《與達爾文共進晚餐》:世界唯一專門「演化」出來給我們吃的食物

《與達爾文共進晚餐》:世界唯一專門「演化」出來給我們吃的食物
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我們想讓你知道的是

乳腺幾乎可以確定是由汗腺演化而來、具有特殊功能的腺體。他也正確推論出泌乳的古老起源。現在的遺傳學與生物化學證據指出,最早的哺乳動物大約在2億年前出現。包括鴨嘴獸在內,會分泌乳汁的動物全部具備了一群相同的基因,製造出基本成分相同的乳汁,這便是證據。

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文:席佛頓

專門演化出來給我們吃的食物

我們可以確實說,乳汁是唯一一種專門演化出來給我們吃的食物。我們把這個演化的禮物和其他生物共享,製成了起司。製造起司時,乳汁中的一小部分能量給了那些生物,它們慷慨回報無窮的好味道。乳腺,以及有時從乳腺分泌而出的乳汁,對哺乳類所有新生兒的生存都無比重要,真不知道哺乳類的祖先在還沒有乳汁時是怎樣活下去的。我們對於任何適應,都可以提這個問題。

達爾文在《物種原始》中堅稱,天擇造成的演化是一種漸進的過程,大自然不會突然跳一大步,而是踩著小碎步,經過長久的時間,才造成顯著的變化。他認為漸變論是天擇演化的基礎,讓這個理論能夠接受測試,並且寫道:「如果有任何複雜的器官不是經由許多複雜、連續且細微的改變而造就的,那麼我的理論就完全失敗了。」

生物學家米瓦特(St. George Mivart)一直抓著這個句子攻擊達爾文的理論(他的名字是聖喬治,和傳說中的屠龍英雄一模一樣,或許因為這樣,覺得自己要有一樣的精神),指出古老祖先最早的乳腺應該還沒有發育完全,對於新生小動物來說根本沒有絲毫用處。他說:「有某個動物年幼的時候能夠活下來,是因為偶然間吸取了母親皮膚上偶然出現的腫大腺體所分泌的一滴液體,其中的營養成分還少得可憐,這種說法可信嗎?」好一個有著既定觀點的問題。

米瓦特年輕的時候支持達爾文的理論,但是在成為演化學家的過程中,由於本身在宗教上的信仰,他抗拒天擇的普遍性,也反對完全不含有上帝設計或指導的這個演化理論。1872年,達爾文在進行《物種原始》第六版(也是最後一版)的修改工作時,發現需要撰寫一章全新的內容,才能夠回答米瓦特的各種批評。

在這一章中,達爾文寫道:「所有哺乳類動物皆具備乳腺,其存在無庸置疑,且必在遙遠古時便已出現……」達爾文繼續說道,米瓦特質疑原始的乳腺對於後代的用處,這個問題其實並不恰當,因為當時已經知道,鴨嘴獸有類似的器官,年幼的鴨嘴獸會直接從母獸皮膚上的腺體吸取乳汁,皮膚上並沒有乳頭,鴨嘴獸幼兒不太可能出現米瓦特所說的那種問題。

鴨嘴獸是卵生的哺乳動物,這類動物稱為「單孔類」,人們認為牠們類似早期的哺乳動物。只有澳洲才有野生的鴨嘴獸,牠們在夜間活動,白天躲在地道深處。在1872年的時候,鴨嘴獸能夠生蛋這件事情,還只是沒有經過確認的謠言。如果當時達爾文就知道鴨嘴獸除了有原始的乳腺之外,還會生蛋,那麼他應該可以更用力強調這種動物是演化史上的孑遺生物,是哺乳動物產卵的祖先和後來具備完整乳頭的哺乳動物之間的過渡期。

就和達爾文當年的推測一樣,製造乳汁的腺體在結構上類似於皮膚上的汗腺,乳腺幾乎可以確定是由汗腺演化而來、具有特殊功能的腺體。他也正確推論出泌乳的古老起源。現在的遺傳學與生物化學證據指出,最早的哺乳動物大約在2億年前出現。包括鴨嘴獸在內,會分泌乳汁的動物全部具備了一群相同的基因,製造出基本成分相同的乳汁,這便是證據。所有的哺乳動物都得起源於一個共同祖先,這個祖先當時便有了完整的泌乳機制,才會出現後來這樣的狀況。由於泌乳機制本身很複雜,需要時間才能演化出來,因此起源的時間必定早於2億年前。這聽起來很矛盾,但是蛋比飛鳥更早出現,乳腺和乳汁也比哺乳動物更早出現。

乳汁含有罕見的乳糖

乳汁是一種特殊的液體,有兩種相輔相成的功能:提供營養,以及提供保護。營養來自於乳汁中的蛋白質、脂肪、糖類(乳糖)、鈣質與其他礦物質。保護來自於乳汁中的抗體,以及其他具備抗菌功能的酵素,這些成分在初乳中特別豐富。初乳是剛出生哺乳動物最早吸到的乳汁,其中也含有母親的免疫細胞。

