当你喝酒时，动用的是1000万年前点亮的特殊技能
2014-12-02 IvyP 果壳网
对现代人来说，不管是不是适量，酒精对健康都是有危害的。不过，如果你是生活在1000万年前的一只猿，那有福消受酒精能让你在环境条件不好时，更容易活下去。一项新研究发现，人类祖先摄入酒精的历史远早于人类开始主动发酵的历史。通过对乙醇脱氢酶4基因的演化进行分析，研究者发现，大约1000万年前，这个酶上一个单氨基酸突变，增强了人类祖先的酒精代谢能力，这一改变可以让人类祖先在食物短缺时，能够从过熟果实中获得营养。研究论文[1]于12月2日发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上。果壳网科学人就此对论文第一作者，圣达菲学院的生物学副教授马修·卡里根（Matthew Carrigan）进行了采访。
对于人类祖先何时开始接触乙醇（酒精）这个问题，人们有不同的见解。有人认为当农业足够发达，人们开始储存吃不完的食物后，乙醇才作为一种人们主动发酵的产物登上了餐桌（大约9000年前）；而另一种观点则认为，早在8000万年前，灵长类开始摄食植物果实时，就已经接触了果实中自然发酵产生的乙醇。研究者希望利用古遗传学（paleogenetics）的方法，来探究人类代谢乙醇能力的演化过程。
野外观察中科学家们发现，黑猩猩经常会被到那些几千米外腐烂果实散发出来的气息吸引，并且矢志不渝的找到它们大吃一顿。图片来源：janegoodall.org
乙醇的代谢需要多种酶的参与，研究者选定了乙醇脱氢酶4（ADH4）基因作为研究对象，来比较现代人和人类祖先的ADH4对乙醇的代谢效率。卡里根解释道：“ADH4能够代谢包括乙醇在内的多种醇类，它主要分布在上消化道（口腔、食道和胃部），因此ADH4是最先接触食源性乙醇的几种酶之一。另外我们还发现，ADH4也能有效代谢几种在植物中常见的大分子醇类，包括香叶醇（geraniol）。因此，对于植食性的灵长类动物来说，ADH4对醇类的消化可能也起到了重要的作用。”
研究者根据7000万年前至今的灵长目动物的ADH4基因序列，合成出了9种ADH4，对它们代谢乙醇和香叶醇等醇类的效率进行了比较分析。结果显示，人类（Homo sapiens）和红毛猩猩（Pongo pygmaeus）的共同祖先不能有效地代谢乙醇，但却能够代谢广泛存在于植物中的香叶醇等其它醇类；而当人类、黑猩猩（Pan troglodytes）和大猩猩（Gorilla gorilla）的共同祖先与红毛猩猩分家时，前者的ADH4基因发生了单一位点突变，使其代谢乙醇的效率一下增加了40倍，而代谢香叶醇的效率则有所下降。这种ADH4也是现代人类、大猩猩和黑猩猩体内的常见形式。
不同灵长目动物的ADH4对不同底物的氧化效率。红色代表人类、大猩猩和黑猩猩共同祖先，黄色代表人类与红毛猩猩共同祖先，其它颜色代表更早的祖先。黄色虚线来自多次独立实验。图片来源：研究论文
那么ADH4上的这个突变是如何产生的呢？研究者对此提出了适应性假说。这种ADH4对乙醇代谢效率的提高大约与中中新世气候变迁（middle Miocene climatic transition）同时出现，后者引起了大范围的生态环境变化，进而导致人类祖先从树栖向陆栖转变。落在地上的过熟果实通常比树上的成熟果实发酵时间更长，因此人类祖先可能因此接触到了更高含量的乙醇。而ADH4对乙醇代谢效率的提高也让人类祖先在气候变化、食物短缺的情况下能够以吃过熟果实为生。
既然原始人类能很好地代谢乙醇，那“酒鬼”是不是也早就有了呢？卡里根表示：“我们的数据并不能说明人类祖先是否‘嗜酒’，但人类接触乙醇的古老历史或许能够解释现代人类为何倾向于过量饮酒。值得注意的是，生物适应了存在于天然发酵果实中的乙醇，不代表这种适应就是最优的，也不代表乙醇就是该物种的最佳营养来源。我认为食用过熟果实，是我们祖先在不能获得更好食物时使用的一种保底策略。同样需要注意的是，虽然人类祖先的ADH4在1000万年前就适应了乙醇，但是随着科技的进步，人类摄入酒精的形式和含量都发生了很大变化——人类在约1万年前才开始自主发酵糖类，而酒精的可获得性和浓度是随着生产和蒸馏技术的进步而逐渐提高的，可能就是因为出现这种大量的、高浓度的酒精，人们才开始大量摄入酒精，进而产生了酒瘾。此外，我觉得一个酗酒的灵长类动物如果离开了特殊的人类社会环境，生活状况应该不会很好。”
相信我，如果人类祖先会醉成这样，估计它也没机会成为在座各位的祖先了……图片来源：rangerup.com
在现代人中，ADH4基因具有多态性，而这些多态性决定了不同个体对乙醇代谢效率的差异。卡里根认为，“我们的研究只是第一步，后续研究的一个关键点就是确定人类ADH4基因的多态性对该酶代谢效率的影响。这些多态性可能使不同个体对乙醇的代谢效率不同，而这不仅意味着人们的易醉程度不同，还意味着在乙醇代谢过程中，有毒代谢中间产物（如乙醛）的积累量也会不同，所以因饮酒而患肝病及上消化道癌症的风险也会有所差异。”
对人科（Hominidae）以外的13种动物的ADH4的研究发现，只有来自指狐猴（Daubentonia madagascariensis）的ADH4对乙醇的代谢效率较高，而它在约7000万年前就与人类祖先分开演化了。由于指狐猴以果实、树汁和花蜜为食，而这些食物都能自然发酵，因此可能产生了对乙醇的适应性。考虑到乙醇代谢是一个需要多种酶参与的复杂过程，所以在其它动物中可能存在不同的适应途径。
指狐猴或许长得不怎么好看，但是人家同样也能“喝两杯”。图片来源：arkive.org
卡里根介绍说：“除乙醇外，我们同时还在研究其它几种参与乙醇代谢的酶的演化历史，包括ADH1A、ADH1B、ADH1C和ADH2。我们希望对其他物种适应乙醇过程的研究，能为改善人类健康提供借鉴，并为更大范围的演化过程提供新的见解。我们的研究结果有力地证明了人类接触酒精的悠久历史，同时也说明黑猩猩和大猩猩也有同样的演化历史。那么猩猩在野外是否也会进食发酵的果实呢？如果会，是因为它们确实更喜欢发酵的果实，还是因为食物短缺所以不得不从发酵的果实中获得营养？对此类问题的探究，将有利于我们更全面地了解人类与乙醇相互作用的演化历史。”（编辑：球藻怪）
