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饥荒和疾病推动了欧洲乳糖耐受性的进化

2022年7月27日

在人类进化出能让我们成年后消化牛奶中的乳糖的基因特征之前,欧洲的史前人类已经食用牛奶几千年了, 云顶国际官网和布里斯托尔大学研究人员的一项新研究发现.

牛奶

这项研究发表在 自然, 绘制了过去9年史前时期牛奶的使用模式,000年, 为牛奶的消费和乳糖耐受性的进化提供了新的见解.

直到现在, 人们普遍认为,乳糖耐受性的出现是因为它允许人们摄入更多的牛奶和乳制品. 但这项新的研究表明,饥荒和接触传染病最好地解释了我们消费牛奶和其他非发酵乳制品能力的进化.

联合资深作者马克·托马斯教授(云顶国际官网遗传学、进化论 & 环境)说:“在史前晚期, 我们的祖先开始居住在更大的定居点, 他们的健康日益受到卫生条件差和病原体载量增加的影响. 在这种情况下, 在饥荒时期更是如此, 喝牛奶会增加死亡率, 尤其是那些不能消化牛奶中的乳糖的人. 因此,那些能够消化乳糖的人更有可能将他们的基因遗传下去,使他们能够安全地喝牛奶.”

如今,大多数欧洲成年人喝牛奶都不会感到不适, 今天世界上三分之二的成年人, 和几乎所有的成年人,000年前, 喝太多牛奶会有问题吗. 这是因为牛奶含有乳糖, 如果我们不消化这种独特的糖, 它会传播到我们的大肠,在那里它会导致抽筋, 腹泻, and flatulence; known as lactose intolerance. 然而,这项新研究表明,在当今的英国,这些影响是罕见的.

乔治·戴维·史密斯教授, 布里斯托尔大学医学研究委员会综合流行病学小组主任,该研究的合著者之一, 他说:“为了消化乳糖,我们需要在肠道中产生乳糖酶. 几乎所有的婴儿都会产生乳糖酶, 但对全球大多数人来说,断奶和青春期之间的产奶量会迅速下降. 然而, 在过去的10年里,一种被称为乳糖耐受性的基因性状进化了多次,在欧洲的各种喝牛奶的人群中传播, 中亚和南亚, 中东和非洲. 今天,世界上大约三分之一的成年人有乳糖耐受能力.”

通过绘制过去9年里牛奶的使用模式,000年, 调查英国生物银行, 结合古代DNA, 放射性碳测定年代, 以及使用新的计算机建模技术的考古数据, 该团队能够表明,乳糖耐受基因性状直到1岁左右才普遍存在,000 BC, 近4,大约在4年前首次被发现,700–4,600 BC.

托马斯教授补充说:“乳糖耐受性基因变异是由某种涡轮增压的自然选择推动的. 问题是,如此强烈的自然选择很难解释.”

为了确定乳糖耐受能力是如何进化的, 教授理查德·埃弗利谢德, 这项研究的负责人来自布里斯托尔化学学院, 建立了一个前所未有的近7人的数据库,从554个考古遗址的陶器碎片中提取的000个有机动物脂肪残留物,以查明人们在何时何地饮用牛奶. 他的发现表明,牛奶在欧洲史前时期被广泛使用, 最早可追溯到近9年的农耕时代,000年前, 但不同地区在不同时间有增减的趋势.

为了了解这与乳糖耐受进化的关系, 云顶国际官网的团队, 由托马斯教授领导, 利用来自1个以上的已发表的古代DNA序列,建立了一个关于乳糖耐受基因变体存在或不存在的数据库,700个史前欧洲和亚洲个体. 他们第一次看到它是在大约5000年前. 到3000年前,它的频率相当可观,在今天非常普遍. 下一个, 他的团队开发了一种新的统计方法,来研究随着时间推移牛奶使用的变化如何很好地解释乳糖酶持久性的自然选择. 令人惊讶的是, 他们没有发现任何关系, 即使他们能够证明他们能够探测到这种关系,如果它存在的话, 挑战长期持有的观点,牛奶的使用程度推动了乳糖酶持久性进化. 

戴维·史密斯(Davey Smith)教授的团队一直在调查英国生物银行的数据, 其中包括300多个基因和医学数据,000个人, 他们发现,在有乳糖酶基因的人和没有乳糖酶基因的人之间,喝牛奶的行为只有微小的差异. 批判性的, 绝大多数遗传性乳糖不持久的人在饮用牛奶时没有经历短期或长期的负面健康影响.

戴维·史密斯教授补充说:“我们的研究结果显示,至少有9年的欧洲人普遍饮用牛奶,000年, 和健康的人类, 即使是那些乳糖不耐受的人, 能快乐地喝牛奶而不生病吗. 然而, 在乳糖酶不持久的个体喝牛奶,确实导致肠道中高浓度的乳糖, 能把液体吸进结肠, 与腹泻疾病结合会导致脱水.

与此同时, 托马斯教授一直在思考相关的问题, 但更强调史前的饥荒. 他解释道:“如果你身体健康,乳糖酶不持久, 你喝很多牛奶, 你可能会感到不舒服, 但你不会因此而死. 然而, 如果你严重营养不良并腹泻, 然后你就有了危及生命的问题. 当他们的庄稼歉收时, 史前的人们更可能食用未发酵的高乳糖牛奶,而这恰恰是他们不应该吃的.”

为了验证这些观点, 托马斯教授的团队将过去饥荒和病原体暴露的指标应用到他们的统计模型中. 他们的研究结果清楚地支持了这两种解释——当出现更多饥荒和更多病原体的迹象时,乳糖耐受性基因变异是在更强的自然选择下进行的.

这项研究的合作者来自21个国家, 并得到了英国皇家学会的资助, 医学研究理事会(MRC), 自然环境研究委员会, 和欧洲研究理事会.

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电子邮件:克里斯.莱恩在云顶国际官网.ac.uk