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系出同源-《香蕉密碼》

馥林文化_96
・2014/04/15 ・2672字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 500 ・六年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

YX1705  香蕉密碼二○○四年,就是憑著這股想要知道香蕉遺傳基因的衝動,我才會從宏都拉斯的蕉園跑到全球最先進的香蕉研究機構。那地方離中美洲、巴布亞新幾內亞甚至美國都非常遠,就位在比利時的繁忙大城:魯汶。

我在比利時找到的香蕉既是歷史的文物,也是未來的希望。首先,我從洛杉磯坐飛機前往布魯塞爾,再換搭通勤火車,一路上車窗上布滿雨絲,冷冰冰的工業景象在我眼前飛馳而過,過了十五分鐘,火車即抵達魯汶。我走出主車站,穿越城裡的廣場,到飯店登記。幾分鐘後,我就坐上了市區的二號公車。公車的擋風玻璃上印著目的地:大學。車上都是學生,一個空位也不剩。公車穿越城裡的市集廣場,經過壯觀的市府大樓(建於一四三八年),大樓的石造門面有兩百多尊哥德式雕像,全是過去的藝術家和科學家,可見這座已有五百年歷史的大學城有相當深厚的學術傳統。十六世紀的地圖學家麥卡托(Gerardus Mercator)當年就在這裡求學,他繪製的平面式、橘子皮似的世界地圖,至今仍在使用。一五一七年,即聖傑洛米奉羅馬教廷之命翻譯聖經後一千多年,魯汶大學開設了歐洲啟蒙運動後的第一個外語課程,規定學生學習互譯希臘文、希伯來文和拉丁文。

目前,魯汶大學是全球香蕉研究的中心。校內的熱帶作物改良研究室由史衛能(Rony Swennen)教授主持。他高高瘦瘦的,看上去有點飽經風霜,就像個香蕉探險家——他過去的確是,還曾到奈及利亞幫助當地村民種植香蕉並獲得榮譽酋長的殊榮。他的研究室收集了世界最豐富的香蕉基因資料,野生或栽培香蕉皆有。

研究室的學生和技術人員加起來共約三十人,來自世界各地,但主要是種植香蕉的國家。這些國家都提供獎學金供學生出國研究,回國之後,這些年輕科學家就會投入改良及保護當地作物的工作。

魯汶研究室裡放在圓盤裡的基因材料,還有試管裡的許多幼苗,全都保存在成排低溫缸內或史衛能教授研究室地下層的冷藏室裡(少數的成熟香蕉則集中在附屬的小溫室裡)。不過呢,你不一定要穿上毛皮大衣才能一窺裡頭的收藏,只要拿到一本類似香蕉版的館藏目錄即可。這本《芭蕉錄》(MusalogueMusa 是林奈給香蕉的屬名,中文譯作芭蕉屬)多達兩百多頁。一開始先簡單介紹這種植物命名和分類的過程,另外也為香蕉各部位列出相當方便的圖文說明。

不過,一百七十二種已知香蕉品種的索引才是這本《芭蕉錄》的精華,這些品種也是用來育種和研究的主要品種。我們最熟悉的華蕉在六十七頁,而我們吃的華蕉系品種名為威廉斯(Williams,奇基塔賣的就是這種香蕉),上面形容它有「白色乳汁」,花朵有乳黃色、銹源頭42紅色、黃色和白色;其頂端「長而尖」,果實「朝上彎曲」,最初是在澳洲南約翰石(South Johnstone)發現的。裡頭還列出其他三種華蕉品種:來自加勒比海的Petite 和Grande Naine(意思是小矮人和大矮人),還有Dwarf Parfitt(也在研究室的收藏之列)。華蕉品種的外型和口味都大同小異,不過從基因來看它們是一模一樣的雙胞胎。雖然有少數差異明顯可辨,但它們的DNA 都一樣,因此也具備一樣的特色、抵抗力,還有弱點。

我在研究室待了五天,冒雨通勤往返,在校內自助餐廳用餐,每天幾乎從早到晚都忙著拷貝大量的香蕉研究論文,其中有些文章已經超過一百年歷史。裡頭紀錄了很久以前科學家到亞洲和非洲採集香蕉的過程,還有科學家為了「改良」(意指人類為了培育新品種所作的努力)香蕉所作的初步嘗試,以及今人如何解開香蕉最神祕難解的基因祕密。我跟研究香蕉的學生一同討論,設法釐清各種有關香蕉遺傳基因的解釋。到了晚上,我會到當地酒館邊喝比利時啤酒,邊讀這本超大本目錄。

