本文来自微信公众号：Nature Portfolio（ID：nature-portfolio），作者：Ewen Callaway，头图来自：unsplash


欧洲人开始养殖乳畜的时间，远远早于他们多数人演化出在成年后饮用乳汁而不生病的能力——早了几千年。现在，研究者认为他们发现了原因：乳糖耐受性带来的益处只有在间或发生的饥荒和疾病流行期间才足以影响演化，这解释了该性状的广布为何需要几千年的时间[1]。


这一理论背后的研究分析了数千陶片和几百个古人类基因组，并做了复杂建模，它解释了为什么消化动物奶的能力在现代欧洲人中间如此普遍，在早期奶农身上却几乎不存在。这个被称作乳糖酶持续表达的能力，源自一种能够分解乳糖的酶，它的活性通常在幼儿断奶后就会失去。


这项研究于7月27日发表在《自然》上。瑞士苏黎世大学的分子考古学家Shevan Wilkin说，这是首次尝试量化塑造该性状的演化力量。“乳糖酶持续表达的演化比我们以为的要复杂得多。”


自然选择


世界各地的古代人群消化动物奶的能力是独立演化的。研究人员已经找到了对应该性状的基因变异，它使细胞产生大量乳糖酶。多数欧洲祖源的人身上带有这一变异，这是自然选择作用于人类基因组最有力的例子之一。


然而，科学家一直难以解释是什么样的力量推动了欧洲普遍存在的乳糖酶持续表达演化。很多人假设，只有在以前的人类开始经常食用乳制品之后，这样的变异才变得有益。而根据另一颇具影响力的理论，早期奶牛、山羊和绵羊（在大约1-1.2万年前被驯养）主要为肉用，数千年后，人们才开始饮用它们产的奶。


但Richard Evershed（最新这项研究的共同领导者，英国布里斯托大学生物地球化学家）及其团队，在古代陶片（年代在人类开始驯养动物之初）上发现了残留的乳脂。与此同时，古基因组学研究显示，这些早期畜牧者对乳糖并不耐受，直到5000-4000年前的青铜时代以后，对动物奶的耐受性才开始在欧洲变得普遍起来。


为找出让欧洲人消化动物奶的可能演化力量，Evershed和他在布里斯托大学的两位同事——化学家Mélanie Roffet-Salque与流行病学家George Davey Smith，以及英国伦敦大学学院的演化遗传学家Mark Thomas带领研究团队，整理了考古学和基因组数据。其后，藉由1700多个古代欧亚人的基因组，他们建模分析了各类因素，诸如奶类使用和人群规模等，如何解释乳糖酶持续表达之崛起。


团队发现，乳糖耐受性突增与奶类消耗量增加几乎不重合。这是通过来自欧洲各地550多个考古遗址、约13000块陶片上残留的乳脂作出的推断。“过去所有关于乳糖酶持续表达的自然选择优势的假说，都与摄入奶类的程度挂钩。”Thomas说，因为它们假定，饮用动物奶而不难受，会带来营养上的好处。


另有解释


既然这个观点行不通，研究人员考察了现代欧洲人的乳糖耐受性与饮用牛奶的联系。英国生物样本库储存了50万英国人的健康和基因组数据，研究者从中发现，奶类消耗量与乳糖耐受性之间几乎不存在相关——样本库中92%的乳糖不耐者喜欢鲜奶甚于其他替代品。而且，乳糖耐受性也没有表现出明显的健康或生育能力上的益处（这可能会推动自然选择）。


Thomas认为，这些结果表明，对大多数乳糖不耐者而言，如今喝牛奶的代价并不高，在古时候可能也一样。“如果你身体健康，你会有点拉肚子、会腹痛、放很多屁。不太舒服，但死不了。”


但研究团队提出，很久以前那些因饥荒或感染而健康状况欠佳的乳糖不耐者，他们喝动物奶的后果要严重得多。腹泻导致的体液流失，会促成由营养不良和感染导致的死亡，尤其是在卫生状况糟糕的地方。团队的模型还发现，较之暴露于其它风险因素下的古代人群，乳糖酶持续表达更可能出现在受到动物病原体和饥荒威胁的人群中。


团队还提出，在这样的时期里，针对乳糖耐受性的自然选择压力陡增。相对那些拥有突然变有用的基因变异的人，乳糖不耐者死亡的可能性更高。


尚待研究


“他们是对的吗？我不知道，这很难讲。”Wilkin说。在艰难时世，即便人们没有死于乳糖不耐受本身的作用，这也可能让他们的生育能力弱于那些能消化动物奶的人，那样，乳糖酶持续表达这个性状就会“开枝散叶”。但是，她不确定这个说法完全解释了该性状在早期务农者和一些青铜时代的奶农身上的缺失（或极为罕见），这些人群一定也曾暴露于饥荒与感染的风险之下。


美国哈佛大学的分子考古学家Christina Warinner认为，最这项研究为过去十年来逐渐浮现的全景提供了证据和数字。“现在我们大概知道该从何处着手了。”其中的一个重点应当是来自中世纪和铁器时代（3000-1000年前）的古代人类基因组及其它考古学数据，当时欧洲人乳糖耐受的水平有了显著的提高。


Wilkin希望，这项研究还能鼓励研究者们重新评估欧洲以外地区乳糖酶持续表达的演化——例如发生过数次演化的非洲，以及中亚和中东地区。研究人员还需要更好地了解乳畜业与乳汁消费如何广布于蒙古草原这样的地方，这些地方的乳糖耐受一直不普遍。“我真心希望，这类雄心勃勃的大规模研究可以促使人们开始探究这些问题。”她说。


参考文献：

1. Evershed， R. P. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-022-05010-7 (2022).


原文以How humans’ ability to digest milk evolved from famine and disease为标题发表在2022年7月27日《自然》的新闻版块上


本文来自微信公众号：Nature Portfolio（ID：nature-portfolio），作者：Ewen Callaway