欧洲奶牛养殖业的兴起早于大多数人进化出成年后饮用牛奶而不会生病的能力数千年。现在研究人员认为他们知道原因：乳糖耐受性只有在偶尔发生的饥荒和疾病时期才足以对进化产生有益影响，这解释了为什么这种特性需要数千年才能变得普遍1。
该理论——得到对数千片陶器碎片和数百个古代人类基因组的分析以及复杂建模的支持——解释了为什么消化牛奶的能力在现代欧洲人中变得如此普遍，尽管这种能力在早期奶农中几乎不存在。这种能力，被称为乳糖酶持续性，来自一种分解乳糖的酶，通常在幼儿断奶后停止运作。
瑞士苏黎世大学的分子考古学家 Shevan Wilkin 说，这项于 7 月 27 日发表在Nature杂志上的研究，是首次量化塑造这一特性的力量的重大努力。“乳糖酶持续性的进化比我们想象的要复杂得多。”
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自然选择
消化牛奶的能力在世界各地的古代人群中独立进化出来。研究人员已将这种特性与基因变异联系起来，这些基因变异指示细胞产生高水平的乳糖酶。大多数欧洲血统的人携带的变异是人类基因组自然选择的最有力例证之一。
然而，科学家们一直在努力解释欧洲乳糖酶持续性高流行率的潜在原因。许多人曾认为，只有在古代人开始经常食用乳制品后，这种变异才被证明是有益的。另一种有影响力的理论认为，早期驯养的牛、山羊和绵羊（大约在 10,000-12,000 年前）主要用于获取肉类，而牛奶消费则在数千年后才出现。
但英国布里斯托大学的生物地球化学家 Richard Evershed（他是最新研究的共同负责人）及其团队在古代陶器碎片上发现了牛奶脂肪残留物，这些陶器碎片可追溯到动物驯养的初期。与此同时，古代基因组学研究表明，这些早期的动物饲养者不耐受乳糖，而对牛奶的耐受性直到青铜时代之后，即 5,000-4,000 年前，才在欧洲变得普遍。
为了确定欧洲人消化牛奶能力背后的可能原因，由 Evershed 和两位布里斯托尔同事——化学家 Mélanie Roffet-Salque 和流行病学家 George Davey Smith，以及伦敦大学学院的进化遗传学家 Mark Thomas 领导的团队整理了考古和基因组数据。然后，他们利用 1,700 多名古代欧亚人的基因组，模拟了乳制品牛奶的使用和人口规模等各种因素如何解释乳糖酶持续性的兴起。
该团队发现，在乳糖耐受性的飞跃式发展与牛奶消费量的增加之间几乎没有重叠，这可以从欧洲 550 多个考古遗址出土的约 13,000 片陶器碎片中牛奶脂肪残留物的存在推断出来。“之前关于乳糖酶持续性的自然选择优势的所有假设都将自身与牛奶使用的程度联系起来，”Thomas 说，因为人们认为能够食用牛奶而不会生病具有营养益处。
另一种解释
随着这个想法被否定，研究人员研究了乳糖耐受性与现代欧洲人饮用牛奶之间的关系。在英国生物样本库（一个包含英国 50 万人健康和基因组数据的存储库）中，他们发现牛奶消费量与乳糖耐受性之间几乎没有相关性，92% 的乳糖不耐受参与者更喜欢鲜牛奶而不是替代品。而且乳糖耐受性没有显示出明显的健康或生育益处，而这些益处可能会驱动自然选择。
Thomas 说，这表明，对于大多数乳糖不耐受的人来说，今天喝牛奶的代价并不高——可能在古代也是如此。“如果你很健康，你可能会有点腹泻、痉挛，放很多屁。这令人不快，但你不会死。”
但研究人员提出，对于很久以前的乳糖不耐受人群来说，饮用牛奶的后果对于那些因饥荒或感染而身体不健康的人来说会更加严重。通过腹泻造成的体液流失会导致营养不良和感染造成的死亡，尤其是在卫生条件差的地方。研究人员的模型发现，与那些暴露于其他检查因素的人群相比，乳糖酶持续性更可能发生在暴露于动物病原体和饥荒的古代人群中。
该团队提出，在这些时期，乳糖耐受性的自然选择得到了加速，因为与缺乏突然有益的基因变异的人相比，乳糖不耐受个体更有可能死亡。
更多探索
“他们是对的吗？我不知道。这很难说，”Wilkin 说。即使人们在艰难时期没有因乳糖不耐受的影响而死亡，这也可能使他们比能够消化牛奶的人更不可能生育，从而使乳糖酶持续性得以蓬勃发展。但她不确定这是否完全解释了为什么这种特性在早期农业和一些青铜时代奶牛养殖人群中缺失或非常罕见，而他们一定曾遭受过饥荒和感染。
马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的分子考古学家 Christina Warinner 说，这项研究为过去十年中出现的情况提供了数字和证据。“现在我们对需要从哪里开始寻找有了一些想法。”一个重点应该是中世纪和铁器时代（3,000-1,000 年前）的古代人类基因组和其他考古数据，当时欧洲的乳糖耐受水平显着提高。
Wilkin 希望这项研究也将鼓励研究人员重新评估欧洲以外地区乳糖酶持续性的进化——例如，在非洲，它进化了几次，在中亚和中东也是如此。研究人员还需要更好地掌握在乳糖耐受性从未普及的地方（如蒙古草原），奶牛养殖和牛奶饮用是如何广泛传播的。“我真的希望这种规模庞大且雄心勃勃的研究能够激励人们开始调查这个问题，”她说。
本文经许可转载，于 首次发布 于 2022 年 7 月 27 日。