《芭蕉錄》也畫出了香蕉的樹狀家譜圖,但說它像樹,不如說它像金字塔更貼切。野生香蕉之類的品種在最底層,我們吃的香蕉在細細窄窄的最高層。香蕉包含在一個更大的植物分類——薑目——底下。從名字大概可以猜到,此目底下包括薑、薑黃和形似香蕉的旅人蕉(薑也是一種命運跟人類緊緊相繫的植物,最早可能在五千年前的印度出現,但現今已經完全找不到這種根莖類香料的百分之百野生種)。

再往上一層,芭蕉科屬於林奈劃出的芭蕉屬和較少人知道的象腿蕉屬(也稱假蕉),兩個屬算是表親。象腿蕉很像香蕉,主要分布在東非,但當地人吃的不是它們的果實,而是球莖;象腿蕉的球莖比真正的香蕉的球莖好吃,尤其是發酵再烤過之後,當地稱這種為kocho,類似你在衣索比亞餐館吃到的薄餅。

再往金字塔頂端前進一步,就會更接近我們熟知的香蕉。芭蕉又分為四種,但我們只吃其中的兩種:屬澳蕉宗(Australimusa)和正宗蕉(Eumusa)。屬澳蕉宗很少見,味道極佳,如果你去過斐濟或大溪地,可能就吃過,當地人叫它fe’i。這種香蕉還在樹上時,會分泌紫紅色乳汁,跟其他種香蕉分泌的乳汁很不一樣(不論什麼顏色,蕉乳都是世界上最黏最頑固的液體,一旦沾到衣服,怎麼洗也洗不掉)。它的口感綿密強烈甚至頗為複雜,每咬一口都會感覺到多層次的口味。這種蕉的果肉很多近似柳橙,而且長長圓圓的,形似芒果。除了這幾個小島特產的香蕉之外,一般人吃的香蕉都屬於正宗蕉。正宗蕉底下又分七類,但我們的香蕉栽培品種(英文是cultivar,結合cultivated 和variety 二字)大致只有兩種:尖蕉(Musa acuminata)和拔蕉(Musa balbisiana),簡稱A蕉和B蕉。

從這裡開始,輪到基礎遺傳學上場。不同的香蕉栽培品種都是A蕉基因和B蕉基因結合而成。野生香蕉和少數可食用香蕉的基金組合是AA,包含兩組相似的染色體。AB 和其他基因組合通常是人為雜交育種的結果。我們吃的華蕉是AAA 種(雜交種可以有兩組以上的染色體),之前的大麥克也是。幾乎所有的甜蕉都是AAA 種,非洲用來釀酒的香蕉也一樣。大蕉則大多是AAB 種。(註1)

大自然的原本的香蕉庫存裡,並沒有AA 以外的基因組合。AA 以外的基因組合不是人工培育的結果,就是野生種產生突變,再移到人類的果園裡栽種。現在世界上已經很少人把AA 香蕉當成日常食物。《芭蕉錄》裡列出的十二種AA 香蕉,九個來自新幾內亞,一個來自菲律賓,一個來源不明,最後一個名為Pisang Mas,是馬來西亞的主要作物。魯汶大學採集香蕉和整理《芭蕉錄》的目的,不只是為了呈現人類食用的少數香蕉有多麼深厚的歷史。更重要的是,希望採集的品種有助於增加香蕉的抵抗力,經人工培育後,能夠生產更好吃、更適合種植、更能抵抗病蟲害的新品種香蕉。但目前的進展緩慢,科學家也持續找尋未知的香蕉品種。另一方面,人類消耗的香蕉逐年增加,多不勝數,但從基因上來看,這些香蕉其實都來自同一個脆弱無比的小籃子。

 

◎ 註1:甜味香蕉的正式名稱是「甜點香蕉」,我們吃的華蕉就是一例,而綠色食用香蕉則稱「烹調香蕉」。不過這兩者在本書中多少可以互通或互換,畢竟它們的基因差異很小。

摘自《香蕉密碼:改變世界的水果》,由馥林文化出版。

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馥林文化是由泰電電業股份有限公司於2002年成立的出版部門,有鑒於21世紀將是數位、科技、人文融合互動的世代,馥林亦出版科技機械類雜誌及相關書籍。馥林文化出版書籍http://www.fullon.com.tw/

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失戀要吃「香蕉皮」,原來是真的?不但營養,還可以做甜點!
Evelyn 食品技師_96
・2022/09/30 ・3699字 ・閱讀時間約 7 分鐘

香蕉皮太難吃?磨成粉就好啦!

