陈年干酪 古代欧洲人患“乳糖不耐症” 能喝牛奶和基因突变有关

奶牛场。CFP数据

牛奶、奶酪、酸奶……西方的奶制品业如此发达，谁会想到古代欧洲人竟然患有“乳糖不耐症”，一喝牛奶就腹泻？这是因为他们的身体无法分泌乳糖酶来有效消化乳糖，而乳糖恰恰是绝大多数奶制品中都包含的重要成分。

那么为什么乳制品在现代欧洲人的餐桌上总是不可或缺的呢？发表在《自然》杂志上的一篇文章揭示了这个有趣的进化过程。原来，世界上只有35%的人在7、8岁后还能消化乳糖。在古代欧洲，第一次喝牛奶就得益于一次基因突变，引发了乳业与欧洲人口迁徙的共生关系，从而为欧洲大陆的动荡奠定了基础。

在最近的冰河时代，对成人来说，牛奶本质上是一种毒素，因为他们无法分泌用来分解牛奶中主要糖分“乳糖”的乳糖酶。但是在大约1.1万年前，中东的农业开始取代狩猎业和采集业，牧民学会了如何将乳制品中的乳糖减少到耐受水平，方法就是将牛奶发酵成奶酪或酸奶。几千年之后，一场传遍欧洲的基因突变让欧洲人有了分泌乳糖酶的能力，从而也喝上了牛奶。

这两次牛奶革命可能是让大量南方农牧民席卷欧洲，取代欧洲几千年狩猎文化的主要因素。"从考古学的角度来看，它们很快就传播到了北欧."伦敦大学学院的人口遗传学家马克·托马斯说。这种迁移在欧洲留下了持久而深远的影响。与世界上许多地方的人不同，大多数欧洲人现在可以喝牛奶了。"也许大多数欧洲人是第一批耐乳糖奶农的后代."托马斯说。

为了调查两者互动的历史，2009年，托马斯与德国美因茨大学的古遗传学家约阿希姆·布格尔，以及约克大学的生物考古学家马修·柯林斯合作。他们组织了一个多学科项目，名为“早期欧洲文化历史中的乳糖耐受性”，项目汇集了十几个来自欧洲各地的青年研究人员，研究经费为440万美元。

图片来源:《自然》杂志由王艺臻本地化

基因突变让欧洲人第一次喝上牛奶

幼儿一般分泌乳糖酶，可以消化母乳中的乳糖。但是随着年龄的增长，大多数人的乳糖酶基因被关闭了。世界上只有35%的人在7、8岁后能消化乳糖。“如果你有乳糖不耐症，喝了250毫升牛奶，你真的会生病。爆发性腹泻本质上就是痢疾。”英国约克大学的考古学家奥利弗·克雷格说:“虽然不会致命，但会非常难受。”

大多数保留了消化牛奶能力的人，他们的祖先可以追溯到欧洲，这一性状似乎与单核苷酸有关，其中离乳糖酶基因不远的基因组区域内，DNA胞嘧啶突变成了胸嘧啶。在西非、中东和南亚，一些乳糖耐受的人似乎也与这场独立的基因突变有关。

单核苷酸的变化发生得相对较晚。托马斯和他的同事通过观察现代人群的遗传变异，并通过计算机模拟相关基因突变如何在古代人群中传播，来估计基因突变的时间。他们推测乳糖耐受性的特征和控制其表达的LP等位基因出现在大约7500年前匈牙利广阔肥沃的平原上。

乳制品业发展证明欧洲祖先来自中东农民？

一旦LP等位基因出现，它就提供了主要的选择优势。在2004年的研究中，研究人员估计有LP等位基因的人比没有LP等位基因的人多生育19%的后代。研究人员称这种程度的选择是“基因组中发现的最强大的基因”。

随着几百代人的积累，这种优势会帮助一个种群接管大陆。但是托马斯说，“只有当这一种群供应新鲜牛奶并从事乳制品业，基因和文化才能共同进化。他们互相依存。”

通过研究人类分子生物学和古代陶器的考古学和化学，车乐的参与者试图解释现代欧洲起源的关键问题。“这是考古界一直存在的问题:我们的祖先是中东农民还是本土猎人？”托马斯说。归根结底，这场争论是一个进化还是替代的问题。欧洲本土的狩猎采集者取代了农业和畜牧业吗？还是农业殖民者大量涌入欧洲，由于基因和技术的结合，在竞争中比本土人更胜一筹？

一大证据来自对考古遗址发现的动物骨骼的研究。如果养牛主要是为了发展乳制品业，一般牛犊在一岁前就会被宰杀，这样母牛才能挤奶。但是为了吃肉而饲养的牛会在完全长大后才被宰杀。

在研究骨骼生长模型的基础上，来自法国国家自然历史博物馆的动物考古学家让-丹尼斯·万表示，中东地区的乳品业可以追溯到大约10500年前，当时人类首次在当地驯化动物。这一时期恰逢中东新石器时代的过渡时期，当时以狩猎和采集为基础的经济让位于以农业为主的经济。巴黎博物馆的动物考古学家罗兹·吉利斯说，“乳制品行业可能是人类开始捕捉和饲养牛、羊、山羊等反刍动物的原因之一。”

“随后乳制品业随着新石器时代的过渡而扩张。”吉利斯说。他研究了欧洲和安那托利亚150处遗址中骨骼的增长情况。经过大约2000年，当农业从安那托利亚蔓延至北欧，乳制品业也被带到了北欧。

