牛奶可不是随随便便就喝的

牛奶可不是随随便便就喝的

(文/Andrew Curry)20世纪70年代,波兰一个石器时代遗址出土了一些奇怪的布满小孔的陶质碎片。2011年一位地球化学家在这些陶片中验出了大量的牛奶脂质——这证明早期的农民利用这些陶片做筛子,将奶中富含脂质的固体物质和液体状的乳清蛋白分离。这一发现使得这些波兰文物成了世界上已知最早的奶酪制作的证据。

这项发现是欧洲牛奶史研究成果的一部分,而研究牛奶史能够阐释奶制品对人类在欧洲大陆的开拓与定居所产生的深远影响。在最近的那次冰河时期,牛奶对成年人来说还是种毒药。与儿童不同,成年人无法产生分解牛奶中主要糖分乳糖的酶。但在约1.1万年前的中东,随着农耕逐渐取代了捕猎和采集,养牛者们学会了用发酵牛奶制成奶酪或酸奶的方式将乳制品中的乳糖降到人类可以承受的水平。又过了几千年,一个基因突变扩散到了整个欧洲,使人类获得了产生乳糖酶从而终生饮用牛奶的能力。这一适应为人类开发了一个全新的丰富营养的来源,让人们得以撑过歉收的年头。

这场牛奶革命可能是欧洲南部的农民和放牧者得以横扫欧洲大陆、取代在这里存在了几千年的狩猎采集文化的主要原因。从考古学的角度看,他们扩散的速度相当快。这场移民潮为欧洲留下了永久的印记——与世界上许多地区不同,欧洲的大部分人如今都可以耐受乳糖。科学家认为,大部分欧洲人可能都是欧洲最早具备乳糖耐受性的农民的后代。

牛奶可不是随随便便就喝的乳糖酶热点图。只有三分之一的人成年后可以产生乳糖酶从而能够饮用牛奶。 横轴:可以饮用牛奶的成年人百分比。
图片来源:nature.com

强壮的胃

幼童几乎都可以产生乳糖酶以分解母乳中的乳糖。但随着他们逐渐成熟,大多数人的乳糖酶基因都会被关闭。大部分保留了喝牛奶能力的人其血统都可以追溯到欧洲,欧洲人的乳糖耐受性似乎与乳糖酶基因附近一个胞嘧啶变为胸腺嘧啶的单一核苷酸突变有关。

这一突变的发生相对较迟。科学家们通过观察现代人的基因多样性并用电脑模拟了相关突变在古代人群中的扩散方式,估算出乳糖耐受性等位基因大约出现在7500年前的匈牙利。

强大的基因

乳糖耐受性基因的出现提供了巨大的演化优势。在2004年的一项研究中,科学家们估算具备这一突变的人产生的可育后代比不具备这一突变的人多19%,优势之巨在整个基因组中名列前茅。

这种优势传递了几百代,帮助一群人占领了一个大洲。但科学家认为这种优势只有在人群有鲜奶来源并摄取奶类时才能发挥,这是基因和文化共同演化的过程,两者互相依存。

通过研究人类分子生物学和古代陶器的考古学与化学原理,科学家们不但希望找出基因与文化互相作用的历史,还希望能搞清现代欧洲人起源的一个关键问题、一个考古学上长期存在的问题——他们到底是凭借优势取代了本地人群的中东农民的后裔,还是本土狩猎采集者的子孙?

牛奶可不是随随便便就喝的图片来源:nature.com

在动物骨骼研究的基础上,科学家们提出中东地区的乳制品业可能可以追溯到人类首次驯养动物的时候,即1.05万年前。这时中东刚刚开始新石器革命——经济模式由狩猎采集业转向农业的过程。获取乳制品可能是人类开始捕捉和饲养牛、绵羊和山羊这样的反刍动物的原因之一。(见“乳制品业的变迁”。)