香蕉氣味芬芳、味甜爽口、肉軟滑潤,幾乎人人都愛吃。通常大家吃完香蕉後,剝下的香蕉皮,都直接扔進垃圾桶。然而,根據外媒 ScienceDaily 的報導,其實香蕉皮的營養價值很高,被丟掉實在太可惜了!

香蕉皮因纖維含量極高(纖維質約佔了一半),不適合生吃,但 ACS 食品科學與技術期刊上最新的研究發現,這些香蕉皮乾燥後,磨成一種富含纖維、鎂、鉀和抗氧化物的「香蕉皮粉」,即可廢物再利用。

科學家們嘗試將香蕉皮粉取代一部分的麵粉,加入甜餅乾的麵糊中,製作成香甜的香蕉皮餅乾。結果發現香蕉皮粉取代麵粉比例愈多的餅乾,纖維、酚類物質含量愈高,抗氧化活性更好。

其中,以 7.5% 香蕉皮粉取代麵粉所做出來的餅乾,風味甚至比只用麵粉烘烤的餅乾更加美味[1]。如此看來,我們似乎可以利用香蕉皮粉替換掉麵包、蛋糕或餅乾配方中的精緻麵粉,使這些邪惡的烘焙點心變得更營養。

香蕉皮真的有那麼厲害嗎?

國立中興大學食品安全研究所、食品暨應用生物科技學系及食品業者共同開發的香蕉皮餅乾產品「Happy 蕉朋友」。圖 / 遠見雜誌

香蕉營養又好吃,其實「皮」比果肉更營養?!

香蕉果肉本身含有豐富的營養成分,包括鉀、鎂、葉酸、維生素 C、維生素 B6、色胺酸及膳食纖維等。果肉柔軟香甜,無種子且易剝皮,如此方便又營養的水果幾乎人人愛吃[2]

而香蕉皮的營養價值更勝果肉,除了擁有果肉原本的營養素之外,還含有更多的膳食纖維、蛋白質、色胺酸、血清素與其它生物活性物質。據研究,香蕉在成熟的時候,香蕉皮中的血清素濃度是果肉中的三倍[3]

傳統上,香蕉皮被視為一種中藥材,〈中藥大辭典〉中提到《廣東中藥》如此記載:「蕉皮為芭蕉科植物甘蕉之果皮,原植物見香蕉條。秋季收拾蕉皮曬干。果皮,鮮者黃綠色,干者黑褐色,呈不規則之條塊狀, 軟而韌,纖維眾多,具有較長的果柄,柄之纖維性較強,長約 4 至 5 厘米。以干燥、潔凈者為佳。主產廣東。內服治痢疾。炒過煎水服,治霍亂肚痛。煎水洗治皮膚瘙癢。」

而在現代藥理上,許多動物實驗已證明,香蕉皮具有抗氧化、改善情緒、治療憂鬱症、抗腫瘤和降血壓等效果[4]

香蕉在成熟的時候,香蕉皮中的血清素濃度是果肉中的三倍。圖/Unsplash

阿嬤說:「失戀就要吃香蕉皮!」,真的假的?

說到香蕉皮具有改善情緒的效果,讓人不禁想起有一種說法是「失戀要吃香蕉皮」,這是為何?

因為香蕉皮中含有豐富的兩種物質,分別是色胺酸與血清素。

色胺酸(tryptophan)是無法經由人體合成的必需胺基酸,只能從食物中攝取而來。其可減少抑鬱症狀和焦慮、提高睡眠效率和睡眠時間、改善經前症候群、調節腸道微生物組成和多樣性、抗發炎、抗氧化等作用。

而色胺酸亦是「血清素」的前驅物,血清素(serotonin)是人體中重要的神經傳導物質。

色胺酸在腦幹中的縫核神經細胞被轉化為 5-羥基色胺酸(5-hydroxytryptophan, 5-HTP),5-HTP 在血液中被運送到大腦轉換成血清素,也稱為 5-羥色胺(5-hydroxytryptamine, 5-HT)[5]

血清素是大腦的一種快樂因子,可幫助穩定情緒和抗抑鬱 、減緩神經活動,達到身體放鬆,引起愉悅和睡意的作用。另外,香蕉所含的維生素 B6 也可刺激血清素的產生[2, 5]

香蕉皮含有血清素,可以幫助穩定情緒和抗抑鬱。圖/Pexels

青香蕉抗性澱粉可替代麵粉做成更營養的甜點

雖然香蕉皮營養價值高,又可以幫助心情變好,不過應該沒有消費者會想直接吃皮…

不用擔心,其實我國早在 2003 年,就利用國產青香蕉加工,連皮攪碎、過濾水份,去除雜質使澱粉沉澱,反覆脫水再磨成細粉,製成具高含量抗性澱粉的「青香蕉高纖維粉」[6, 7]

