古代欧洲人患“乳糖不耐症”？能喝牛奶和基因突变有关

牛奶、奶酪、酸奶……西方的奶制品业如此发达，谁会想到古代欧洲人竟然患有“乳糖不耐症”，一喝牛奶就腹泻？这是因为他们的身体无法分泌乳糖酶来有效消化乳糖，而乳糖恰恰是绝大多数奶制品中都包含的重要成分。

那么为何现代欧洲人的餐桌上总少不了奶制品呢？《自然》杂志发表的一篇文章揭示了这一有趣的进化过程。原来，世界上只有35%的人在7、8岁之后还能消化乳糖。古代欧洲人第一次喝上牛奶得益于一场基因突变，这场突变又引发了奶制品业与欧洲人口迁移之间的共生关系，从而为欧洲大陆的动荡奠定了基础。

在最近的冰河时代，对成人（而不是小孩）来说，牛奶本质上是一种毒素，因为他们无法分泌用来分解牛奶中主要糖分“乳糖”的乳糖酶。但是在大约1.1万年前，中东的农业开始取代狩猎业和采集业，牧民学会了如何将乳制品中的乳糖减少到耐受水平，方法就是将牛奶发酵成奶酪或酸奶。几千年之后，一场传遍欧洲的基因突变让欧洲人有了分泌乳糖酶的能力，从而也喝上了牛奶。

这两大牛奶革命（发酵牛奶与基因突变）可能是让南方的大批农民和牧民席卷欧洲并取代几千年来欧洲狩猎文化的主要因素。“从考古学的角度来看，他们迅速蔓延至北欧。”伦敦大学学院的人口遗传学家马克·托马斯（Mark Thomas）说。这场移民潮在欧洲留下了持久深远的影响，不像世界许多地区的人，现在大多数欧洲人可以喝牛奶。“可能大多数欧洲人是第一批乳糖耐受的奶农后裔。”托马斯说。

为了调查两者互动的历史，2009年，托马斯与德国美因茨大学的古遗传学家约阿希姆·布格尔（Joachim Burger），以及约克大学的生物考古学家马修·柯林斯（Matthew Collins）合作。他们组织了一个多学科项目，名为“早期欧洲文化历史中的乳糖耐受性”（LeCHE），项目汇集了十几个来自欧洲各地的青年研究人员，研究经费为440万美元。

基因突变让欧洲人第一次喝上牛奶

年幼的孩子一般都分泌乳糖酶，从而可以消化母乳中的乳糖。但是随着他们渐渐长大，大多数人的乳糖酶基因就关闭了。世界上只有35%的人在7、8岁之后还能消化乳糖。“如果你有乳糖不耐症，而你喝掉了250毫升牛奶，你就会真的生病了。爆炸性的腹泻，本质上就是痢疾。”英国约克大学的考古学家奥利弗·克雷格（Oliver Craig）说，“虽然不是致命的，但会非常难受。”

大多数保留了消化牛奶能力的人，他们的祖先可以追溯到欧洲，这一性状似乎与单核苷酸有关，其中离乳糖酶基因不远的基因组区域内，DNA胞嘧啶突变成了胸嘧啶。在西非、中东和南亚，一些乳糖耐受的人似乎也与这场独立的基因突变有关。

单核苷酸的改变发生的时间比较近。托马斯和同事通过观察现代人口的遗传变异，并用计算机模拟相关基因突变如何在古代人口中传播，估算了基因突变的时间。他们推测，乳糖耐受性的性状以及控制它表达的LP等位基因，大约于7500年前出现在匈牙利广袤肥沃的大平原上。

乳制品业发展证明欧洲祖先来自中东农民？

一旦LP等位基因出现，就提供了一种主要的选择有利性。在2004年的研究中，研究人员估计，拥有LP等位基因的人比没有它的人，生育的后代多19%。研究人员将这种选择的程度称为“迄今为止基因组中发现的最强大的基因”。