乳汁中含有的碳水化合物,全都是罕見的糖類:乳糖,而不是所有細胞都能夠共通使用的葡萄糖。這種情況很少見,值得注意。哺乳動物為什麼要提供這種需要消化之後才能利用的碳水化合物給幼兒?如果乳汁中含有的是即刻便能利用的高能葡萄糖,對幼兒不是更好嗎?答案可能在於乳糖的獨特性質,具備了葡萄糖所缺乏的優勢。世界上到處都充滿想要大吃葡萄糖的細菌和酵母菌,只有幾種細菌能夠利用乳糖。想想看細菌或酵母菌感染了乳腺之後,會對母親和幼兒造成什麼樣的災難?

釀酒者利用了酵母菌無法讓乳糖發酵的特性,在啤酒中加入乳糖以增加甜味,製造出來的啤酒稱為牛乳司陶特(milk stout)。如果加的是葡萄糖或是蔗糖,酵母菌會把這些糖類轉換成酒精。

如果要用特殊的糖類餵養幼兒,會產生一個問題:幼兒需要特殊的酵素分解乳糖,之後才能加以利用。哺乳類的幼兒能夠製造乳糖酶來解決這個問題。當幼兒長大斷奶之後,乳糖酶便愈來愈少,最後身體不再製造這種酵素,因為沒有需要了。成年動物吃的食物中沒有乳糖。所以,哺乳類在小時候把乳汁中的乳糖當作能量來源,成年後卻通常無法消化乳糖。

人類成年後往往也無法消化乳糖。如果你有乳糖不耐的狀況,又吃了沒有經過發酵的新鮮乳汁,那麼可能會腹瀉、肚子疼,因為腸胃道的細菌會大吃這些乳糖,讓你的肚子漲氣。如果你能夠耐受乳糖,是因為你身上有一種對偶基因,讓你在成年後依然持續產生乳糖酶。這類突變的出現與散播,與個人的家族歷史有關。

把乳汁變成沒有乳糖的優格和起司

1萬1000年前,在亞洲西南地區的農人首度馴化了牛和綿羊,可能是為了取得乳汁,並且吃牠們的肉。不過這些最早的農人可能沒有辦法直接飲用乳汁,就如同他們現今居住在亞洲西南地區的後代那樣,都是不耐乳糖的。他們可能把乳汁製作成優格,和當地現在的居民一樣。把含有乳酸菌的菌酛培養物混入乳汁中,便能製造出優格。大部分細菌及人類細胞失去了把乳糖當作能量來源的能力,但是乳酸菌還保有這種能力。乳酸菌以乳糖做為食物,產生的廢棄物是乳酸。讓乳汁發酵成為優格的乳酸菌,用光了乳汁中的乳糖,因此就算不耐乳糖的人也能安全食用優格。

乳汁本來是演化出來做為幼兒食品的,優格的製造過程利用了乳汁的部分功能。乳汁的蛋白質分為兩大類:酪蛋白在乳汁變酸時會變成凝塊沉澱下來,乳清蛋白這時依然溶於液體中。單獨的酪蛋白分子是細長纖維狀的,它們會聚集成奈米大小的毛球般構造,叫做微膠粒(micelle)。酪蛋白微膠粒還懸浮在乳汁中時會使光線散射,讓乳汁呈現白色,一旦沉澱了,剩下的乳清就變得澄澈透明了。

乳汁變酸之後,其中的酪蛋白會從懸浮狀態轉變成凝塊,是對母親與嬰兒都有好處的適應功能。這樣確保乳汁一開始能夠順暢的從乳腺流出,嬰兒喝下的乳汁進入胃裡的酸性環境,這時酪蛋白便沉澱了。這很重要,因為酪蛋白要好幾個小時才能夠消化完畢,如果維持在懸浮狀態,很可能就流失了。相反的,還溶於液體中的乳清蛋白容易消化,很快就會消化完畢。

起司製造者使用了含有乳酸菌的菌酛培養物,以這種方式製成的起司並沒有乳糖。起司製造者也會使用從小牛胃部取得的酵素:凝乳酶(rennet),這種酵素可以讓酪蛋白微膠粒不容易懸浮,便沉澱下來了。有些植物能夠產生凝乳酶這種酵素,例如朝鮮薊,所以朝鮮薊也能夠用來製造起司。

突變讓人類可以消化乳糖

考古遺跡中發現的古代陶器碎片上有乳汁的殘留物,這顯示亞洲西南地區的人在7000年前便食用乳製品了,特別是從事畜牧的地區。我們無法確定這些早期陶器最初用以儲存哪些乳製品,但應該是優格,而不是起司,起司可能是比較晚才發明的。最早的盛乳陶器出現後1000年,才出現製造起司所需要的器具。那是大約在6000年前,一種有許多細孔的新型陶鍋出現了,這種鍋子的碎片上附著了乳脂殘渣。這些鍋子可能是過濾器,把富含脂肪的凝塊與含有乳糖的乳清分開來,以製造起司。

