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灵长类动物中，只有人类的皮肤大部分裸露且呈不同的颜色。长期以来，地理学家和人类学家就认识到，各个土著族群的肤色并不是随意分布的。肤色较深的族群多数分布在赤道周围，较浅者则靠近极地区域。人们多年来普遍认为，肤色因进化变深是为了防止皮肤癌的发生，但是一系列的发现已引导我们构建一个新的框架去理解肤色演变的缘由。
人类从多毛到无毛
皮肤色素的进化与人类的无毛有关，理解二者的关系要追溯人类的历史。至少在700万年前，我们的祖先与最近的亲戚
黑猩猩分道扬镳，进化为类人猿这个独立的种属。由於黑猩猩的进化比人类缓慢，因此它们能够提供许多有关远古人类的解剖学和生理学情况的线索。黑猩猩的肤色很浅，身体大部分被毛发覆盖，幼年时脸部和手足部都呈浅红色，随著年龄的增长，这些部位因暴露於阳光下而颜色变深或生出斑点。几乎可以肯定，最早的人类也是浅肤色且身覆有毛发的，据推测是先有毛发的脱落，然后肤色随之改变。但这引发了一个问题：人类是什麼时候开始脱毛的呢？
原始人的遗骸（如著名的320万年前的Lucy遗骸）对於了解我们祖先的身体结构和生活方式提供了很好的线索。300多万前的Lucy和其他原始人的日常活动与今天非洲热带大草原的灵长类动物相似。每天在回到树上的安全处睡觉之前，他们大部分时间都是在方圆五、六公里的范围内找寻食物。
然而，大约在160万年前，有证据表明这种生活模式开始明显改变。著名的「Turkana男孩」遗骸（属ergaster智人），是一种长腿大步行走的两足生物，有可能长距离行走。这些更具活动力的原始人面临著如何降温以维持头部不致过热的问题。
英国利物浦约翰墨尔斯大学的Wheeler表示，这个问题可以通过增加汗腺和减少体毛来解决，而一旦脱除了大部分体毛，原始人类又面临一个挑战：保护皮肤免受阳光尤其是
紫外线的伤害。
皮肤遮光作用的形成
黑猩猩无毛部位的皮肤含有黑色素细胞，可以合成黑色素以吸收紫外线。当人类脱除掉绝大部分体毛以后，皮肤产生黑色素的功能就显得十分重要。黑色素是天然的遮光屏障，是一种有机大分子，具有在物理上和化学上防止紫外线损伤的双重作用，可以吸收紫外线，使之丧失能量，而且可以中和紫外线照射皮肤后产生的有害化学
自由基。
人类学家和生物学家普遍认为，热带地区人们皮肤黑色素含量很高是为了防止皮肤癌。例如：美国加州大学旧金山分校的E.Cleaver表示，黑色素细胞被破坏的著色干皮病患者，日晒后
鳞状细胞癌和基底细胞癌的患病率显著增加，这两种疾病通常不难治疗。恶性黑素瘤是一种更加致命的疾病，但发病率仅占皮肤癌的 4%，并且主要危害浅肤色人群。所有皮肤癌的发病都比较迟，大部分病人的发病是在第一次生育以后，所以对肤色进化仅仅是为了保护皮肤的解释并不能充分说明人类肤色变深的原因。因此我们开始提出疑问：人类进化过程中，黑色素的作用究竟是什麼？
人体中的叶酸
1991年，本文作者之一Joblonski偶然发现了一篇1978年发表的文章，作者是Richanl F.Branda和John W Eaton，他们现在分别在佛蒙特大学和路易丝维尔大学工作。这些研究者发现，那些暴露於强烈日光下的受试浅肤色人群，其血液中基本
B族维生素叶酸的含量呈反常的低水平。他们还观察到，把人的血清置於类似的环境中，叶酸在1小时内会有50%的损失。
我们了解到，西澳大利亚（Western Austrilia）大学的同事正在从事生育缺陷的主要类别方面的研究。那麼，我们的上述发现对於人类生育（并由此进化）的意义就明朗起来了。20世纪 80年代后期，Fiana J.Stanley和Carol Bower已经证实，妊娠妇女叶酸缺乏会增加婴儿神经缺陷的风险，如脊柱裂、椎弓不能完全包绕脊髓等。全世界许多研究小组都曾证实了二者的关联，所以人们尽量进补含有叶酸的食物，并就这种营养物质的重要性对妇女进行了广泛的教育。
在那之后不久，我们发现叶酸不仅导致神经管缺陷，而且在其他很多方面都很重要。因为叶酸是细胞有丝分裂时合成DNA的必需要叶酸。经化学诱导叶酸缺乏的雄鼠，其精子产生减少而且没有生殖能力。尽管没有做类似的人体实验，但荷兰Nijmegen医学中心的学者最近报道，叶酸治疗能够提高生育有问题的男性的精子数量。
以这些发现为指导，我们提出假设：肤色变深的进化是为了使体内贮存的叶酸免受破坏。我们的想法得到了阿根廷
