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德國青銅時代的戰士們,大多乳糖不耐

寒波_96
・2020/09/22 ・3087字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 572 ・九年級

德國北部的圖蘭森河邊,距今 3200 多年前的青銅時代,曾經上演過仿佛世紀帝國真人版的大戰。至今戰場只有一小部分被調查過,卻已經發現分屬 140 位死者的遺骸。

參戰戰士想像圖,他們大部分應該無法消化乳糖。圖/取自 Slaughter at the bridge: Uncovering a colossal Bronze Age battle

考古學家認為這一場戰爭,應該是在一天、一地發生,估計參戰人數破千,可能多達數千人。這場公元前 13 世紀的大戰缺乏文字記載,也沒有詩歌傳說提及,早已遭到歷史遺忘。

1996 年有人在河邊撿到死人骨頭,才開啟一系列發掘,成為歐洲那個時期規模最大的戰場考古研究。新問世的論文報告古代DNA 的分析,證實參戰人員中有女生;另一項有趣的發現是,他們幾乎都不能消化乳糖。1, 2, 3

延伸閱讀:青銅時代圖蘭森河大戰,金屬工匠工具包

遺落在圖蘭森戰場上的金屬物件。圖/取自 Lost in combat? A scrap metal find from the Bronze Age battlefield site at Tollense

古代戰場中的 DNA

研究團隊試圖由 21 人的遺骸取樣 DNA,不過只有 14 人的品質夠好,基因組覆蓋率超過 4%,能被用於後續分析。這場戰爭中同年同月同日死的 14 人,遺傳上看來都不是近親;意外的是其中有 2 位女生,可見也有女生參戰,而且不幸陣亡,不過還不清楚女生的角色為何。

歐洲到 3000 年前的青銅時代晚期,許多地區人群的遺傳組成,和同一地區的現代族群已經差不多。這 14 人遺傳上都類似今日歐洲中部、北部的族群,沒有明顯的外來成分。

光看 DNA 無法判斷這群人具體的地理來歷,之前發表的研究根據鍶穩定同位素,推論有些參戰者在本地長大,也有從外地來的。

延伸閱讀:世紀帝國真人版:一場被遺忘的史詩級青銅器大戰

這群人的 DNA 有一件有趣的發現:14 人中只有 1 位,配備成年後能夠消化乳糖的遺傳變異。

各地人群配備 LP 的頻率。圖/取自 ref 4

成年後消化乳糖的能力

哺乳動物小時候,母乳是重要的營養來源,乳糖酶(lactase,常簡稱為 LCT)能夠消化母乳中的乳糖。哺乳動物長大後乳糖酶基因不再表現,有些智人卻是例外,他們乳糖酶基因附近的 DNA 變異,會改變基因調控,使乳糖酶在長大後持續表現,讓成年人能夠消化乳糖。

讓乳糖酶維持運作的 DNA 變異不只一種,目前已經知道至少有 5 個;其中4 個分佈於非洲與中東,1 個在歐洲是主流。歐洲流行的變異位置「rs4988235」位於乳糖酶基因的上游約 1.4 萬個鹼基處,由 C 改變為 T(−13.910:C>T)。4

成年後還能消化乳糖的能力稱作「乳糖酶持續性(lactase persistence)」,簡稱 LP。

5 種 LP 遺傳變異 。圖/取自 ref 4

青銅時代 LP 已經存在,只不過相當小眾

歐洲人群中 LP 的比例為 60 到 70% 左右。之前有研究估計它誕生的年代超過 6000 年,甚至超過一萬年;不過近來的古代DNA 研究發現,已知最早的 LP 距今只有 4000 多年而已。

可以肯定一直到距今 3000 年前,LP 在歐洲仍然小眾,在各地遺址常常存在,比例卻都不高。

青銅時代的樣本,這回圖蘭森遺址的 14 人中只有 1 位(7.1%),西伯利亞的 Mokrin 遺址距今 3700 到 4100 年前的 18 人中也只有 1 位(4.6%)。不列顛 6 人中占 17%、捷克 14 人中占 10%、德國的萊西河谷 34 人中占 29%。