它具有顏色白、吸水性低的優點,可應用於麵包及糕點等烘焙製品,強化膳食纖維並調整產品質地,提升產品附加價值[6]

但之所以使用青香蕉,而不是黃熟香蕉,是因青香蕉的抗性澱粉(resistant starch, RS)含量較高。

抗性澱粉,是一種不易被人體消化吸收的澱粉,與膳食纖維具有類似的效果,除了不易消化吸收,增加飽足感,促進腸胃道蠕動。還能抑制餐後血糖升高,降低胰島素分泌,增加脂肪代謝速率,不易囤積脂肪,是良好的澱粉選擇。

據研究,以青香蕉抗性澱粉取代部分麵粉所製成的吐司,不但降低吐司的升糖指數(glycemic index, GI)[註],且風味、口感及色澤比一般的吐司更受到消費者的喜愛[8]

在臺灣,香蕉一年四季都盛產,但有時產量過剩造成價格低落,利用這套技術,就可以解決部分香蕉滯銷的問題[6]

國產青香蕉高纖維粉富含抗性澱粉。圖 / 參考資料 6
國產青香蕉高纖維粉製成的高纖涼麵。圖 / 參考資料 6

香蕉皮健康又營養,由它做的點心就可以放心吃嗎?

不過就算香蕉皮營養價值這麼高,也不代表我們可以盡情享用香蕉皮做的烘焙點心。

以先前提到的研究結果為例,香蕉皮餅乾確實比一般的餅乾營養價值高,但本質上仍是餅乾,一樣含有麵粉、油與糖的精緻食品,一樣會吃進許多熱量與油脂,最終導致肥胖。

所以香蕉皮做的點心還是適量解饞就好,不能因為它比較健康就吃得太過分囉!

除了香蕉皮之外,其實許多水果果皮的營養素比果肉來得多,這是因為果皮通常含有更豐富的植化素(phytochemicals),指的是存在於植物中的天然化學物質,為植物天然色素和氣味的主要來源,人體無法自己製造,必須從各種食物中攝取[9]

植化素在人體中可以清除自由基、抗氧化、降低發炎反應或提升抵抗力,而不同顏色的蔬果含有不同種類的植化素,像是蘋果皮含有多酚類、槲皮素、花青素(紅蘋果才有)[10];葡萄皮含有多酚類和花青素(紫葡萄才有)[2]

紅蘋果含有多酚類、槲皮素、花青素;紫葡萄含有多酚類和花青素。圖/Pixabay

不過這些營養的植化素經過加工後,可能或多或少被破壞、流失掉。一般來說,光線、空氣,還有 pH 值變化、溫度和接觸到金屬陽離子等,都是影響植化素變質的因素。

當然,除了蘋果和葡萄之外,水梨、蕃茄、桃子、李子等都是很適合連皮一起吃的水果。這樣不但省了削皮的麻煩,還可以攝取到豐富的植化素及膳食纖維,更減少廢棄物的產生[11]

不過要注意的是,記得要將果皮刷洗乾淨後再分切,以避免刀子將果皮細菌帶進果肉喔!

註解

  • 升糖指數(glycemic index, GI):是以「食用純葡萄糖後的血糖增加值」為基準,和「食用其他食物後血糖之增加值」來比較所得之指數,可藉以評估食用不同食物後,對餐後血糖造成的影響。一般來說,葡萄糖的分子小,容易被腸胃道吸收,因此會引起較大的血糖起伏,GI 值也會比較高[12]