随后乳制品业便与新石器革命一同扩散开来。农业在之后的2000年间从安那托利亚传播到欧洲北部,而乳制品业的传播也遵循这一模式。单纯分析乳制品业的发展模式,并不能表明新石器革命在欧洲的扩散方式到底是通过演化还是替代,但牛骨却为这一问题提供了重要线索。科学家们发现,欧洲的新石器时代遗址的家牛与中东地区的牛类亲缘关系最近,与本土的欧洲野牛亲缘较远。对中欧一些遗址的古人类DNA的研究也得出了类似的结论。这说明新石器时代的农民并非土著狩猎采集者的后代。

在很长一段时间里,欧洲大陆考古学的主流观点是新石器时代的农民是中石器时代的狩猎采集者后裔。但科学家们的最新证据却给出了一个完全相反的结论。

喝奶还是吃肉?

鉴于早在欧洲出现乳糖耐受基因的几千年前中东便已经出现了乳制品业,古代放牧者一定是找到了可以降低牛奶中乳糖含量的方法。目前看来他们很有可能是采用了把牛奶制成奶酪或酸奶的方式。

为了验证这个理论,科学家们对古代陶器进行了化学检测,这些检测能够测出残留的脂质到底来源于肉还是奶、来源于反刍动物还是其他动物。他们在中东新月沃土出土的至少有8500年历史的陶器上找到了牛奶脂质,再加上波兰陶器的分析结果,证明在6800~7400年前的这段时间里,欧洲的放牧者已经开始制作奶酪作为食物之一。那时乳制品已经成了新石器人食谱的一部分,但还没能成为经济中的重要组成部分。

第二个阶段——直接饮用奶——进展得比较缓慢,并且似乎需要乳糖耐受性的广泛传播作为基础。乳糖耐受基因出现后又经过了一段时间才在人群中普遍起来,科学家研究了古人类DNA样品中的突变,发现这种突变出现在德国北部的时间是6500年前。

群体遗传学专家解释这一性状可能是随着中东的新石器文化进入欧洲的,这些人的耕种和放牧技术使他们的竞争力比当地的狩猎采集者更胜一筹。随着欧洲南部的人们向北推进,乳糖耐受基因也乘上了这场人类迁移的东风。

乳糖耐受性在欧洲南部的传播却没那么容易,因为早在这种突变出现以前新石器时代的农民们就已经在这里安定了下来。但随着农业社会向北、向西推进,乳糖耐受性带来的优势产生了巨大的影响,迁移人口的迅速增长也令乳糖耐受基因的基因频率得到了提高。

这种扩张模式至今仍有迹可循。在欧洲南部,乳糖耐受性相对罕见——在希腊和土耳其人口中的比例低于40%。但在英国和斯堪的纳维亚,超过90%的成年人都能消化牛奶。

牛的胜利

到了新石器时代晚期、青铜时代早期,即约5000年前,乳糖耐受基因在欧洲北部和中部的大部分地区已十分普遍,牧牛业在文化中已占据了主要地位。牛骨在许多欧洲中部和北部的新石器时代末、青铜时代初的遗址中占到了动物骨骼的三分之二以上。

不过让科学家们仍感困惑的是,在这些地区摄取牛奶的能力为什么能带来这么大的优势。有人提出,随着人们向北迁移,摄入牛奶成了抵御饥馑的有力手段。乳制品在较寒冷的地方可以保存更久,无论什么季节、收成好坏都能为人们提供丰富的热量。

也有人认为牛奶带来的优势——这一优势在北方尤为明显——可能是因为其中含有较丰富的维生素D,可以帮助人们预防像佝偻病这样的疾病。人类只有在阳光照射下才能合成维生素D,而对北方人来说冬天很难获得足够的日晒。但是乳糖耐受性在阳光普照的西班牙也普遍存在,这使得维生素D理论依旧存疑。

这个对乳制品和乳糖耐受基因的研究为科学家们树立了一个榜样,即考古问题也可以用许多不同领域的知识和工具来解答,集考古学、古人类学、古代DNA和现代DNA、化学分析之力解决一个问题。还有很多其他饮食变迁的相关问题都可以这样研究,比如淀粉酶、乙醇脱氢酶的起源。

原文编译自Nature News:Archaeology: The milk revolution

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