年代比較晚的遺址 LP 比例比較高。波羅地海旁邊的拉脫維亞,距今 2730 到 2560 年前的 8 人,以及德國南部 1500 年前的 21 人,比例皆為 57%。匈牙利中世紀早期的 13 人,比例高達 73%。

不同年代、地點的古代樣本中 LP 存在的頻率。圖/取自 ref 1

整體看來,成年後能消化乳糖的 LP 遺傳變異,在青銅時代的歐洲已經存在,不過比例很低;之後各地都有所增加,但是離現在的 60 到 70% 還有一段差距,歷史上應該是持續上升。

沒有證據支持 LP 源自草原

有些地區的人從一萬年前開始,與牛奶、羊奶有大量接觸機會。等到 7000 年前,歐亞大陸西部的多數地區都已經出現乳製品,不過直到青銅時代結束的 3000 年前,LP 的比例仍然不高。

有個論點主張 LP 起源自畜牧發達的草原地區,隨著青銅時代的草原移民潮進入歐洲,但是目前的古代樣本不支持這個論點。

新研究除了圖蘭森遺址之外,也取樣歐洲東部的草原地區,距今 3000 多到 5000 多年前的 37 人中,配備 LP 的竟然連一個人都沒有。之前發表過的樣本中,東歐草原 4300 到 5600 年前的 37 人,LP 的頻率為 0%;4300 到 4900 年前的 Corded Ware 文化的 55 人,頻率只有 1.8%。

目前並沒有強力證據支持 LP 來自草原。青銅時代早期的東歐草原,LP 即使存在,也相當罕見。

各地古代樣本的分佈狀況,黃色是配備 LP 的樣本,紅色沒有。圖/取自 ref 1

近3000年來時代力量的寵兒

不論 LP 起源自何時、何處,所有分析方法都指出,LP 在最近 3000 年內受到很強大的正面天擇影響,使得比例持續上升。

也許會有人質疑,LP 比例上升會不會只是運氣好?事實上,總共分析超過 400 個類似的基因變異,在同樣的標準下,LP 之外,只有一個和免疫有關的基因 TLR6(rs5743810)明顯受到天擇青睞,不過強度當然不如 LP。

由此看來 LP 確實是時代力量近 3000 年來的寵兒。這麼明顯的現象也許不是單一優勢所致,詳情仍有待深究。對於此一遺傳學課本介紹天擇時的經典案例,仍然有許多未知之處。

延伸閱讀

  1. 短篇 7200年前,地中海北岸最早的起司
  2. 短篇 7000多年前,非洲最早的乳製品
  3. 考古探密:奶與蜜 
  4. 箕形門齒 X 美洲原住民 X 母乳——這三者源自冰河時期的神秘關係是?
  5. 人類也會被馴化?從乳糖不耐症,看人類基因的轉變——《祖先的故事》
  6. 為何牛奶會讓人「小時好好,長大拉拉」?乳糖不耐和基因調控──《生命如何創新》

參考資料

  1. Burger, J., Link, V., Blöcher, J., Schulz, A., Sell, C., Pochon, Z., … & Reyna-Blanco, C. S. (2020). Low Prevalence of Lactase Persistence in Bronze Age Europe Indicates Ongoing Strong Selection over the Last 3,000 Years. Current Biology.
  2. Lactose tolerance spread throughout Europe in only a few thousand years
  3. Study reveals lactose tolerance happened quickly in Europe
  4. Ségurel, L., & Bon, C. (2017). On the evolution of lactase persistence in humans. Annual review of genomics and human genetics,, 18.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。


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喝母乳的寶寶能提升神經認知功能?——是真的!而且「曾經喝過就有效」

查克爸
・2021/10/26 ・3015字 ・閱讀時間約 6 分鐘

喝母乳的寶寶,真的會更聰明嗎?母乳不僅能夠提供小寶寶所需的營養以及免疫力,而透過母親的生理機制,更能將各種符合自己孩子需求的成分,客製成孩子專屬的母乳。需要發育大腦,就多給些相關的成分,如果要長肌肉也沒問題,媽媽隨時隨地都準備為孩子產製最適合的母乳,這可是任何產業都難以複製的機能。因此母乳被說是對寶寶是最好的禮物,想當然各種與母乳哺育相關的研究主題,便是眾多學者探討了解的目標。

