歐洲奶牛養殖業的興起早於大多數人進化出成年後飲用牛奶而不會生病的能力數千年。現在研究人員認為他們知道原因：乳糖耐受性只有在偶爾發生的饑荒和疾病時期才足以對進化產生有益影響，這解釋了為什麼這種特性需要數千年才能變得普遍1。
該理論——得到對數千片陶器碎片和數百個古代人類基因組的分析以及複雜建模的支援——解釋了為什麼消化牛奶的能力在現代歐洲人中變得如此普遍，儘管這種能力在早期奶農中幾乎不存在。這種能力，被稱為乳糖酶持續性，來自一種分解乳糖的酶，通常在幼兒斷奶後停止運作。
瑞士蘇黎世大學的分子考古學家 Shevan Wilkin 說，這項於 7 月 27 日發表在Nature雜誌上的研究，是首次量化塑造這一特性的力量的重大努力。“乳糖酶持續性的進化比我們想象的要複雜得多。”
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自然選擇
消化牛奶的能力在世界各地的古代人群中獨立進化出來。研究人員已將這種特性與基因變異聯絡起來，這些基因變異指示細胞產生高水平的乳糖酶。大多數歐洲血統的人攜帶的變異是人類基因組自然選擇的最有力例證之一。
然而，科學家們一直在努力解釋歐洲乳糖酶持續性高流行率的潛在原因。許多人曾認為，只有在古代人開始經常食用乳製品後，這種變異才被證明是有益的。另一種有影響力的理論認為，早期馴養的牛、山羊和綿羊（大約在 10,000-12,000 年前）主要用於獲取肉類，而牛奶消費則在數千年後才出現。
但英國布里斯托大學的生物地球化學家 Richard Evershed（他是最新研究的共同負責人）及其團隊在古代陶器碎片上發現了牛奶脂肪殘留物，這些陶器碎片可追溯到動物馴養的初期。與此同時，古代基因組學研究表明，這些早期的動物飼養者不耐受乳糖，而對牛奶的耐受性直到青銅時代之後，即 5,000-4,000 年前，才在歐洲變得普遍。
為了確定歐洲人消化牛奶能力背後的可能原因，由 Evershed 和兩位布里斯托爾同事——化學家 Mélanie Roffet-Salque 和流行病學家 George Davey Smith，以及倫敦大學學院的進化遺傳學家 Mark Thomas 領導的團隊整理了考古和基因組資料。然後，他們利用 1,700 多名古代歐亞人的基因組，模擬了乳製品牛奶的使用和人口規模等各種因素如何解釋乳糖酶持續性的興起。
該團隊發現，在乳糖耐受性的飛躍式發展與牛奶消費量的增加之間幾乎沒有重疊，這可以從歐洲 550 多個考古遺址出土的約 13,000 片陶器碎片中牛奶脂肪殘留物的存在推斷出來。“之前關於乳糖酶持續性的自然選擇優勢的所有假設都將自身與牛奶使用的程度聯絡起來，”Thomas 說，因為人們認為能夠食用牛奶而不會生病具有營養益處。
另一種解釋
隨著這個想法被否定，研究人員研究了乳糖耐受性與現代歐洲人飲用牛奶之間的關係。在英國生物樣本庫（一個包含英國 50 萬人健康和基因組資料的儲存庫）中，他們發現牛奶消費量與乳糖耐受性之間幾乎沒有相關性，92% 的乳糖不耐受參與者更喜歡鮮牛奶而不是替代品。而且乳糖耐受性沒有顯示出明顯的健康或生育益處，而這些益處可能會驅動自然選擇。
Thomas 說，這表明，對於大多數乳糖不耐受的人來說，今天喝牛奶的代價並不高——可能在古代也是如此。“如果你很健康，你可能會有點腹瀉、痙攣，放很多屁。這令人不快，但你不會死。”
但研究人員提出，對於很久以前的乳糖不耐受人群來說，飲用牛奶的後果對於那些因饑荒或感染而身體不健康的人來說會更加嚴重。透過腹瀉造成的體液流失會導致營養不良和感染造成的死亡，尤其是在衛生條件差的地方。研究人員的模型發現，與那些暴露於其他檢查因素的人群相比，乳糖酶持續性更可能發生在暴露於動物病原體和饑荒的古代人群中。
該團隊提出，在這些時期，乳糖耐受性的自然選擇得到了加速，因為與缺乏突然有益的基因變異的人相比，乳糖不耐受個體更有可能死亡。
更多探索
“他們是對的嗎？我不知道。這很難說，”Wilkin 說。即使人們在艱難時期沒有因乳糖不耐受的影響而死亡，這也可能使他們比能夠消化牛奶的人更不可能生育，從而使乳糖酶持續性得以蓬勃發展。但她不確定這是否完全解釋了為什麼這種特性在早期農業和一些青銅時代奶牛養殖人群中缺失或非常罕見，而他們一定曾遭受過饑荒和感染。
馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學的分子考古學家 Christina Warinner 說，這項研究為過去十年中出現的情況提供了數字和證據。“現在我們對需要從哪裡開始尋找有了一些想法。”一個重點應該是中世紀和鐵器時代（3,000-1,000 年前）的古代人類基因組和其他考古資料，當時歐洲的乳糖耐受水平顯著提高。
Wilkin 希望這項研究也將鼓勵研究人員重新評估歐洲以外地區乳糖酶持續性的進化——例如，在非洲，它進化了幾次，在中亞和中東也是如此。研究人員還需要更好地掌握在乳糖耐受性從未普及的地方（如蒙古草原），奶牛養殖和牛奶飲用是如何廣泛傳播的。“我真的希望這種規模龐大且雄心勃勃的研究能夠激勵人們開始調查這個問題，”她說。
本文經許可轉載，於 首次釋出 於 2022 年 7 月 27 日。