參考資料

  1. Shafi, A., Ahmad, F. and Mohammad, Z. H. 2022. Effect of the Addition of Banana Peel Flour on the Shelf Life and Antioxidant Properties of Cookies. ACS Food Science and Technology 2: 8 1355-1363.
  2. 行政院農業委員會,2019。10 香蕉/15 葡萄。國產農漁畜產品教材。
  3. Gonçalves, A. C., Nunes, A. R., Alves, G. and Silva, L. R. 2021. Serotonin and melatonin: plant sources, analytical methods, and human health benefits. Revista Brasileira de Farmacognosia 31: 2 162-175.
  4. 韋婕婷,2013。香蕉果皮與一枝香之生物活性成分之探討。國立宜蘭大學食品科學系碩士學位論文。宜蘭。
  5. 高澔宇,2019。香蕉花、皮、果肉作為機能性食材之可行性研究。天主教輔仁大學生命科學系研究所碩士論文。新北。
  6. 行政院農業委員會,2003。國產青香蕉高纖維粉之開發與應用。農政與農情第 258 期。
  7. 行政院農業委員會,2003。國內第一家青香蕉製成抗性澱粉 獲日本人青睞。農業知識入口網。
  8. 陳麒升,2021。綠香蕉加工對香蕉產業影響的研究。國立臺灣大學生物資源暨農學院生物產業暨傳播發展學系碩士論文。臺北。
  9. 衛生福利部國民健康署,2021。天然蔬果 抗疫給力 吃出五彩人生
  10. 行政院衛生署。蘋果 記憶之果的營養成分。財團法人台灣癌症基金會。
  11. 衛生福利部國民健康署,2018。低碳飲食 愛護地球守護健康 國健署提供選購三原則 讓減碳從飲食做起
  12. 衛生福利部國民健康署,2022。「國人膳食營養素參考攝取量」第八版 – 碳水化合物
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Evelyn 食品技師_96
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一名食品技師兼研發專員,對食品科學充滿熱忱。有鑒於近年發生許多食安風暴,大眾對於食品安全的關注越來越高,網路上卻充斥著不實資訊或謠言。希望能貢獻微薄之力寫些文章,讓更多人有機會認識食品科學的正確知識!想獲得更多食品營養資訊可追蹤作者的粉絲專頁喔!https://www.facebook.com/profile.php?id=100066016756421

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另外一個你可能存在嗎?從宇宙誕生到現在,你的存在需要經過一千兆個「偶然」——《宇宙大哉問》
天下文化_96
・2022/09/23 ・3064字 ・閱讀時間約 6 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

  • 作者/豪爾赫.陳、丹尼爾.懷森
  • 譯者/徐士傑、葉尚倫

還有另一個你嗎?

如果世界上某個地方有另一個版本的你,會不會很奇怪?

這是什麼科幻劇情?圖/天下文化提供

你們兩個之間有很多共通點,喜歡吃的水果(香蕉)、不喜歡吃的水果(桃子)、擁有同樣的技能(製作香蕉冰沙)和相同的缺點(香蕉冰沙吃了停不下來)、同樣的記憶、幽默感以及個性。當你知道有其他版本的你存在時,你會覺得很怪異嗎?你會想與他們會面嗎?

想像一下更詭異的情況:有個人幾乎和你完全一模一樣,僅稍稍有些不同。如果這個人比你更好呢?也許他做的水果冰沙更加美味,或者生活的方式更有意義。或者,這個人比較沒有才華,但是比較卑鄙,就像是邪惡的分身呢?

假如有幸能見到另一個你,或許你可以發現自己的更多可能。圖/天下文化提供

這有可能嗎?

雖然讓人難以想像,但物理學家不能排除另一個你存在的可能性。事實上,物理學家不只認為另一個你是可能存在的,甚至認為另一個你存在的可能性更高。也就是說,就在此刻,當你讀到這篇文章時,可能有另一個你正在某個地方,穿著和你一樣的衣服,以相同的方式坐著,甚至讀著同樣的一本書(好吧,也許是稍微有趣的版本)。

搞不好另一個你也正在看這篇文章喔!圖/天下文化提供

要瞭解另一個你存在的意義及可能性,我們得先考慮你的存在有多麼獨特。

你存在的機率

乍看之下,世界上有另一個與你毫無二致的人,機率好像是微乎其微。畢竟,想像一下,為了讓宇宙創造你,有多少事情必須發生,而且要環環相扣,缺一不可。

超新星必須在氣體和塵埃雲附近爆炸,藉著震動造成引力崩坍,形成我們的太陽和太陽系。這些塵埃中的一小塊(不到萬分之一)必須聚集在一起形成行星,並與太陽保持合適的距離,這樣水就不會結冰或變成蒸汽。生命一定要開始,恐龍必須滅絕,人類不得不演化,羅馬帝國必須崩潰,而你的祖先必須逃過黑死病。然後,你的父母必須相遇並且喜歡上了彼此。你的母親務必在正確時間排卵。在與數十億顆精子的馬拉松游泳賽中,帶有你一半基因的精子必須衝刺獲勝。單單是讓你誕生,就需要這一連串事件。

宇宙必須經歷一連串事件,才會有現在的你。圖/天下文化提供

想一想你在生活中做出的所有決定,使你成為今日的你。你有沒有吃很多香蕉。你有沒有遇到那個重要的朋友。你那時候決定待在家裡,否則會被水果推車碾過。不知何故你發現了這本關於宇宙的蠢書,並決定閱讀它。所有的一切,都從四十五億年前開始,導致了你此時此刻在這裡存在。

假如所有事情以完全相同方式再次發生,從而造就另一個你的機會有多大?這似乎不太可能,對吧?