其中,研究智力發展應該是最吸引人的主題之一,不過目前為止也是有研究指出,母乳哺育的孩子,他們的平均智商與沒有母乳哺育的孩子相差無幾,這不知潑了多少人一身的冷水,掃了無數爸媽的興致。但以前的證據說智商沒差異,不代表新的研究一樣沒差異,科學這件事就是會不斷變化,產出新的結論,全世界仍有不少研究都提出母乳可能使寶寶更聰明。

這次要介紹的羅徹斯特大學醫學中心(URMC)神經科學研究所(Del Monte Institute for Neuroscience)的成果就是其中之一,他們這次提出的新證據是與認知能力有關,而且他們的結論應該會讓人眼睛一亮,因為他們發現,母乳哺育的時間長短與 9-10 歲兒童的部分認知發展有關連,而且只要孩子有吃母乳一段時間就可以看出差異[1]

人類積極探索智力,母乳與智力的關係更是熱門主題之一。圖/Pixabay

改變研究方向,找出母乳與智力之間的正向證據

隨著各種研究產出,我們得以知道智力受到很多變項影響,尤其是與父母親直接相關的因素,例如父母的社經地位、智力程度、學經歷等都可能使孩子擁有較高的智力。換句話說,也就是研究者比較了相同教育程度或是經濟程度的母親後,結論是不管有沒有哺餵母乳,他們孩子的智商分數可能相近。

既然知道多種因素可以影響智力,便要在研究方法的設計下足功夫,因為要盡可能控制所有影響,讓母乳哺育的小孩,以及沒有母乳哺育的小孩都能在同一個基準線上比較,才能看出客觀上的差異,或可說是未能控制好混雜因素[2]

不過就如開頭所說,研究目標、方法不同,看到的成果就不一樣,羅徹斯特大學醫學中心這篇藉由分析青少年大腦認知發展研究計畫[3](The Adolescent Brain Cognitive Development Study;ABCD Study)數據的報告,就看到了母乳與認知的正向關係,改而分析更細項的各種認知能力[4],其涉及了執行與感知、學習、記憶、理解、意識、推理、判斷、直覺和語言相關的等各種任務技能。

認知能力分好多,研究分析哪些?

這個認知研究採用 ABCD 研究數據來探討,但為了減少測量誤差的影響(例如孩童曾經暴露會接觸酒精的環境、未參加訪視的兒童等因素),研究者最終保留了 9,116 名兒童的數據,並以此分析母乳哺育時間與神經認知能力之間的關係。那列入分析的認知能力向度有哪些?

向度一共有三項,而且跟每個人都有關,分別是一般能力(general ability)、執行能力(executive function)以及記憶力(memory),而這三項能力各自有其解釋在,如一般能力,美國心理學會對此提出的解釋定義是,一種可以被衡量的能力,且被認為是基礎能力,用來處理所有與智力相關的任務。

再來是執行能力,這個能力則可用來管理和控制工作記憶、注意力,也跟抽象思考等種種認知過程有關,像是設定目標、想像並預見;最後一個是大家耳熟能詳的記憶力,是透過大腦系統所儲存的訊息,是能回憶特定訊息或曾經有過的經歷。

不過這些能力的發展程度真的能評量嗎?放心,各項認知能力背後有眾多的研究依據,也發展出各種不同的測量方式來評定。像是「魏氏兒童智力量表的矩陣推理測驗」就在這個研究被用來測量知覺推理和組織、空間訊息處理等相關的能力;而美國國立衛生研究院的 NIH Toolbox®-Cognition battery,也在這個研究裡被整合運用評估兒童的神經和行為功能。最後通過次數以極多的神經認知測驗,也才讓研究結果得出有吃母乳的小朋友,是能改善某個認知能力。

針對各種能力、認知所開發的測驗,不斷的被開發出來並應用。圖/Pexels

母乳真的有助於認知能力!是哪一項呢?

