但他指出，在巴瑤人自己中，潛水員的脾臟只比那些避免傳統潛水生活方式的人略大（大約大10%）。這一令人驚訝的發現提出了一個可能性，即巴瑤人脾臟增大的原因是基因，而不是來自一生的水下訓練。
接下來，研究人員在巴瑤人的基因組中搜尋了自然選擇的跡象，並發現了25個似乎該人群特有的基因變異。當伊拉多和同事們交叉引用所涉及的基因的作用時，他們發現其中一些似乎與屏住呼吸和缺氧有關。“當我們看到所有這些受到選擇的基因都具有潛在的潛水相關性時，真是太激動了，”伊拉多說。
該團隊識別出的基因之一名為PDE10A。“我們知道該基因控制甲狀腺激素水平，我們也知道它控制脾臟大小，”尼爾森說。略低於一半的巴瑤人攜帶與較大脾臟相關的該基因版本，而薩魯安人和漢族人（選擇該人群進行比較是因為他們與這兩個群體都沒有密切關係）的這一比例分別為6%和3%，他說。分析表明在巴瑤人中進化的另外兩個基因是BDKRB2，它控制四肢的血管收縮，以及FAM178B，它有助於調節血液中的二氧化碳平衡。根據研究人員的說法，兩者對於水下的氧氣儲存和憋氣能力都很重要。
芝加哥大學的人口遺傳學家安娜·迪·裡恩佐（她沒有參與這項研究）表示，這項新研究提供了一個人類基因多樣性和適應水下環境的驚人例子。“這顯然是一項非常龐大的工作，一項非常重要的工作，”她說。“我認為這是一個關於生活在非常不同和極端環境中的人口的非常有趣的故事。”
但迪·裡恩佐說，研究人員需要進行廣泛的後續工作，以瞭解該團隊識別出的25個基因變異在巴瑤人中是如何發揮不同作用的。他們仍然“需要更精確地弄清楚他們提出的基因實際上如何影響生理機能，以及如何實際影響進行這些潛水的能力，”她說。目前，伊拉多和她的同事只知道這些基因在巴瑤人中是不同的。目前尚不清楚這些基因中的大多數實際上會做什麼來賦予潛水優勢。
該研究的一部分將需要返回巴瑤人和薩魯安人社群，並收集除脾臟大小之外的更多生理測量資料，例如血液中的二氧化碳和氧氣水平，凱斯西儲大學的進化人類學家辛西婭·比爾（她沒有參與這項研究）說。“他們的假設作為開始是合理的，但在講述所有這些生物學故事之前，有一些資料是可以獲得的，”比爾說。“例如，他們在一次平均潛水過程中血氧飽和度是如何下降的？他們的心率是多少？”這些資料將有助於顯示巴瑤潛水員在狩獵時身體承受的壓力有多大，並可能闡明他們特化的基因如何轉化為水下能力。
伊拉多和尼爾森對此表示同意，並計劃返回印度尼西亞繼續研究巴瑤人。他們說，最終，這項工作可能有助於揭示關於不同人如何對缺氧做出反應的新線索，這在手術等醫療環境中是至關重要的知識。