随着几百代人的积累，这种优势会帮助一个种群接管大陆。但是托马斯说，“只有当这一种群供应新鲜牛奶并从事乳制品业，基因和文化才能共同进化。他们互相依存。”

通过研究人类分子生物学和古代陶器的考古学和化学，LeCHE参与者试图解释现代欧洲起源这一关键问题。“这是考古学上一个持久的问题：我们的祖先是中东农民还是土著采集狩猎者呢？”托马斯说。这一争论归根到底是进化还是更替的问题。欧洲的土著采集狩猎者取代了农业和牧业吗？又或者是农业殖民者涌入了欧洲，由于基因和技术的组合，在竞争中胜过土著人呢？

一大证据来自对考古遗址发现的动物骨骼的研究。如果养牛主要是为了发展乳制品业，一般牛犊在一岁前就会被宰杀，这样母牛才能挤奶。但是为了吃肉而饲养的牛会在完全长大后才被宰杀（绵羊和山羊也是一样，都是乳制品革命的一部分）。

在研究骨骼增长模式的基础上，LeCHE研究人员、来自法国国家自然历史博物馆的动物考古学家让-丹尼斯·维涅（Jean-Denis Vigne）表示，中东的乳制品业可以追溯到人类首次在当地驯养动物时，大约1.05万年前。这个时间正好是中东新石器时代的过渡期，一个建立在采集狩猎基础上的经济体让位于一个致力于农业的经济体。巴黎博物馆的动物考古学家罗兹·吉利斯（Roz Gillis）表示，“乳制品业可能是人类开始捕获并圈养牛、绵羊和山羊等反刍动物的原因之一。”

“随后乳制品业随着新石器时代的过渡而扩张。”吉利斯说。他研究了欧洲和安那托利亚150处遗址中骨骼的增长情况。经过大约2000年，当农业从安那托利亚蔓延至北欧，乳制品业也被带到了北欧。

然而研究人员说，这一增长模式并没有说明欧洲的新石器过渡期是来自于进化还是更替，但是牛骨提供了重要线索。布格尔及其他LeCHE人员在一次研究中发现，欧洲新石器遗址中的家牛与中东的乳牛最接近，而不是本土的欧洲野牛。布格尔说，这一强烈的迹象表明，牧民将牛也带到了欧洲，而非来到欧洲之后再重新回到本地驯养。

综上所述，这些数据有助于解决第一批欧洲农民的起源。“很长时间以来，欧洲大陆的主流考古学认为，中石器时代的狩猎采集者发展成了新石器时代的农民。”布格尔说，“我们与他们的结论完全不同，新石器时代的农民是由中东迁移过来的。”

乳糖耐受性在南欧扩散更艰难

由于中东的乳制品业是在欧洲出现乳糖耐受等位基因几千年后才兴起的，古代的牧民必须设法降低奶类中的乳糖浓度，这可能是通过制作奶酪或酸奶来实现的。（菲达奶酪、车打奶酪等发酵奶酪所含的乳糖仅占鲜奶中乳糖的极少部分，帕玛臣之类的陈年干酪几乎不含乳糖。）

为了验证这一理论，LeCHE的研究者们化验了古代的陶器。粗糙多孔的陶土里含有许多残留物，足以使化学家们分辨出在烹调过程中被吸收的脂肪是肉类还是奶类，是奶牛、绵羊、山羊等反刍动物还是其他动物。“这使我们能够判断出被烹调的食物种类。”布里斯托大学的化学家理查德·埃弗谢德（Richard Evershed）如是说。

埃弗谢德和他在LeCHE的合作者在中东新月沃土出土的、至少8500年前的陶器上发现了乳脂。罗菲特-萨尔克对波兰陶器的研究提供了确凿的证据，证明了欧洲牧民在大约6800到7400年前开始生产奶酪来补充他们的饮食。当时，乳制品已经成为新石器时代日常饮食的一部分，但还不是经济中的主导力量。

