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《PNAS》对碳水化合物的嗜好并不是一件坏事

  

Gorilla skulls.

           

比利时中非皇家博物馆的Grauer大猩猩标本显示,典型的牙垢沉积在牙齿上,可能是由于它们的食草性饮食造成的。


尼安德特人口腔微生物组的发现为进化和健康提供了新的线索

一项关于人类口腔微生物进化历史的新研究表明,早在10万年前,尼安德特人和远古人类就已经适应了食用富含淀粉的食物,比我们之前认为的要早得多。

研究结果表明,早在农业出现之前,甚至在现代人类进化之前,这类食物就已经在人类饮食中占有重要地位。虽然这些早期人类可能没有意识到这一点,但由于淀粉中的葡萄糖是大脑的主要燃料来源,将这些食物纳入饮食的好处很可能为人类大脑的扩张铺平了道路。

哈佛大学教授Christina Warinner博士说:“我们认为我们所看到的证据表明,一种真正古老的行为可能是人类大脑发育的一部分。这表明,早期人类能够以根系、淀粉类蔬菜和种子的形式挖掘一种新的食物来源。”

这些发现来自于周一发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)上的一项为期7年的研究,该研究涉及50多位国际科学家的合作。研究人员重建了尼安德特人、灵长类动物和人类的口腔微生物组,包括被认为是迄今为止测序最古老的口腔微生物组——一个10万年前的尼安德特人。

研究的目的是为了更好地了解口腔微生物群(口腔中的微生物群落,有助于预防疾病和促进健康)是如何发展的,因为人们对其进化历史知之甚少。

“很长一段时间以来,人们一直试图了解什么是正常健康的微生物群,”Warinner说。“如果我们现在分析的是完全工业化背景下已经有很高疾病负担的人,这是健康和正常的吗?我们开始问:微生物群的核心成员是什么?哪些种类和细菌群实际上与我们共同进化的时间最长?”

Christina Warinner.

         

哈佛大学教授Christina Warinner博士。


科学家们分析了现代人和尼安德特人的牙菌斑化石,并将它们与人类的近亲黑猩猩、大猩猩以及远亲吼猴进行了比较。

利用新开发的工具和方法,他们对保存在化石斑块中的数十亿DNA片段进行了基因分析,以重建它们的基因组。从理论上讲,这与考古学家煞费苦心地将破碎的古代罐子拼合在一起的方式相似,但规模要大得多。

研究中最大的惊喜是发现了一种特别适合分解淀粉的口腔细菌。这些菌株属于链球菌属,有一种独特的能力,可以从人类唾液中获取淀粉消化酶,然后用来喂养自己。只有当淀粉是日常饮食的一部分时,细菌用来实现这一功能的基因机制才会起作用。

尼安德特人和科学家研究的古人类的牙菌斑中都有这种适应淀粉的菌株,而大多数灵长类动物几乎只吃非淀粉植物部分,如水果、茎和叶子,几乎没有可以分解淀粉的链球菌。

Close up of ancient tooth.

         

Close up of a row of Chimpanzee teeth.

         

远古人类牙齿上的牙垢特写。在乌干达Kibale国家公园,一只野生成年雌性黑猩猩的下颌骨周围有一圈薄薄的牙石。


“我们的链球菌获得了这种能力,这似乎是人类特有的进化特征,”Warinner说。

这些发现也反驳了尼安德特人是顶级食肉动物的观点,因为“大脑需要葡萄糖作为一种营养来源,而仅靠肉类是不够的,”Warinner说。

研究人员说,这一发现是有意义的,因为在世界各地的狩猎采集社会中,富含淀粉的食物——例如根、块茎(像土豆)、非禾本草本植物,以及坚果和种子——都是重要而可靠的营养来源。事实上,淀粉目前占全球人类热量的60%。

“对于热带狩猎采集者来说,它的可用性在每年的季节里要容易预测得多,”论文合著者之一哈佛大学的Richard W. Wrangham说。“这些新数据对我来说很有意义,它强化了关于尼安德特人的新观点,即他们的饮食比以前认为的更像智人,(也就是说)富含淀粉,经过烹饪。”

该研究还确定了10组细菌,它们是人类和灵长类口腔微生物群的一部分,存在了4000多万年,直到今天仍然共享。虽然这些细菌可能发挥着重要和有益的作用,但对它们的了解相对较少。有些甚至没有名字。

Scientist holding test tubes.

         

小片的牙石在加工前会脱钙,以去除矿物质并释放DNA以进行测序。


通过对尼安德特人和现代人的比较分析,令人惊讶的是,尼安德特人和现代人的口腔微生物群落几乎没有区别。只有当观察单个菌株时,他们才能看到一些差异。例如,在冰河时期,1.4万年前生活在欧洲的远古人类与尼安德特人共享一些细菌菌株,而这些菌株在现代人类中已不复存在。

研究中发现的相似和不同之处都是我们之所以为人的部分原因,这也涉及到分析生活在人体中的微小微生物的能力。

“这表明,我们的微生物组编码了有关我们自身进化的有价值的信息,这些信息有时会给我们一些暗示,否则就不会留下任何痕迹,”Warinner说。


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