新石器時代的歐洲農民和發明酪農業的亞洲西南地區人民一樣,成年之後也無法耐受乳糖。耐受乳糖的突變約在7500年前出現於中歐的高加索山區,這種讓成年人依然可以消化乳糖的突變基因很快便散播到整個北歐,並且從此改變了歐洲人的後代,不論他們今日住在何地。例如在美國的猶他州,超過9成的成年人能夠耐受乳糖。

為何讓乳糖酶持續產生的突變很快就遍布歐洲,但是在最初酪農業發展出來的地方卻沒有演化出來並且散布出去呢?這個問題的後半部比前半部容易回答,那是因為當地發展出了製造起司和優格的技術,把乳汁中的乳糖除去了,所以就算是乳糖不耐的人也可以享受乳製品,不會引起身體不適。在亞洲西南地區的人群中,即使出現了讓乳糖酶持續產生的突變,基於當地人利用乳製品的方式,具備這種突變也不有演化優勢,因此突變不會散播。酪農業最早出現在亞洲西南地區,但是當地人現在幾乎都沒有讓乳糖酶持續產生的突變,應該就是這個原因。

遠東地區沒有酪農業傳統,這種對偶基因也就不可能普遍。歐洲雖然有酪農業,為何沒能阻止乳糖酶持續產生的突變的演化?這個問題依然懸而未決。

乳糖酶持續產生的突變很快從中歐往北散播,是人類之中正向天擇的絕佳案例。從乳糖酶持續產生的對偶基因的散播速度來估算,這種對偶基因帶來的效益比起正常的對偶基因高出了15%。這個數字可以解釋這個突變散播的方式,卻不能說明散播的原因。雖然從演化證據來看,乳糖酶持續產生的突變能帶來很大利益,但是我們卻很難好好說明飲用新鮮乳汁在營養上有多大的好處。有人說新鮮乳汁能夠提供維生素D和鈣質,或是在農作物歉收時能當成救飢的食物,在北歐可能就是如此。

包括生命起源在內的許多演化事件往往難以了解,是因為這些事件都是獨一無二的,事件成因很能難與巧合區分開來。不過乳糖酶持續產生的突變並沒有這種問題,因為它曾經多次演化出來。

在沙烏地阿拉伯也出現了乳糖酶持續產生的突變,是發生在同一個基因上的另一種突變。在沙烏地阿拉伯,並沒有人牧養牛隻,但是當地的游牧民族貝都因人會飲用駱駝乳汁。在阿拉伯沙漠這樣乾燥的環境中,乳汁中含有的水分和其他營養成分,可能對於乳糖酶持續產生突變的演化非常重要。在東非,乳汁做為水分來源,也影響了天擇篩選出乳糖酶持續產生的突變。

在東非坦尚尼亞、肯亞和蘇丹的游牧民族,各自有不同的對偶基因,讓他們能夠飲用牛乳。這三種非洲的突變是獨立出現的,也和歐洲與沙烏地阿拉伯的突變不同,這使得乳糖酶持續產生的突變至少有五個不同的演化案例。

目前全世界有三分之一的人耐受乳糖,其他人的運氣就沒那麼好了。

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書籍介紹

《與達爾文共進晚餐:演化如何造就美食,食物又如何形塑人類的演化》,遠見天下文化出版
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作者:席佛頓
譯者:鄧子衿

這是一頓令人愉悅的大餐,充滿食物、廚藝、人類與生物共同演化的科學,揭示了我們的採買清單、食譜和餐廳菜單的內容,並非只是帶來美味的材料。這其中蘊藏許多迷人的天擇故事,結果影響了我們的盤中物,也影響了我們的品味。

說到雞蛋、麵粉和牛奶,你會想到什麼共通點?它們是鬆餅或許多點心的基本材料,不過還有另一個有趣的答案。雞蛋、種子(麵粉是由小麥種子磨成的)和牛奶,都演化出具有「養育後代」的功能。只要仔細思考我們三餐所攝取的東西,會發現我們吃的喝的每一樣食物都有一段演化歷史。

讓我們一起與達爾文共進晚餐,上幾堂演化美食課。這趟誘人的味覺美食之旅能幫助我們了解人類的歷史、飲食的起源,以及數萬年來的重要食物,包括麵包、香料、海鮮、肉類到美酒。最後更進一步帶領我們進入基改與混搭食物的世界,並一探我們的感官與食物和烹調互動的科學。

席佛頓結合了料理、科學和人類社會,把自然史、考古學、生物學、人物傳記,跟食物的故事串連起來,使得每一頓飯都值得細細品嘗,都成為豐盛的思想饗宴。

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Photo Credit:遠見天下文化

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航

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