研究要分析的有一般能力、執行能力以及記憶力,那究竟哪像能力獲得提升呢?鏘鏘,從數據提供的結論是一般能力(general ability)與母乳哺育的時間長短有顯著關聯[1]。但你可能會說「怎麼才提升一種能力?」,這時候我們要關注的是,在心理學上的一般能力也包含多種能力,一般能力只是所有分向能力的統整稱呼。

研究中把這九千多位 9-10 歲的孩子,依照他們吃母乳的時間長短分成四組,第一組是 0 個月的控制組,接著是三組母乳哺育的實驗組,分別是 1-6 個月、7-12 個月以及吃母乳超過 12 個月的寶寶,可以看到在母乳哺育期最短的 1-6 個組別寶寶,他們在一般能力的測驗結果,比起沒吃母乳的寶寶有所提升,而且隨著母乳哺育的時間變長,孩子們在一般能力的發展程度也越來越高。

用另外一個角度來看研究結果就是,今天有某一個家庭選擇餵養母乳,即便哺育期間落在有點長又不算太長的 2 個月或是半年內,對寶寶的神經認知發展來說也是有幫助的,這也符合研究人員的設定目標,因為這有望幫助改善人們的動機,讓更多人想要母乳哺育,不只告訴每個家庭們可以量力而行,也藉此呼籲政府、社會企業能夠更設身處地為媽媽們著想。

母乳哺育與一般能力認知的關聯性較高,且隨著期間變長而增加。資料/參考資料1

研究成果重要,但更該考慮「人」

各種母乳相關的科學證據報告,讓母乳對孩子的好處不言而喻,這次介紹的研究也是,也的確可以藉由這些證據協助家庭做出決定,讓他們決定是否要餵養母乳,但這篇研究成果的重點,是希望能夠「鼓勵」家庭選擇用母乳哺育寶寶,而不是「非得要」。

不可否認的是,母乳哺育對媽媽們是一個壓力來源,常常聽到「給寶寶最好的」,反而讓各種美好變成壓力,像是聽到哪位媽媽不給寶寶吃母乳,各種批評襲來,不餵母乳變成一種罪過。而如果選擇母乳哺育,又可能因為家人不支持而宣告放棄。

母乳對寶寶有幫助,但家人彼此間的支持才更重要。圖/Pixabay


研究也實實在在告訴我們,餵養母乳的意願及時間長短,可是牽涉眾多因素,其中個體因素如教育程度、年齡會改變想法,還有環境和社會文化影素也會影響,例如就業問題、丈夫支持程度、家人態度也都大大的參雜其中[6]

因此每個家庭間的討論、媽媽的個人意願都很重要,有了共識後再來下決定,而當你們決定好要給寶寶母乳,又就差那決定性的臨門一腳時,不妨想想這篇研究提出的結論,「只要曾經給寶寶喝母乳,便有機會提升他特定的認知能力喔」。

參考資料

  1. Lopez, D. A., Foxe, J. J., Mao, Y., Thompson, W. K., Martin, H. J., & Freedman, E. G. (2021). Breastfeeding Duration Is Associated With Domain-Specific Improvements in Cognitive Performance in 9-10-Year-Old Children. Frontiers in public health, 9, 657422. https://doi.org/10.3389/fpubh.2021.657422
  2. Walfisch, A., Sermer, C., Cressman, A., & Koren, G. (2013). Breast milk and cognitive development–the role of confounders: a systematic review. BMJ open, 3(8), e003259. https://doi.org/10.1136/bmjopen-2013-003259
  3. https://abcdstudy.org/
  4. https://dictionary.apa.org/cognitive-ability
  5. Natland ST, Andersen LF, Nilsen TI, Forsmo S, Jacobsen GW. Maternal recall of breastfeeding duration twenty years after delivery. BMC Med Res Methodol. 2012 Nov 23;12:179. doi: 10.1186/1471-2288-12-179. PMID: 23176436; PMCID: PMC3568415.
  6. Shi, H., Yang, Y., Yin, X. et al. Determinants of exclusive breastfeeding for the first six months in China: a cross-sectional study. Int Breastfeed J 16, 40 (2021). https://doi.org/10.1186/s13006-021-00388-y

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查克爸
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查克爸|醫學生物技術領域 碩士,現職為開發自然科學評量工具的研究 人員,將各種研究設計為科學教育評量工具的同時,也投入喜愛的科普領域。
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