然而，研究人员表示，这种生长模式并不能解释欧洲新石器时代的过渡时期是来自进化还是替代，但牛骨提供了重要线索。在布格和其他车乐研究人员的一项研究中，发现欧洲新石器时代遗址的家养奶牛最接近中东的奶牛，而不是欧洲本土野牛。布格说，这个强烈的迹象表明，牧民已经把牛带到了欧洲，而不是来到欧洲，然后回到当地驯化。

综上所述，这些数据有助于解决第一批欧洲农民的起源。“很长时间以来，欧洲大陆的主流考古学认为，中石器时代的狩猎采集者发展成了新石器时代的农民。”布格尔说，“我们与他们的结论完全不同，新石器时代的农民是由中东迁移过来的。”

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乳糖耐受性在南欧扩散更艰难

因为中东的乳业是在欧洲乳糖耐受等位基因出现几千年后才出现的，所以古代牧民必须努力降低牛奶中的乳糖浓度，这可能是通过制作奶酪或酸奶来实现的。

为了验证这一理论，LeCHE的研究者们化验了古代的陶器。粗糙多孔的陶土里含有许多残留物，足以使化学家们分辨出在烹调过程中被吸收的脂肪是肉类还是奶类，是奶牛、绵羊、山羊等反刍动物还是其他动物。“这使我们能够判断出被烹调的食物种类。”布里斯托大学的化学家理查德·埃弗谢德如是说。

Evershed和他在车乐的合作者在至少8500年前中东新月沃地出土的陶器上发现了奶油。罗菲特-索尔切对波兰陶器的研究提供了确凿的证据，证明大约在6800年至7400年前，欧洲牧民开始生产奶酪来补充饮食。当时，乳制品已经成为新石器时代日常饮食的一部分，但它们并不是经济中的主导力量。

此后的发展进行得很慢，因为这需要以乳糖耐受性的大范围扩散为基础。乳糖耐受等位基因在出现后又经过了一段时间才在人口中得到传播，伯格在古代人类DNA样本中寻找基因突变的迹象，发现这种突变于6500年前在德国北部出现。

车乐项目的参与者、伦敦大学的人口遗传学家帕斯卡尔·戈博德建立了一个模型来解释这种特征是如何传播的。因为中东的新石器文化迁移到了欧洲，他们的农耕和畜牧技术帮助他们打败了当地的猎人。Gerbaud还表示，由于从南方向北方的迁移，乳糖耐受等位基因也随着迁移潮而传播。

相形之下，乳糖耐受性在南欧的扩散更加艰难，因为早在这种突变出现以前，新石器时代的农民就已经在那里定居了。但随着农业社会向北部与西部扩展、进入新的领域，乳糖耐受性取得了很大的优势。热尔博表示，随着人口在迁徙潮中的不断增长，等位基因的频率也不断提高。

这个扩散模型还是有迹可循的。乳糖耐受在南欧比较少见，在希腊和土耳其占人口比例不到40%，但在英国和斯堪的纳维亚，超过90%的成年人可以消化牛奶。

为何乳糖耐受性在北欧和中欧普遍？

在大约5000年前的新石器时代晚期和青铜时代早期，乳糖耐受等位基因在北欧和中欧较为普遍，牛产业早已占据主导地位。布格勒斯说:“他们发现了这种生活方式，并实际上受益于它的营养价值，从而进一步扩大或集约化畜牧业。”在新石器时代晚期和青铜时代早期的中欧和北欧考古遗址中，牛骨占动物骨骼的三分之二以上。

但LeCHE的研究者们仍在试图解答为什么摄取奶类的能力在这些地区成为优势。托马斯提出，随着人口向北迁移，奶类或许能帮助人们应对饥荒。乳制品在较寒冷的气候中可以储存更久，而且与植物的生长季节与收成状况无关，总是能为人们提供充足的热量。

其他人认为牛奶中高浓度的维生素D可能有助于人们预防疾病，如佝偻病。人体只有在阳光下才能合成维生素D，而北方人冬天缺少阳光。然而，乳糖耐受在阳光明媚的西班牙也很常见，这使得上述观点在一定程度上受到质疑。

LeCHE项目为综合各个学科和工具来解决考古学问题提供了一个范例。“考古学、古人类学、古代和现代DNA、化学分析可以合力解决一个问题。”并未参与这一项目的伦敦大学皇家霍洛威学院古遗传学家伊恩·巴恩斯说，“许多饮食上的其他变化也可以通过这种方式来进行研究。”

例如，这种方法可以帮助研究淀粉酶的起源。目前，研究人员仍无法确定这种酶的进化是早于还是晚于农业发展导致的粮食种植的普及。此外，科学家们还想知道乙醇脱氢酶的进化过程，它对于酒精的分解非常重要，可以帮助解释人类对酒精的渴望最初是如何形成的。

LeCHE的参与者现在正在关注更早的研究对象，是一个名为“连接欧洲与安那托利亚的新石器时代”的项目的一部分。该项目致力于研究最早的农牧民如何进入欧洲。伯格、托马斯及其在BEAN项目的合作者打算前往土耳其，用计算机建模和古代DNA分析来研究新石器时代的起源，希望能更好地了解早期农民是哪些人，以及他们是如何抵达欧洲的。

他们沿途将会吃到“白奶酪”——一种几乎所有土耳其早餐都会用到的咸味绵羊奶酪，很可能就像大约8000年前新石器时代的当地农民吃到的那样。当时，乳糖耐受性还没有扩散至此，人们还没有消化鲜奶的能力。