一喝牛奶肚子就怪怪?因为你没有突变成功

乳汁是一种特殊的液体,有两种相辅相成的功能:提供营养,以及提供保护。营养来自于乳汁中的蛋白质、脂肪、糖类(乳糖)、钙质与其他矿物质。保护来自于乳汁中的抗体,以及其他具备抗菌功能的酵素,这些成分在初乳中特别丰富。初乳是刚出生哺乳动物最早吸到的乳汁,其中也含有母亲的免疫细胞。

一喝牛奶肚子就怪怪?因为你没有突变成功

乳汁中含有的碳水化合物,全都是罕见的糖类:乳糖,而不是所有细胞都能够共通使用的葡萄糖。这种情况很少见,值得注意。哺乳动物为什么要提供这种需要消化之后才能利用的碳水化合物给幼儿?如果乳汁中含有的是即刻便能利用的高能葡萄糖,对幼儿不是更好吗?答案可能在于乳糖的独特性质,具备了葡萄糖所缺乏的优势。世界上到处都充满想要大吃葡萄糖的细菌和酵母菌,只有几种细菌能够利用乳糖。想想看细菌或酵母菌感染了乳腺之后,会对母亲和幼儿造成什么样的灾难?

酿酒者利用了酵母菌无法让乳糖发酵的特性,在啤酒中加入乳糖以增加甜味,制造出来的啤酒称为牛乳司陶特(milk stout)。如果加的是葡萄糖或是蔗糖,酵母菌会把这些糖类转换成酒精。

如果要用特殊的糖类喂养幼儿,会产生一个问题:幼儿需要特殊的酵素分解乳糖,之后才能加以利用。哺乳类的幼儿能够制造乳糖酶来解决这个问题。当幼儿长大断奶之后,乳糖酶便愈来愈少,最后身体不再制造这种酵素,因为没有需要了。成年动物吃的食物中没有乳糖。所以,哺乳类在小时候把乳汁中的乳糖当作能量来源,成年后却通常无法消化乳糖。

人类成年后往往也无法消化乳糖。如果你有乳糖不耐的状况,又吃了没有经过发酵的新鲜乳汁,那么可能会腹泻、肚子疼,因为肠胃道的细菌会大吃这些乳糖,让你的肚子涨气。如果你能够耐受乳糖,是因为你身上有一种对偶基因,让你在成年后依然持续产生乳糖酶。这类突变的出现与散播,与个人的家族历史有关。

突变让人类可以消化乳糖

一喝牛奶肚子就怪怪?因为你没有突变成功

考古遗迹中发现的古代陶器碎片上有乳汁的残留物,这显示亚洲西南地区的人在七千年前便食用乳制品了,特别是从事畜牧的地区。我们无法确定这些早期陶器最初用以储存哪些乳制品,但应该是优格,而不是干酪,干酪可能是比较晚才发明的。最早的盛乳陶器出现后一千年,才出现制造干酪所需要的器具。那是大约在六千年前,一种有许多细孔的新型陶锅出现了,这种锅子的碎片上附着了乳脂残渣。这些锅子可能是过滤器,把富含脂肪的凝块与含有乳糖的乳清分开来,以制造干酪。

新石器时代的欧洲农民和发明酪农业的亚洲西南地区人民一样,成年之后也无法耐受乳糖。耐受乳糖的突变约在七千五百年前出现于中欧的高加索山区,这种让成年人依然可以消化乳糖的突变基因很快便散播到整个北欧,并且从此改变了欧洲人的后代,不论他们今日住在何地。例如在美国的犹他州,超过九成的成年人能够耐受乳糖。

为何让乳糖酶持续产生的突变很快就遍布欧洲,但是在最初酪农业发展出来的地方却没有演化出来并且散布出去呢?这个问题的后半部比前半部容易回答,那是因为当地发展出了制造干酪和优格的技术,把乳汁中的乳糖除去了,所以就算是乳糖不耐的人也可以享受乳制品,不会引起身体不适。在亚洲西南地区的人群中,即使出现了让乳糖酶持续产生的突变,基于当地人利用乳制品的方式,具备这种突变也不有演化优势,因此突变不会散播。酪农业最早出现在亚洲西南地区,但是当地人现在几乎都没有让乳糖酶持续产生的突变,应该就是这个原因。

远东地区没有酪农业传统,这种对偶基因也就不可能普遍。欧洲虽然有酪农业,为何没能阻止乳糖酶持续产生的突变的演化?这个问题依然悬而未决。

乳糖酶持续产生的突变很快从中欧往北散播,是人类之中正向天择的绝佳案例。从乳糖酶持续产生的对偶基因的散播速度来估算,这种对偶基因带来的效益比起正常的对偶基因高出了百分之十五。这个数字可以解释这个突变散播的方式,却不能说明散播的原因。虽然从演化证据来看,乳糖酶持续产生的突变能带来很大利益,但是我们却很难好好说明饮用新鲜乳汁在营养上有多大的好处。有人说新鲜乳汁能够提供维生素D和钙质,或是在农作物歉收时能当成救饥的食物,在北欧可能就是如此。

包括生命起源在内的许多演化事件往往难以了解,是因为这些事件都是独一无二的,事件成因很能难与巧合区分开来。不过乳糖酶持续产生的突变并没有这种问题,因为它曾经多次演化出来。

在沙特阿拉伯也出现了乳糖酶持续产生的突变,是发生在同一个基因上的另一种突变。在沙特阿拉伯,并没有人牧养牛只,但是当地的游牧民族贝都因人会饮用骆驼乳汁。在阿拉伯沙漠这样干燥的环境中,乳汁中含有的水分和其他营养成分,可能对于乳糖酶持续产生突变的演化非常重要。在东非,乳汁做为水分来源,也影响了天择筛选出乳糖酶持续产生的突变。

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在东非坦桑尼亚、肯亚和苏丹的游牧民族,各自有不同的对偶基因,让他们能够饮用牛乳。这三种非洲的突变是独立出现的,也和欧洲与沙特阿拉伯的突变不同,这使得乳糖酶持续产生的突变至少有五个不同的演化案例。

目前全世界有三分之一的人耐受乳糖,其他人的运气就没那么好了。

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