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給牛奶考個古:牛奶可不是隨隨便喝上的

(譯者 / 綿羊C)20世紀70年代,波蘭一個石器時代遺址出土了一些奇怪的佈滿小孔的陶質碎片。2011年一位地球化學家在這些陶片中驗出了大量的牛奶脂質——這證明早期的農民利用這些陶片做為篩子,將牛奶中富含脂質的固體物質和液體狀的乳清蛋白分離。這一發現使得這些波蘭文物成了世界上已知最早的奶酪製作的證據。

這項發現是歐洲牛奶史研究成果的一部分,而研究牛奶史能夠闡釋奶製品對人類在歐洲大陸的開拓與定居所產生的深遠影響。在最近的冰河時期,牛奶對成年人來說還是種毒藥。與兒童不同,成年人無法產生分解牛奶中主要糖分乳糖的酶。但在約1.1萬年前的中東,隨著農耕逐漸取代了捕獵和採集,養牛者們學會了用發酵牛奶製成奶酪或酸奶的方式將乳製品中的乳糖降到人類可以承受的水平。又過了幾千年,一個基因突變擴散到了整個歐洲,使人類獲得了產生乳糖酶從而終生飲用牛奶的能力。這一適應為人類開發了一個全新的豐富營養的來源,讓人們得以撐過歉收的年頭。

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乳糖酶熱點圖。只有三分之一的人成年後可以產生乳糖酶從而能夠飲用牛奶。 橫軸:可以飲用牛奶的成年人百分比。
圖片來源:nature.com

這場牛奶革命可能是歐洲南部的農民和放牧者得以橫掃歐洲大陸、取代存在了幾千年的狩獵採集文化的主要原因。以考古學的角度來看,他們擴散的速度相當快。這場移民潮為歐洲留下了永久的印記——與世界上許多地區不同,歐洲的大部分人如今都可以耐受乳糖。科學家認為,大部分歐洲人可能都是歐洲最早具備乳糖耐受性的農民的後代。

強壯的胃

幼童幾乎都可以產生乳糖酶以分解母乳中的乳糖。但隨著他們逐漸成熟,大多數人的乳糖酶基因都會被關閉。大部分保留了喝牛奶能力的人其血統都可以追溯到歐洲,歐洲人的乳糖耐受性似乎與乳糖酶基因附近一個胞嘧啶變為胸腺嘧啶的單一核苷酸突變有關。這一突變的發生相對較遲。科學家們通過觀察現代人的基因多樣性並用電腦模擬了相關突變在古代人群中的擴散方式,估算出乳糖耐受性等位基因大約出現在7500年前的匈牙利。

強大的基因

乳糖耐受性基因的出現提供了巨大的演化優勢。在2004年的一項研究中,科學家們估算具備這一突變的人產生的可育後代比不具備這一突變的人多19%,優勢之巨在整個基因組中名列前茅。這種優勢傳遞了幾百代,幫助一群人佔領了一個大洲。但科學家認為這種優勢只有在人群有鮮奶來源並攝取奶類時才能發揮,這是基因和文化共同演化的過程,兩者互相依存。通過研究人類分子生物學和古代陶器的考古學與化學原理,科學家們不但希望找出基因與文化互相作用的歷史,還希望能搞清現代歐洲人起源的一個關鍵問題、一個考古學上長期存在的問題——他們到底是憑藉優勢取代了本地人群的中東農民的後裔,還是本土狩獵採集者的子孫?

簡報1

圖片來源:nature.com

在動物骨骼研究的基礎上,科學家們提出中東地區的乳製品業可能可以追溯到人類首次馴養動物的時候,即1.05萬年前。這時中東剛剛開始新石器革命——經濟模式由狩獵採集業轉向農業的過程。獲取乳製品可能是人類開始捕捉和飼養牛、綿羊和山羊等反芻動物的原因之一。隨後乳製品業便與新石器革命一同擴散開來。農業在之後的2000年間從安那托利亞傳播到歐洲北部,而乳製品業的傳播也遵循這一模式。單純分析乳製品業的發展模式,並不能表明新石器革命在歐洲的擴散方式到底是通過演化還是替代,但牛骨卻為這一問題提供了重要線索。科學家們發現,歐洲的新石器時代遺址的家牛與中東地區的牛類親緣關係最近,與本土的歐洲野牛親緣較遠。對中歐一些遺址的古人類DNA的研究也得出了類似的結論。這說明新石器時代的農民並非土著狩獵採集者的後代。在很長一段時間裡,歐洲大陸考古學的主流觀點是新石器時代的農民是中石器時代的狩獵採集者後裔。但科學家們的最新證據卻給出了一個完全相反的結論。

喝奶還是吃肉?