也許不是喔!讓我們回溯所有導致你出現的隨機事件、決定和時刻,並試著計算機率是多少。

讓我們從今天開始算起:你醒來後做了多少決定呢?你可能決定怎樣起床,穿什麼衣服,吃什麼早餐。即使是看起來很小的決定,也可能改變你的人生歷程。例如,你選擇穿有香蕉圖案的襯衫或者是領帶,可能影響你未來的配偶有沒有注意到你。

讓我們假設,你每分鐘大約會做出一兩個可能改變人生的決定;這聽起來好像很有壓力,但如果你贊同量子物理學和混沌理論,數字應該會更高。假設每分鐘只有幾個決定,那麼你每天就要做出數千個重要決定,每年就高達約一百萬個。如果你超過二十歲,人生到目前為止,就已經做出超過兩千萬個決定,才會有今日的你。

接下來,假設你做的每個決定只有兩種可能,例如 A 或 B,或者香蕉和桃子。好啦,我知道通常要選擇的項目很多(譬如,早餐店的菜單選項多不勝數),但讓我們簡化問題。要計算那兩千萬次決定而成為你的可能性,你必須取 2 的兩千萬次方,即 220,000,000

如果你超過二十歲,人生到目前為止,就已經做出超過兩千萬個決定,才會有今日的你。圖/天下文化提供

為什麼?因為每做一次決定就會讓可能的數目加倍。舉例來說,你必須選擇從哪邊(左邊或右邊)下床、早餐吃什麼水果(香蕉或桃子),以及上班搭什麼交通工具(火車或公車),總共就有 2×2×2(或 23)種開啟一日行程的方式。你從左邊下床、吃香蕉並坐公車的機率是 23 分之一,或說 8 分之一。

因此,如果你在生活中做出兩千萬個 A 或 B 的決定,那就意味你的生活可能有 220,000,000 種不同的結果。這真是一個驚人的數字,是吧!但我們才剛開始暖身而已!

我們還必須考慮你的出生機率,包含你父母做決定的可能結果。如果將你父母的決定算進來,就必須再加上四千萬個決定(你父母各兩千萬個)。再加上你四個祖父母,還有八千萬個。曾祖父母呢?還有一億六千萬個。你瞭解了嗎?每回推一個世代,祖先數量就增加一倍,影響你出生的決定數量也跟著加倍。人類已經在地球上生活了至少三萬年,或許可換算為大約一千五百個世代。若將你所有祖先全部考慮進來,可能的數量會更龐大。

如果再將你父母的決定算進來,就必須再加上四千萬個決定。圖/天下文化提供

其實,真要計算起來實際情況更加複雜,如果回溯得夠遠,你會發現親戚之間盤根錯節的關係,同一個人可能在你的家譜中重複出現,除了引發令人尷尬的話題之外,也讓數學計算變得更加複雜。為簡單起見,我們假設你每代只受到兩個人的影響。這仍然有 1,500 代× 2 人× 2,000 萬個決定= 600 億個決定。及至目前為止,你發生的機率是 260,000,000,000 分之一。

只算到這裡就夠了嗎?讓我們考慮人類史前歷史並回溯到數十億年前最小微生物演化之時。在大約三十五億年前,地球上的生命開始孕育。如果你不得不製作年代如此久遠的家譜,就會發現祖先主要是微生物和簡單植物。他們大概無法做出有意識的決定,但仍會遭受到隨機事件影響,諸如風如何吹動,陽光是否照耀,天降甘霖與否等等。

假設你的微生物祖先每天至少受到一個隨機事件影響,每個隨機事件也有兩種可能結果(例如,一塊石頭是否砸落在你的微生物祖先身上)。這意味我們必須將另外一兆(1,000,000,000,000)個決定事件添加到我們的機率中。

現在,讓我們回到四十五億年前太陽系剛形成的時候,找到你的構成原子之前所在的恆星或行星,然後再一路回到一百四十億年前的大霹靂。讓我們做個超級的低估,假設在那些日子裡,每天都發生了一件可能影響你來到人世的重要大事。直到今日,大約有一千兆個關鍵事件,你存在的機率陡然劇降到約21,000,000,000,000,000 分之一。

