老祖宗拼命进化出消化碳水的能力，你现在倒是要戒了…

防走失，电梯直达

来源：世界科学

作者：哔普星人

你喜欢“干饭”吗？干白大米饭，或是面条、年糕、汤圆、饺子……当你干这些以淀粉为主要成分的食物时，第一步，是把它们放进嘴里，第二步，你唾液中的酶会开始分解淀粉。

这种酶被称为唾液淀粉酶，即AMY1。在漫长进化旅程中，在人类适应不断变化的食物来源的过程中，它出现、增加、延续，发挥至关重要的作用。如今大多数现代人都携带多个AMY1基因的拷贝，一部分人拥有的拷贝数更可谓阔绰。

最近两项新研究表明，我们的祖先似乎从两波饮食浪潮中获得了更多唾液淀粉酶基因：第一次浪潮是在几十万年前，可能源自人类开始用火烹制食物；第二次则发生于12000年前的农业革命以后。

AMY1基因越多，吸收能量越多？

其中一项新研究发表于《科学》杂志，由美国布法罗大学遗传学家奥默·格库门（Omer Gokcumen）领衔的团队完成。格库门表示，随着古代社会发展出不同饮食习惯，古人也演化得到不同数量的AMY1基因。富含淀粉的现代饮食更易引起糖尿病等疾病，而那些拥有较少淀粉酶基因的现代人似乎更易患上此类疾病。

适应不同环境与改变饮食习惯，是人类进化的核心原则。我认为我们的工作为研发基于AMY1基因的疗法奠定了基础。”

1960年代，科学家发现有些人的唾液会产生额外的淀粉酶。这是该研究方向上的第一条线索。

2007年，亚利桑那州立大学的生物人类学家乔治·佩里（George Perry）与哈佛医学院的基因组学家查尔斯·李（Charles Lee）等人发现，“食用大量淀粉类食物”与“拥有更多AMY1基因拷贝”相关联。目前就职于宾夕法尼亚州立大学的佩里推测，当人类开始种植小麦、山药和其他淀粉类作物时，拥有更多AMY1拷贝的个体从每一口食物里吸收的能量更多，并因此留下更多后代。

不过十多年前的基因组技术不足以证实上述关联。科学家每次只能给一小部分DNA测序，因此无法发现由多个基因拷贝组成的错综复杂的DNA片段。佩里回忆道：“我使用的方法非常粗糙，而最新的研究……更深入探究了这个问题。”

不断增加的基因拷贝

另一项发表于《自然》杂志的新工作由加州大学伯克利分校的遗传学家彼得·苏德曼（Peter Sudmant）主导。他这样说道：“此前我们一直观察影子，现在我们看到了实物。”

苏德曼团队报告称，现代人每条染色体上最多有11个AMY1拷贝，以及0~4个胰淀粉酶基因的拷贝（负责在胰腺中产生淀粉酶）。他们还研究了3名尼安德特人和1名丹尼索瓦人的古代基因组，未发现有多个淀粉酶基因拷贝存在的迹象。值得一提的是，黑猩猩和其他猿类也会通过唾液制造淀粉酶，但它们只携带一份酶基因。

苏德曼与同事后续分析了519名古欧亚人的基因组。这些人生活在12000年前，也就是欧亚大陆刚刚出现农业的时期。到了大约5000年前，AMY1基因的平均拷贝数从4个增加到7个以上，拥有至少1个唾液淀粉酶或胰淀粉酶重复基因的人口比例也大幅增长。

团队估计，AMY1基因在至少27.9万年前首次重复（或者说复制），后来又经历多次重复和删除，最终，现代人类的拷贝数各不相同。

苏德曼说道：“我们祖先离开非洲前，就已拥有更多淀粉酶基因的拷贝。后来自然选择又青睐它们，因为农业发展让人类饮食富含淀粉。”

格库门团队的结论与上述理论既相呼应，又有差异。他们发现，过去4000年间，欧洲农民的AMY1基因拷贝数也在激增。此外，AMY1基因重复现象也出现于6名尼安德特人中的3名以及1名丹尼索瓦人的基因组中。他们推断该基因首次重复的时间比苏德曼等人估计的要早很多，早于解剖学意义上的现代人类，即智人，与近亲们分道扬镳的节点——或许是早期人类学会控制火以后。（部分学者推测谱系分化是80万年前的事情）。

当然，研究团队也不排除另一种可能：首次重复发生于智人谱系形成以后，导致一条染色体上出现3个AMY1基因拷贝，尼人和丹人则通过杂交获得该DNA片段，或者独立进化出多个AMY1拷贝。

苏德曼团队为排除现代DNA污染只分析了测序更完整的古代基因组，这似乎就是两方结果不同的主要原因。

驯化淀粉类作物，同时被淀粉“驯化”

在烹饪出现前，我们的祖先几乎无法从生块茎和其他富含淀粉的植物中获取营养。但火的热量可以分解植物坚韧的纤维，使其更易于消化。至于“淀粉酶基因的获得是否受到用火技术驱动”的疑问，苏德曼称相关证据很薄弱，目前只可作猜测。

格库门推测，由于人类饮食越发倚重淀粉，自然选择或许青睐那些分泌更多唾液淀粉酶的人，更多淀粉酶也可能帮助他们吸收更多营养。

格库门等人分析过来自45000年前狩猎采集者遗骨的DNA片段，并估计这些人的染色体约有5个淀粉酶基因拷贝。狩猎采集者因基因突变而获得或丢失AMY1基因拷贝，但就已有证据而言，他们并未因拷贝数增加而获得任何进化优势。

到大约12000年前，情况发生变化。最后一个冰河时代结束，许多社会开始驯化农作物，其中包括富含淀粉的食物，如小麦、大麦和土豆。自那以后，欧洲和西亚地区的人类获得了越来越多唾液淀粉酶基因拷贝。

怎样解释这一趋势呢？似乎还是要搬来自然选择那一套：拥有更多AMY1基因的人更有可能存活和生育后代。

有趣的是，苏德曼和格库门团队都发现，淀粉酶浪潮不仅席卷欧洲和西亚，其他地方的古人也经历了类似演进——只要那里的饮食结构被淀粉攻陷。在一项尚未发表的研究中，格库门与同事指出，过去数千年间，秘鲁地区的AMY1基因拷贝数迅速增加，而土豆被秘鲁居民驯化是5000 多年前的故事。

秘鲁地区的居民最先驯化了土豆

食物已上路，拷贝或外来

对现代社会人类而言，拥有更多AMY1基因拷贝似乎带不来繁衍方面的优势。那我们的祖先是怎样因唾液淀粉酶受益的？

要回答此问题，或许应重新思考唾液淀粉酶在口腔内的作用。传统观点里，这种酶是人体消化淀粉的第一步；但它的真正作用，有没有可能是向人体发出“食物已上路”的信号？

若上述推测成立，我们可以认为——更多唾液淀粉酶有助于促进产生更多胰岛素，让人体从淀粉处吸收更多糖。在饥荒时期，它帮助人们从少量食物中获取最大养分。AMY1基因拷贝关乎生死。

佩里则从另一种角度给出见解：自然选择并非AMY1基因席卷欧洲和西亚地区的唯一解释。因为不时有大批移民迁徙至此，并很快取代在当地生活数千年的老居民。新来者可能带入额外的唾液淀粉酶基因拷贝。

资料来源：

How humans evolved a starch-digesting superpower long before farming

How Early Humans Evolved to Eat Starch