这个问题可以改述为:“身高变异(个体之间的差异)有多少归因于遗传因素,又有多少归因于营养因素?” 对此问题的简短回答是,个体之间身高差异的大约 60% 到 80% 由遗传因素决定,而 20% 到 40% 可以归因于环境因素,主要是营养。这个答案是基于对人类身高“遗传力”的估计:即身高总变异中由遗传因素引起的比例。
人类身高是一个定量的或度量的性状,即用数量来衡量的特征,并受多个基因和环境因素控制。许多研究已经估计了人类身高的遗传力。通常,这些研究通过估计亲属之间相似程度来确定遗传力。可以通过关联亲属(双胞胎、兄弟姐妹、父母和子女)之间的遗传相似性与他们身高上的相似性,来区分遗传效应和环境效应。为了准确衡量亲属之间遗传的相似程度,可以测量他们共享的遗传标记的数量。例如,澳大利亚昆士兰医学研究所的彼得·M·维斯彻最近报告称,基于 3,375 对澳大利亚双胞胎和兄弟姐妹的研究,身高的遗传力为 80%。这个估计被认为是公正的,因为它基于大量的双胞胎和兄弟姐妹以及对遗传标记的广泛调查。在美国,白人男性的身高遗传力估计为 80%。另一项对 8,798 对芬兰双胞胎的研究有力地支持了这些估计,其中男性遗传力为 78%,女性为 75%。其他研究表明,白人身高的遗传力甚至高于 80%。
然而,由于不同种族人群具有不同的遗传背景,并且生活在不同的环境中,因此身高遗传力可能因人群而异,甚至因男性和女性而异。在亚洲人群中,身高的遗传力远低于 80%。例如,2004 年,中国湖南师范大学的李淼鑫和他的同事基于 385 个中国家庭的人群,估计身高遗传力为 65%。在非洲人群中,身高遗传力也较低:根据 D. F. 罗伯茨(当时在英国纽卡斯尔大学)及其同事 1978 年对西非人群的研究,遗传力为 65%。遗传力的这种多样性主要是由于种族群体不同的遗传背景以及他们所经历的不同环境(气候、饮食习惯和生活方式)造成的。
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遗传力使我们能够检查遗传学如何直接影响个人的身高。例如,一个白人男性群体具有 80% 的遗传力,平均身高为 178 厘米(约五英尺十英寸)。如果我们在街上遇到一位身高 183 厘米(六英尺)的白人男性,遗传力会告诉我们,他额外身高中有多少是由遗传变异引起的,又有多少是由他的环境(饮食习惯和生活方式)造成的。这个人比平均身高高出五厘米。因此,额外五厘米的 80%,即四厘米,是由遗传变异引起的,而一厘米是由环境因素(如营养)引起的。
如果父母的身高已知,遗传力也可以用来预测个人的身高。例如,假设一位身高 175 厘米的男性与一位身高 165 厘米的女性结婚,并且两人都来自中国人,该人群中男性的平均身高为 170 厘米,女性为 160 厘米。我们可以预测他们孩子的身高,假设在该人群中,男性的遗传力为 65%,女性为 60%。对于儿子,与人群平均身高的预期身高差异为:0.65 x [(175 - 170) + (165 - 160)] / 2,等于 3.25 厘米;对于女儿,差异为 0.6 x [(175 - 170) + (165 - 160)] / 2,等于 3 厘米。因此,儿子的预期身高为 170 + 3.2,即 173.2 厘米,女儿的预期身高为 160 + 3,即 163 厘米。另一方面,环境效应可以使儿子的身高增加 1.75 厘米:0.35 x [(175 - 170) + (165 - 160)] / 2,女儿的身高增加 2 厘米:0.4 x [(175 - 170) + (165 - 160)] / 2。当然,这些预测仅反映了两个兄弟姐妹(兄弟和姐妹)各自的平均预期身高;实际观察到的身高可能会有所不同。
从这些计算中,我们意识到,对于这个中国人群中的特定后代身高,环境(主要是营养)只能改变大约 2 厘米。这是否意味着无论孩子的环境发生什么变化,身高永远不会改变超过这个幅度?特殊治疗和营养补充剂能否进一步增加身高?答案是肯定的。最终身高最重要的营养素是儿童时期的蛋白质。矿物质,特别是钙,以及维生素 A 和 D 也影响身高。因此,儿童时期的营养不良对身高有害。一般来说,男孩将在十几岁晚期达到最大身高,而女孩将在十几岁中期左右达到最大身高。因此,青春期前的充足营养对于身高至关重要。
此外,虽然儿童时期的疾病会抑制最终身高,但人类生长激素治疗可以补救这种生长缺陷。然而,通过这种治疗或特殊补充剂加速的身高无法根据遗传力来预测。原因有二:首先,遗传力尚未在生长激素治疗人群中进行估计。其次,基因和生长激素可以协同相互作用以影响身高,即它们的效果可能不仅仅是彼此相加,而是可能会放大最终效果。
然而,问题仍然存在,为什么具有相似遗传背景的不同人群可能具有不同的遗传力。答案当然是环境效应。当给定的环境最大限度地发挥人群对于给定性状的遗传潜力时,该人群往往对于该性状具有较高的遗传力,反之亦然。在发达国家,儿童发育期的营养充足,这最大限度地发挥了身高的遗传潜力,假设没有选择或新的突变。因此,总体遗传力估计值往往较高,即 80%。相比之下,在发展中国家,营养缺乏导致遗传力较低。美国人口的平均身高在过去十年中几乎停滞不前这一事实表明,营养环境几乎已经最大限度地发挥了身高的遗传潜力,至少在这个国家是这样。其他地方营养的改善可能在身高方面具有类似的好处。
赖朝强博士以个人身份撰写了这篇文章,所表达的观点不一定代表美国农业部农业研究署的观点。