總而言之,你存在的機率大概是 2 的 1000 兆次方分之一。圖/天下文化提供

——本文摘自《宇宙大哉問:20個困惑人類的問題與解答》,2022 年 8 月,天下文化,未經同意請勿轉載。

天下文化_96
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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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歐洲人克服乳糖不耐,少拉肚子就是達爾文贏家?
寒波_96
・2022/09/16 ・3812字 ・閱讀時間約 7 分鐘

牛奶、羊奶等生乳中含有乳糖(lactose),可以被乳糖酶(lactase)分解。但是小朋友長大以後,乳糖酶基因便不再表現,失去消化乳糖的能力。幾千年前,世界各地卻出現多款基因突變,讓人能一輩子保有乳糖酶。2022 年一項針對歐洲的研究提出觀點:這項能力之所以受到天擇喜好,是因為能避免拉肚子!?

人類如今也發明去除乳糖的牛奶。圖/被拍電影耽誤的置入性行銷之神──Michael Bay 麥可貝

史上最強遺傳適應,演化過程出乎意料?

人類原本和眾多哺乳動物一樣,小時候依賴母乳餵食,長大後不再喝奶,乳糖酶也失去作用。但是隨著人類馴化牛、羊等動物,即使是成年人也常有機會吃奶。

另一方面,由於乳糖酶基因外頭的調控位置突變,使得許多歐洲、非洲人的酵素在成年後可以持續作用,稱為乳糖酶持續性(lactase persistence,簡稱 LP,也就是乳糖耐受),而且同樣效果的不同突變,至少獨立誕生過 5 次。

具有某方面優點,使得存在感增加的 DNA 變異,稱作遺傳適應(genetic adaptation)。已知的人類案例非常多,天擇的影響力有強有弱,LP 算是受到最強烈天擇力量的基因之一。

由此推敲,當人類開始養牛、養羊,又吃奶以後,同時衍生 LP 應該是順理成章的事?然而,一系列考古學、遺傳學、古代遺傳學的探索,卻徹底打破上述看似合理的推論。

首先,考古學調查發現人類在中東馴化牛、羊,吃奶的歷史至少有 9000 年,接著距今 7000 年前已經引進歐洲多處。再來,由遺骸中直接取得古代 DNA 得知,LP 遺傳變異要等到 4000 多年前才出現,而且超過 3000 年前都還很小眾,最近 2000 年內才大幅提升存在感。

顯而易見,人類開始吃奶的年代,比獲得成年後消化乳糖的能力,更早好幾千年。 2022 年新發表的研究透過更廣泛的取樣分析,再度確認這件事。

由陶器中取樣乳脂質的地點和年代。圖/參考資料 1

再度確認:吃奶比遺傳突變更早好幾千年

隨著技術進步,如今有好幾種方法判斷古代人會不會吃奶,像是分析牙結石中的乳蛋白、容器中的乳脂質等等。新研究偵測陶器中的乳脂質,包括以前發表 188 處,以及新取得 366 處,總共 554 處中東、歐洲的遺址中,得知 6899 件乳製品存在的紀錄。

吃奶的文化能追溯到中東,新石器時代擁有農業的人群,帶著他們的牛、羊一起移民歐洲,也將吃奶文化傳入歐洲。到了距今 7000 年前,歐洲各大地區已經出現乳製品。也許不見得會直接喝生乳,不過肯定存在起司等生乳加工的食品。

比較特殊的是巴爾幹半島,現在的希臘。那時居民會養牛,養羊,吃肉肉;但是分析超過 870 件陶器,完全見不到乳脂質的蹤影。此處或許更晚才建立起吃奶文化。

總之,7000 年前吃奶文化已經廣傳歐洲各地。相比之下,比對不同年代、地點的死人骨頭取樣,消化乳糖的 LP 遺傳變異最早在 4600 年前現蹤,比吃奶晚很多。

而且 LP 出現一段時間後,存在感依然非常低,距今 3000 到 5000 年前的青銅時代,LP 並沒有什麼過人之處。到此為止,LP 只能說是人類族群中的一款普通變異,還不能算是遺傳適應。

不同年代,歐洲各地的吃奶狀況。距今 7000 年前之際(5000 BC)吃奶已經相當普及。圖/參考資料 1

現代社會:能代謝乳糖沒有好處,不能代謝只有小小壞處

儘管比本來以為的晚很多,LP 遺傳變異在歐洲族群的比例,還是於最近 3000 年內明顯上升。它到底因為什麼優點才受到天擇青睞,歷來爭論不休,有人提出營養、維生素D 等假說,可是都缺乏決定性的證據。