儿科医生Pablo Lapunzina於1996年发表的一篇文章的支持。他发现三位年轻健康的妇女在妊娠早期接受日光照射而晒黑后，生出了神经管缺陷的婴儿。这些光照后叶酸被破坏的证据，强烈地支持了已知的有关紫外辐射对DNA有害（造成成肤癌）的说法。
人类皮肤的进化
12万年到10万年以前，在非洲的人类经过进化，皮肤已经变深以适应赤道附近强烈的阳光和炎热。现代非洲人走出
赤道地区去寻找各种发展机会，他们遇到了紫外线年辐射量显著减少的环境，在这样的条件下，他们皮肤中高浓度的天然遮光剂或许是不利的。由於黑人皮肤中黑色素过多，所以透过皮肤的紫外线，尤其是波长较短的中波紫外线（UVB）非常少。尽管UVB的作用是有害的，但它却担负了一个不可缺少的任务——促进皮肤内
维生素D的生成。赤道地区的黑人常年接受充足的光照，所以有足够的UVB进入皮肤以产生维生素D。赤道以外的地区则不同，经过长期的演化，对於移居北部地区的居民来说，解决问题的方法就是减少皮肤的黑色素细胞。
关於黑色素与维生素D合成的关系，在1967年就有人详细阐明，学者们证实了维生素D对於人类成功繁殖的重要性。维生素D能够促使小肠吸收钙，以保证骨骼的正常发育和维持
免疫系统的健康。在过去的20年里，波斯坦大学医学院Micheal Holick的研究进一步证实了维生素D对发育和免疫的意义。他的研究小组还证实，并不是所有的日照环境都能有足够的UVB来刺激维生素D合成。例如北纬 42度附近的波斯坦，冬季没有充足的UVB，只有在三月中旬以后皮肤才可以合成维生素D。我们认为，这是人类肤色演变的另一有力证据。
20世纪90年代初，我们试图探求地球表面实际紫外线辐射水平的资料来源，但没有结果。1996年，我们得到了科罗拉多大学Boulder分校环境科学合作研究院的Elizabeth Weatherhead的帮助。她提供了NASA全球定位扫瞄卫星拍摄的有关地表紫外辐射的测量数据库。随后我们制出了地表紫外线辐射分布模型以及合成体内必需的维生素D所需UVB数量的相关卫星数据。
我们发现，根据合成维生素D的情况，地球表面可划分为3个区域：热带地区、亚热带和温带地区以及纬度45度以北及以南的环极地区。第一个区域常年有充足的 UVB，人们有足够的机会合成维生素D，第二个区域每年至少有一个月UVB不充足，而最后一个区域整年的UVB都达不到要求。这种分布可以解释为什麼赤道地区本地居民肤色很黑，亚热带和温带地区居民肤色稍浅而且能被晒黑，而极地周围的人肤色很浅而且易被
晒伤。
在研究中，一个有趣的问题是，事实上的肤色分布并不严格遵循上述模式。
阿拉斯加和加拿大北部的爱斯基摩人的肤色比我们根据紫外线水平预测的要深。这可能有两个原因：一是他们到达那里的时间相对较短，大概在5000年前移居北美；另一个原因是他们习惯吃富含维生素D的食物，尤其是鱼类和海洋哺乳动物。这些食物弥补了他们的肤色在
北方地区不能充分合成维生素D的问题，使其颜色变深一些。
我们有关合成维生素D的分析也让我们理解了关於肤色方面的另一个特徵：通常女性的肤色要比男性稍浅（资料表明，女性的肤色比男性浅3~4%）。科学家经常思索其原因，大部分认为是性选择所造成的——男性大多偏爱肤色较浅的女性。我们相信，尽管这可能是一部分原因，但绝不是根本原因。女性的一生中，尤其在妊娠期和哺乳期，需要比男性更多的钙，而这些钙大部分必须从食物中获得。因此我们提出，女性的肤色比男性浅有利於更多的UVB穿过皮肤，因而提高了生成维生素D的能力。在世界上光照强烈的地区，女性的确经历了自然选择的严峻考验，既要让皮肤受到最大程度的保护，又要保证维生素D的合成。
文化与生物学的双重作用
大约10万年前，当人类移居到世界各地，他们的肤色适应了各地不同的环境条件。土生土长的非洲人的肤色适应环境的历史最长，因为从解剖学上来说，现代人是从那里开始进化的。人类从一个大洲迁徙至另一个大洲，首先是亚洲，然后是
澳洲，最后到美洲，肤色发生了一定程度的改变。不过很重要的一点是，那时人类已经能够用衣物和栖息所来保护自己了。在一些地方，他们已经能够得到富含维生素D的食物（如因纽特人），这两大因素大大影响了人类肤色演变的速度和程度。
非洲是一个环境复杂的大洲，最早的移民离开赤道迁徙到了
南非。这是对非洲南端日照水平相对较低的一种显著的适应性变化