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先有乳腺還是先有哺乳類?——《與達爾文共進晚餐》

乳汁,一種專門演化出來給我們吃的食物

圖/pixabay

我們可以確實說,乳汁是唯一一種專門演化出來給我們吃的食物。我們把這個演化的禮物和其他生物共享,製成了起司。製造起司時,乳汁中的一小部分能量給了那些生物,它們慷慨回報無窮的好味道。乳腺,以及有時從乳腺分泌而出的乳汁,對哺乳類所有新生兒的生存都無比重要,真不知道哺乳類的祖先在還沒有乳汁時是怎樣活下去的。我們對於任何適應,都可以提這個問題。

達爾文在《物種原始》中堅稱,天擇造成的演化是一種漸進的過程,大自然不會突然跳一大步,而是踩著小碎步,經過長久的時間,才造成顯著的變化。他認為漸變論是天擇演化的基礎,讓這個理論能夠接受測試,並且寫道:

「如果有任何複雜的器官不是經由許多複雜、連續且細微的改變而造就的,那麼我的理論就完全失敗了。」

生物學家米瓦特(St. George Mivart)一直抓著這個句子攻擊達爾文的理論(他的名字是聖喬治,和傳說中的屠龍英雄一模一樣,或許因為這樣,覺得自己要有一樣的精神),指出古老祖先最早的乳腺應該還沒有發育完全,對於新生小動物來說根本沒有絲毫用處。他說:

「有某個動物年幼的時候能夠活下來,是因為偶然間吸取了母親皮膚上偶然出現的腫大腺體所分泌的一滴液體,其中的營養成分還少得可憐,這種說法可信嗎?」

好一個有著既定觀點的問題。

生物學家米瓦特(St. George Mivart)。圖/wikimedia

從汗腺演化而來的乳腺,比哺乳類更早出現

米瓦特年輕的時候支持達爾文的理論,但是在成為演化學家的過程中,由於本身在宗教上的信仰,他抗拒天擇的普遍性,也反對完全不含有上帝設計或指導的這個演化理論。一八七二年,達爾文在進行《物種原始》第六版(也是最後一版)的修改工作時,發現需要撰寫一章全新的內容,才能夠回答米瓦特的各種批評。

可愛的鴨嘴獸。圖/wikimedia

在這一章中,達爾文寫道:「所有哺乳類動物皆具備乳腺,其存在無庸置疑,且必在遙遠古時便已出現……」達爾文繼續說道,米瓦特質疑原始的乳腺對於後代的用處,這個問題其實並不恰當,因為當時已經知道,鴨嘴獸有類似的器官,年幼的鴨嘴獸會直接從母獸皮膚上的腺體吸取乳汁,皮膚上並沒有乳頭,鴨嘴獸幼兒不太可能出現米瓦特所說的那種問題。

鴨嘴獸是卵生的哺乳動物,這類動物稱為「單孔類」,人們認為牠們類似早期的哺乳動物。只有澳洲才有野生的鴨嘴獸,牠們在夜間活動,白天躲在地道深處。在一八七二年的時候,鴨嘴獸能夠生蛋這件事情,還只是沒有經過確認的謠言。如果當時達爾文就知道鴨嘴獸除了有原始的乳腺之外,還會生蛋,那麼他應該可以更用力強調這種動物是演化史上的孑遺生物,是哺乳動物產卵的祖先和後來具備完整乳頭的哺乳動物之間的過渡期。

就和達爾文當年的推測一樣,製造乳汁的腺體在結構上類似於皮膚上的汗腺,乳腺幾乎可以確定是由汗腺演化而來、具有特殊功能的腺體。他也正確推論出泌乳的古老起源。現在的遺傳學與生物化學證據指出,最早的哺乳動物大約在二億年前出現。包括鴨嘴獸在內,會分泌乳汁的動物全部具備了一群相同的基因,製造出基本成分相同的乳汁,這便是證據。所有的哺乳動物都得起源於一個共同祖先,這個祖先當時便有了完整的泌乳機制,才會出現後來這樣的狀況。由於泌乳機制本身很複雜,需要時間才能演化出來,因此起源的時間必定早於二億年前。這聽起來很矛盾,但是蛋比飛鳥更早出現,乳腺和乳汁也比哺乳動物更早出現。

乳糖的優勢:避免細菌及酵母菌感染乳腺

乳汁是一種特殊的液體,有兩種相輔相成的功能:

提供營養,以及提供保護。

營養來自於乳汁中的蛋白質、脂肪、糖類(乳糖)、鈣質與其他礦物質。保護來自於乳汁中的抗體,以及其他具備抗菌功能的酵素,這些成分在初乳中特別豐富。初乳是剛出生哺乳動物最早吸到的乳汁,其中也含有母親的免疫細胞。

乳汁中含有的碳水化合物,全都是罕見的糖類:乳糖,而不是所有細胞都能夠共通使用的葡萄糖。這種情況很少見,值得注意。哺乳動物為什麼要提供這種需要消化之後才能利用的碳水化合物給幼兒?如果乳汁中含有的是即刻便能利用的高能葡萄糖,對幼兒不是更好嗎?答案可能在於乳糖的獨特性質,具備了葡萄糖所缺乏的優勢。世界上到處都充滿想要大吃葡萄糖的細菌和酵母菌,只有幾種細菌能夠利用乳糖。想想看細菌或酵母菌感染了乳腺之後,會對母親和幼兒造成什麼樣的災難?

圖/pexels

釀酒者利用了酵母菌無法讓乳糖發酵的特性,在啤酒中加入乳糖以增加甜味,製造出來的啤酒稱為牛乳司陶特(milk stout)。如果加的是葡萄糖或是蔗糖,酵母菌會把這些糖類轉換成酒精。

乳糖酵素與乳糖不耐症,都是對偶基因在作怪

如果要用特殊的糖類餵養幼兒,會產生一個問題:幼兒需要特殊的酵素分解乳糖,之後才能加以利用。哺乳類的幼兒能夠製造乳糖酶來解決這個問題。當幼兒長大斷奶之後,乳糖酶便愈來愈少,最後身體不再製造這種酵素,因為沒有需要了。成年動物吃的食物中沒有乳糖。所以,哺乳類在小時候把乳汁中的乳糖當作能量來源,成年後卻通常無法消化乳糖。

人類成年後往往也無法消化乳糖。

如果你有乳糖不耐的狀況,又吃了沒有經過發酵的新鮮乳汁,那麼可能會腹瀉、肚子疼,因為腸胃道的細菌會大吃這些乳糖,讓你的肚子漲氣。如果你能夠耐受乳糖,是因為你身上有一種對偶基因,讓你在成年後依然持續產生乳糖酶。這類突變的出現與散播,與個人的家族歷史有關。

 

摘錄自《與達爾文共進晚餐》,2018 年 10 月,天下文化出版


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