搜集幾十萬人遺傳資訊的英國生物樣本庫(UK Biobank),近來被大量用於各色分析。這項研究從中探討 LP 的影響,分析對象中大部分人具有 LP,少數人沒有(論文用語是 lactase non-persistent,縮寫為 LNP,也就是乳糖不耐)。比對得知,LP 並不會影響喝奶、食用乳製品的行為。

直接喝奶才有乳糖代謝的問題,加工成起司等乳製品可以避免,但是「問題」也許不是真的問題。更進一步比對,LP 對於健康狀況也沒什麼影響。簡單說就是:對 33 萬位英國人的分析發現,LP 與否,無關緊要。

加上其餘資訊推論,現代社會在正常情況下,缺乏 LP 大概就是喝奶拉肚子,不是什麼嚴重的問題。例如隨著中國經濟發展,沒有 LP 的中國人大量喝奶,多數也沒怎麼樣。

這也符合台灣人的經驗,台灣人配備 LP 的比例不高,可是隨著飲食習慣改變,多數人也就是這樣喝奶。另外喝奶會改變人的腸道菌,影響消化狀況,也是一個影響因素。

普遍缺乏 LP 的台灣人,很多人也是生乳照樣喝。圖/[廣宣] 牛奶妹 徵求中興大學牧場鮮奶長期訂戶

飢荒、疾病,時代力量的逆境考驗?

為了解釋歐洲歷史上 LP 比例的大幅上升,許多論點提出喝奶的優點,但是想想頗有可疑。把鮮奶加工製成乳製品,就能輕易抵銷 LP 問題,即使是飢荒時節也不例外;不能直接喝奶也不會餓死,吃起司就好。在營養加分方面,能喝奶真的有什麼優勢嗎?

由人群中遺傳變異的比例變化,我們能評估天擇影響的結果,但是不見得能抓到當初天擇真正的目標。新研究的分析指出,LP 的意義似乎不在創造優勢,而是避免劣勢。

跑完一大堆統計分析後,有兩項因素和 LP 的關聯性最高。一項是人口數量的波動,另一項是人口的密度。論文的解釋是,人口數量波動和飢荒有關(飢荒讓人口減少),密度和傳染病有關(人變多會增加傳染病的機率)。

沒有 LP 的人直接喝奶,副作用往往是腹瀉,在豐衣足食的現代社會多半沒有大害,還能刺激代謝,順便減肥;雖然對某些人而言,拉肚子依然是困擾的問題。

至於營養不良的人,腹瀉更可能出問題;某些疾病下,拉肚子造成脫水,容易重傷害健康。時常被營養不良、傳染病、飢荒等災厄糾纏,是古代的常態。

由此推論,不論是饑荒的短期逆境,或是傳染病的長期逆境(論文沒有特別討論,我想也包括寄生蟲?),配備 LP 的人由於能少拉肚子,生存機率也會大一點。

不同地區的人群,在不同年代的 LP 人口比例。圖/參考資料 1

魔鬼藏在拉肚子?

影響最大的年齡層可能介於 5 到 18 歲。此一小大人的階段,乳糖酶將漸漸失去作用;營養不良、體弱多病的人身體比較脆弱,拉肚子是要命的事,這或許正是天擇的目標!

古時候衛生狀況不佳,拉肚子大概很常見,而未成年人的死亡率也遠勝現在,小孩死掉並不意外。在此之下,能減少拉肚子的 LP 遺傳變異,長期累積下來,正面影響力或許頗為可觀。

這項研究的說法是否正確?它仍不足以算是決定性的證據,不過脈絡頗有道理。非洲也有多個獨立誕生的 LP 遺傳變異,相較於歐洲了解少很多,這是個潛在的研究方向。

另外不可忽視,讓乳糖酶維持作用的 LP 遺傳變異,也受到飲食習慣、生活背景影響,不單純是遺傳的事。例如自古牧業發達的蒙古、哈薩克,居民的 LP 比例一直很低,幾千年來也活得很好。少拉肚子也許能解釋歐洲的狀況,其餘地區不宜過度延伸。

延伸閱讀

參考資料

  1. Evershed, R. P., Davey Smith, G., Roffet-Salque, M., Timpson, A., Diekmann, Y., Lyon, M. S., … & Thomas, M. G. (2022). Dairying, diseases and the evolution of lactase persistence in Europe. Nature, 1-10.
  2. The mystery of early milk consumption in Europe
  3. Famine and disease drove the evolution of lactose tolerance in Europe
  4. How humans’ ability to digest milk evolved from famine and disease
  5. Ancient Europeans farmed dairy—but couldn’t digest milk

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寒波_96
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