鑑於早在歐洲出現乳糖耐受基因的幾千年前中東便已經出現了乳製品業,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。目前看來他們很有可能是採用了把牛奶製成奶酪或酸奶的方式。為了驗證這個理論,科學家們對古代陶器進行了化學檢測,這些檢測能夠測出殘留的脂質到底來源於肉還是奶、來源於反芻動物還是其他動物。他們在中東新月沃土出土的至少有8500年歷史的陶器上找到了牛奶脂質,再加上波蘭陶器的分析結果,證明在6800~7400年前的這段時間裡,歐洲的放牧者已經開始製作奶酪作為食物之一。那時乳製品已經成了新石器人食譜的一部分,但還沒能成為經濟中的重要組成部分。

第二個階段——直接飲用奶——乳糖耐受基因進展得比較緩慢,並且似乎需要乳糖耐受性的廣泛傳播作為基礎。乳糖耐受基因在出現後經過了一段時間才在人群中普遍起來,科學家研究了古人類DNA樣品中的突變,發現這種突變出現在德國北部的時間是6500年前。群體遺傳學專家解釋這一性狀可能是隨著中東的新石器文化進入歐洲的,這些人的耕種和放牧技術使他們的競爭力比當地的狩獵採集者更勝一籌。隨著歐洲南部的人們向北推進,乳糖耐受基因也乘上了這場人類遷移的東風。乳糖耐受性在歐洲南部的傳播卻沒那麼容易,因為早在這種突變出現以前新石器時代的農民們就已經在這裡安定了下來。但隨著農業社會向北、向西推進,乳糖耐受性帶來的優勢產生了巨大的影響,遷移人口的迅速增長也令乳糖耐受基因的基因頻率得到了提高。這種擴張模式至今仍有跡可循。在歐洲南部,乳糖耐受性相對罕見——在希臘和土耳其人口中的比例低於40%。但在英國和斯堪的納維亞,超過90%的成年人都能消化牛奶。

牛的勝利

到了新石器時代晚期、青銅時代早期,即約5000年前,乳糖耐受基因在歐洲北部和中部的大部分地區已十分普遍,牧牛業在文化中已佔據了主要地位。牛骨在許多歐洲中部和北部的新石器時代末、青銅時代初的遺址中佔到了動物骨骼的三分之二以上。不過讓科學家們仍感困惑的是,在這些地區攝取牛奶的能力為什麼能帶來這麼大的優勢。有人提出,隨著人們向北遷移,攝入牛奶成了抵禦饑饉的有力手段。乳製品在較寒冷的地方可以保存更久,無論什麼季節、收成好壞都能為人們提供豐富的熱量。也有人認為牛奶帶來的優勢——這一優勢在北方尤為明顯——可能是因為其中含有較豐富的維生素D,可以幫助人們預防像佝僂病這樣的疾病。人類只有在陽光照射下才能合成維生素D,而對北方人來說冬天很難獲得足夠的日曬。但是乳糖耐受性在陽光普照的西班牙也普遍存在,這使得維生素D理論依舊存疑。

這個對乳製品和乳糖耐受基因的研究為科學家們樹立了一個榜樣,即考古問題也可以用許多不同領域的知識和工具來解答,集考古學、古人類學、古代DNA和現代DNA、化學分析之力解決一個問題。還有很多其他飲食變遷的相關問題都可以這樣研究,比如澱粉酶、乙醇脫氫酶的起源。

原文編譯自Nature News:Archaeology: The milk revolution

轉載自果殼網

關於作者

果殼網

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