乍一看，非洲象和我们人类似乎没有什么共同之处。我们用两条腿支撑约 70-80 公斤的体重，而它们用四条腿支撑约四到六吨的重量。我们用对生拇指抓握物体，而它们使用象鼻。我们需要斧头和链锯才能砍倒一棵树，但它们只需要用头即可。然而，在这些差异中，也存在共同点。我们都是长寿的动物，拥有丰富的社交生活。而且我们都有非常非常大的大脑（嗯，大部分情况下）。
但所有这些智慧都不是免费的。大脑是耗能器官，需要大量能量。面对相似的燃料需求，人类和大象在我们线粒体——为细胞提供能量的微小“发电厂”——中的一组基因上发展出了相似的适应性。这些基因是“耗氧能量代谢（AEM）”基因——它们控制线粒体在氧气存在的情况下如何代谢食物中的营养物质。
我们早已知道，自我们的祖先与猿猴分化以来，AEM 基因的进化就大大加速了。当其他突变正在重塑我们的大脑和神经系统时，这些改变的 AEM 基因帮助为我们不断增长的皮层提供了急需的能量。
现在，韦恩州立大学的莫里斯·古德曼发现了证据，表明在现代大象的进化中也发生了同样的事情。这也很幸运——我们的大脑消耗了我们总氧气需求的五分之一，但大象的大脑需求更大。它是所有陆地哺乳动物中最大的，是我们自己的四倍大小，并且需要四倍的氧气。
古德曼直到最近才有能力进行这项发现的工具——包括刺猬鼩鼱（*Echinops telfairi*）在内的多种奇异哺乳动物的完整基因组序列。顾名思义，刺猬鼩鼱看起来像刺猬，但它实际上与大象的关系更近。这两个物种都属于一个称为非洲兽总目的主要哺乳动物群体，该群体还包括土豚和海牛。
古德曼比较了包括人类、大象、刺猬鼩鼱和其他八种哺乳动物在内的 15 个物种的基因组，并寻找适应性进化的遗传信号。遗传密码是这样的：一个基因可以积累许多变化，而这些变化实际上并不影响它编码的蛋白质的结构。这些被称为“同义突变”，实际上是沉默的。然而，一些遗传变化会改变蛋白质结构，这些“非同义突变”更重要，也更具戏剧性，因为即使是蛋白质形状的微小调整也会大大改变其有效性。非同义突变与同义突变的高比例是基因成为自然选择目标的明确标志。
果然，与刺猬鼩鼱相比，大象具有两倍以上具有高比例非同义突变与同义突变比例的基因，尤其是在线粒体中使用的 AEM 基因中。同样，与小鼠（与我们的亲缘关系和刺猬鼩鼱与大象的亲缘关系一样近）相比，人类拥有更多的此类基因。
这些变化是在突变率较低的背景下发生的，而不是更高的突变率。我们的谱系和大象的谱系在蛋白质编码基因方面的进化速度较慢，这可能是因为我们的寿命和繁殖周期有所增加。古德曼推测，在较低的突变率下，我们每次复制 DNA 时都不太容易出现代价高昂的 DNA 故障。
总的来说，他的结论很明确——在拥有更大体型大脑的动物中，与我们这些大脑较小的近亲相比，一组 AEM 基因经历了一次加速的进化爆发。我们六个似乎受到自然选择强烈影响的 AEM 基因，甚至在大象中也有对应基因经历了相同的过程。
当然，人类和大象比小鼠和刺猬鼩鼱大得多。但我们的遗传遗产不仅仅是我们体型更大的反映，因为古德曼证实，在牛和狗等动物中，AEM 基因并未经历类似的进化飞跃。
古德曼的下一个挑战是了解替换的氨基酸对我们和大象产生了什么影响，以及它们是否使我们的大脑在产生耗氧能量方面更加高效。他还想更好地理解在进化过程中塑造了人类和大象大脑趋同进化的特定基因。随着越来越多的哺乳动物基因组被公布，这项任务肯定会变得更加容易。
参考文献：PNAS doi:10.1073/pnas.0911239106
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