本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
我本週和下週都在旅行，所以沒有時間寫作。這篇關於牛奶起源的博文是從這個部落格的早期版本轉載的。希望您喜歡！
牛奶來自奶牛。我們大多數人都知道這一點。更都市的讀者可能會原諒他們認為牛奶來自超市。但是，牛奶從哪裡來的問題有可能超越奶牛場和餐桌。它可能關乎牛奶本身的起源，數百萬年前。“牛奶從哪裡來？”變成了“牛奶是如何進化的？”
牛奶對於全世界幼崽、幼獸和小牛的生存至關重要。幼年哺乳動物僅靠牛奶飲食就能增重和生長，因為它富含蛋白質、維生素、鈣和飽和脂肪。但是，牛奶並非一直都如此營養豐富。
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我們的哺乳動物祖先在仍然產卵黃卵時就開始分泌乳汁。這些卵的殼不像鳥卵那樣堅硬和鈣化。它們是柔軟的，並且具有類似羊皮紙的蛋殼，很像蜥蜴和蛇的卵。如果您在顯微鏡下研究這種蛋殼，您會看到它們的表面覆蓋著數百萬個狹窄的孔隙。如果天氣太熱或太乾燥，水分會透過這些孔隙蒸發，使卵面臨乾燥的風險。
蛇和蜥蜴透過將卵產在潮溼的土壤中來防止這種情況發生。但是，奧拉夫·奧夫滕達爾認為，早期哺乳動物以不同的方式解決了這個問題。他認為，泌乳的進化不是為了滋養，而是為了浸溼。透過祖先哺乳動物皮膚分泌的液體可能保護了卵免受乾旱和乾燥。如果這是真的，那麼第一種“牛奶”根本就不是那麼像牛奶：在將三疊紀牛奶與您的玉米片混合之前請三思。
蛋殼孔迫使古代哺乳動物尋找答案。當找到這些答案時，可滲透蛋殼的優勢就可以開始被利用。透過這些孔，新增到溼潤液中的額外營養物質到達了卵內發育中的幼體。在這個潮溼和牛奶之間的灰色地帶中，新的機遇等待著。卵可以長得更小，因為卵黃不再需要提供胚胎所需的所有營養。幼小動物可以延遲發育，因為它們不再需要孵化成微型成年體。
但這有點超前了。有些基因可以告訴我們更多關於我們的祖先如何從卵黃轉向牛奶的資訊。
酪蛋白
酪蛋白是牛奶中最豐富的蛋白質。它們有兩種形式。一種型別結合鈣，另一種型別對鈣不敏感。當您將數千個這些酪蛋白聚集在一起時，它們會自組裝成可溶性膠束。膠束看起來有點像小毛球。“毛髮”實際上是向外伸出的酪蛋白尾部。鈣不敏感酪蛋白穩定膠束，但正是由於鈣結合酪蛋白，膠束才負載了鈣。如果牛奶在沒有膠束的情況下含有相同濃度的鈣，鈣將無法保持溶解狀態並沉澱。
從奶牛到袋鼠，所有哺乳動物都具有酪蛋白基因。在每個哺乳動物基因組中，酪蛋白都被密切相關的基因包圍著。這個基因家族的專業名稱是“分泌型鈣結合磷蛋白家族”。或者簡稱 SCPP 家族。顧名思義，SCPP 家族的大多數成員都可以結合鈣。SCPP 家族歷史悠久。其最古老的家族成員之一 SPARCL1 利用鈣來礦化我們的骨骼。它在 4 億多年前進化而來，可以在所有具有鈣化骨骼的生物中找到，例如硬骨魚、爬行動物、鳥類和哺乳動物。
SPARCL1 基因被一次又一次地複製。SPARCL1 的這些碳副本可以自由地進化出新的功能。一些副本現在礦化其他組織，例如我們牙齒的牙釉質。賓夕法尼亞州立大學的川崎和彥和他的同事已經證明，牛乳酪蛋白是從這種牙齒礦化 SCPP 進化而來的。川崎的最新重建之一揭示，不同型別的酪蛋白也從不同型別的牙齒礦化 SCPP 進化而來。
卵黃蛋白原
當有所得時，必有所失。這是進化中反覆出現的模式。當酪蛋白從牙齒基因中誕生時，卵黃蛋白原家族滅絕了。
卵黃蛋白原是蛋黃的決定性蛋白質。在所有產卵物種（從昆蟲到兩棲動物）中，卵黃蛋白原提供卵內發育中的胚胎所需的營養。古代哺乳動物也不例外。它們有三種不同的卵黃蛋白原基因，就像現代鳥類和爬行動物一樣。
但是，隨著牛奶變得越來越營養豐富，前哺乳動物卵的蛋黃變得越來越不重要。當不再需要它們時，卵黃蛋白原基因一個接一個地失活。這些卵黃蛋白原的殘餘物仍然可以在我們今天的基因組中找到。它們是我們遙遠的祖先仍然產卵的時代的破碎遺蹟。仍然可以辨認出來，但是在數百萬年中沒有任何功能。
雖然基因家族的誕生和死亡構成了引人入勝的敘事，但重要的是要意識到牛奶是逐漸進化的。沒有一個特定的時間點牛奶或哺乳動物突然出現。從盤龍類到獸孔類再到犬齒獸類：類似哺乳動物的生物已經存在數百萬年了。
膠束圖片來自第二個參考文獻。
SCPP 進化來自第三個參考文獻。
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