本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
我本周和下周都在旅行，所以没有时间写作。这篇关于牛奶起源的博文是从这个博客的早期版本转载的。希望您喜欢！
牛奶来自奶牛。我们大多数人都知道这一点。更都市的读者可能会原谅他们认为牛奶来自超市。但是，牛奶从哪里来的问题有可能超越奶牛场和餐桌。它可能关乎牛奶本身的起源，数百万年前。“牛奶从哪里来？”变成了“牛奶是如何进化的？”
牛奶对于全世界幼崽、幼兽和小牛的生存至关重要。幼年哺乳动物仅靠牛奶饮食就能增重和生长，因为它富含蛋白质、维生素、钙和饱和脂肪。但是，牛奶并非一直都如此营养丰富。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来能够继续产出关于塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的故事。
我们的哺乳动物祖先在仍然产卵黄卵时就开始分泌乳汁。这些卵的壳不像鸟卵那样坚硬和钙化。它们是柔软的，并且具有类似羊皮纸的蛋壳，很像蜥蜴和蛇的卵。如果您在显微镜下研究这种蛋壳，您会看到它们的表面覆盖着数百万个狭窄的孔隙。如果天气太热或太干燥，水分会通过这些孔隙蒸发，使卵面临干燥的风险。
蛇和蜥蜴通过将卵产在潮湿的土壤中来防止这种情况发生。但是，奥拉夫·奥夫滕达尔认为，早期哺乳动物以不同的方式解决了这个问题。他认为，泌乳的进化不是为了滋养，而是为了浸湿。通过祖先哺乳动物皮肤分泌的液体可能保护了卵免受干旱和干燥。如果这是真的，那么第一种“牛奶”根本就不是那么像牛奶：在将三叠纪牛奶与您的玉米片混合之前请三思。
蛋壳孔迫使古代哺乳动物寻找答案。当找到这些答案时，可渗透蛋壳的优势就可以开始被利用。通过这些孔，添加到湿润液中的额外营养物质到达了卵内发育中的幼体。在这个潮湿和牛奶之间的灰色地带中，新的机遇等待着。卵可以长得更小，因为卵黄不再需要提供胚胎所需的所有营养。幼小动物可以延迟发育，因为它们不再需要孵化成微型成年体。
但这有点超前了。有些基因可以告诉我们更多关于我们的祖先如何从卵黄转向牛奶的信息。
酪蛋白
酪蛋白是牛奶中最丰富的蛋白质。它们有两种形式。一种类型结合钙，另一种类型对钙不敏感。当您将数千个这些酪蛋白聚集在一起时，它们会自组装成可溶性胶束。胶束看起来有点像小毛球。“毛发”实际上是向外伸出的酪蛋白尾部。钙不敏感酪蛋白稳定胶束，但正是由于钙结合酪蛋白，胶束才负载了钙。如果牛奶在没有胶束的情况下含有相同浓度的钙，钙将无法保持溶解状态并沉淀。
从奶牛到袋鼠，所有哺乳动物都具有酪蛋白基因。在每个哺乳动物基因组中，酪蛋白都被密切相关的基因包围着。这个基因家族的专业名称是“分泌型钙结合磷蛋白家族”。或者简称 SCPP 家族。顾名思义，SCPP 家族的大多数成员都可以结合钙。SCPP 家族历史悠久。其最古老的家族成员之一 SPARCL1 利用钙来矿化我们的骨骼。它在 4 亿多年前进化而来，可以在所有具有钙化骨骼的生物中找到，例如硬骨鱼、爬行动物、鸟类和哺乳动物。
SPARCL1 基因被一次又一次地复制。SPARCL1 的这些碳副本可以自由地进化出新的功能。一些副本现在矿化其他组织，例如我们牙齿的牙釉质。宾夕法尼亚州立大学的川崎和彦和他的同事已经证明，牛奶酪蛋白是从这种牙齿矿化 SCPP 进化而来的。川崎的最新重建之一揭示，不同类型的酪蛋白也从不同类型的牙齿矿化 SCPP 进化而来。
卵黄蛋白原
当有所得时，必有所失。这是进化中反复出现的模式。当酪蛋白从牙齿基因中诞生时，卵黄蛋白原家族灭绝了。
卵黄蛋白原是蛋黄的决定性蛋白质。在所有产卵物种（从昆虫到两栖动物）中，卵黄蛋白原提供卵内发育中的胚胎所需的营养。古代哺乳动物也不例外。它们有三种不同的卵黄蛋白原基因，就像现代鸟类和爬行动物一样。
但是，随着牛奶变得越来越营养丰富，前哺乳动物卵的蛋黄变得越来越不重要。当不再需要它们时，卵黄蛋白原基因一个接一个地失活。这些卵黄蛋白原的残余物仍然可以在我们今天的基因组中找到。它们是我们遥远的祖先仍然产卵的时代的破碎遗迹。仍然可以辨认出来，但是在数百万年中没有任何功能。
虽然基因家族的诞生和死亡构成了引人入胜的叙事，但重要的是要意识到牛奶是逐渐进化的。没有一个特定的时间点牛奶或哺乳动物突然出现。从盘龙类到兽孔类再到犬齿兽类：类似哺乳动物的生物已经存在数百万年了。
胶束图片来自第二个参考文献。
SCPP 进化来自第三个参考文献。
Oftedal OT (2002)。The origin of lactation as a water source for parchment-shelled eggs. Journal of mammary gland biology and neoplasia, 7 (3), 253-66 PMID: 12751890
DALGLEISH, D. (2004). A possible structure of the casein micelle based on high-resolution field-emission scanning electron microscopy International Dairy Journal, 14 (12), 1025-1031 DOI: 10.1016/j.idairyj.2004.04.008
Kawasaki K, Lafont AG, & Sire JY (2011). The evolution of milk casein genes from tooth genes before the origin of mammals. Molecular biology and evolution PMID: 21245413
Brawand D, Wahli W, & Kaessmann H (2008). Loss of egg yolk genes in mammals and the origin of lactation and placentation. PLoS biology, 6 (3) PMID: 18351802