此后的发展进行得很慢，因为这需要以乳糖耐受性的大范围扩散为基础。乳糖耐受等位基因在出现后又经过了一段时间才在人口中得到传播，伯格在古代人类DNA样本中寻找基因突变的迹象，发现这种突变于6500年前在德国北部出现。

LeCHE项目参与者、伦敦大学的种群遗传学家帕斯卡尔·热尔博（Pascale Gerbault）建立了模型来解释这一性状是如何传播的。由于中东新石器文化迁入了欧洲，他们的农牧技术帮助他们打败了当地的采猎者。热尔博还表示，由于南方人口向北方迁徙，乳糖耐受等位基因也随着迁徙潮而扩散。

相形之下，乳糖耐受性在南欧的扩散更加艰难，因为早在这种突变出现以前，新石器时代的农民就已经在那里定居了。但随着农业社会向北部与西部扩展、进入新的领域，乳糖耐受性取得了很大的优势。热尔博表示，随着人口在迁徙潮中的不断增长，等位基因的频率也不断提高。

这一扩散模式至今仍有迹可循。乳糖耐受性在南欧相对罕见，在希腊和土耳其仅占少于40%的人口，但在英国和斯堪的纳维亚半岛，超过90%的成年人都可以消化奶类。

为何乳糖耐受性在北欧和中欧普遍？

在大约5000年前的新石器时代后期、青铜器时代初期，乳糖耐受等位基因在北欧和中欧已经较为普遍，牧牛业已经占据主导地位。布格尔表示：“他们发现了这种生活方式，并切实地受益于其营养价值，因而使畜牧业进一步扩大或密集化。”在新石器时代后期、青铜器时代初期中欧和北欧的考古遗址中，牛骨占到了动物骨骸的三分之二以上。

但LeCHE的研究者们仍在试图解答为什么摄取奶类的能力在这些地区成为优势。托马斯提出，随着人口向北迁移，奶类或许能帮助人们应对饥荒。乳制品在较寒冷的气候中可以储存更久，而且与植物的生长季节与收成状况无关，总是能为人们提供充足的热量。

也有人认为奶类中高浓度的维生素D或许帮助了人们（尤其是北方人口）预防疾病，例如软骨病等。人体只有在阳光照射下才能合成维生素D，而北方人在冬天缺少阳光。然而，乳糖耐受性在阳光明媚的西班牙也很普遍，使得上述观点遭到一定的质疑。

LeCHE项目为综合各个学科和工具来解决考古学问题提供了一个范例。“考古学、古人类学、古代和现代DNA、化学分析可以合力解决一个问题。”并未参与这一项目的伦敦大学皇家霍洛威学院古遗传学家伊恩·巴恩斯（Ian Barnes）说，“许多饮食上的其他变化也可以通过这种方式来进行研究。”

例如，这种方法可以帮助研究淀粉酶（一种帮助分解淀粉的酶）的起源。研究者目前还无法确定这种酶的演化究竟早于还是晚于农业发展所导致的谷物种植的普及。另外，科学家也想了解乙醇脱氢酶的演化过程，这对乙醇的分解至关重要，而且可以帮助解释人类对酒精的渴望最初是如何形成的。

LeCHE的参与者现在正在关注更早的研究对象，是一个名为“连接欧洲与安那托利亚的新石器时代”（Bridging the European and Anatolian Neolithic，简称BEAN）的项目的一部分。该项目致力于研究最早的农牧民如何进入欧洲。伯格、托马斯及其在BEAN项目的合作者打算前往土耳其，用计算机建模和古代DNA分析来研究新石器时代的起源，希望能更好地了解早期农民是哪些人，以及他们是如何抵达欧洲的。

他们沿途将会吃到“白奶酪”（beyaz peynir）——一种几乎所有土耳其早餐都会用到的咸味绵羊奶酪，很可能就像大约8000年前新石器时代的当地农民吃到的那样。当时，乳糖耐受性还没有扩散至此，人们还没有消化鲜奶的能力。