2024年2月5日 星期一

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


作者:Jonathan Silvertown
譯者:鄧子衿
出版社:遠見天下文化出版


「從演化的角度來看,「先有雞,還是先有蛋」這個難題其實很容易就可以打破:蛋比雞先演化出來。」

📝 在出現「雞」這個生物以前,就已經有「恐龍」會生「蛋」了。鳥類是爬行動物的後代。

「生物演化的歷史中,爬行動物首先發明用含有礦物質的蛋殼來保護蛋,而在蛋殼之下是更古老的發明,(中略)這項古老的發明是羊膜。羊膜會形成羊膜囊,裡面充滿羊水並包住胚胎。(中略)動物演化出羊膜囊,解決了在乾燥陸地上繁殖的問題,植物演化出的種子也解決了相同的問題(卵在乾燥的陸地上無法生存)。」

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「鴨嘴獸的基因組中同時具有乳汁基因和蛋黃蛋白質基因,證明了這種動物的確位於產卵動物過度到懷孕動物之間的地位,是古老的遺物。」

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植物矽石(phytolith)是植物葉片中含有矽的微小顆粒,如果植物被當成食物,葉片中的植物矽石便會嵌入牙齒中,植物矽石的形狀可以用來鑑別植物種類,讓我們多少知道露西吃了哪些植物。」

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「瘦肉其實不是優良的熱量來源,因為身體需要先消化蛋白質,再把一些胺基酸轉換成葡萄糖,這個過程就要花費能量,所以得到的淨能量比較少。」

兔肉飢餓症(rabbit starvation):光吃瘦肉無法得到足夠熱量,最後會因肉類中毒而死。

「肉類吃太多會造成中毒,原因在於消化肉類後產生的胺基酸太多,超過身體的排除能力。肝臟會把過量的胺基酸轉換成尿素,尿素經由血液流到腎臟,最後排出體外,但是尿素太多會超過腎臟的負荷量。如果飲食中有足夠的脂肪,脂肪能夠填補不足的熱量,代替葡萄糖,消除飢餓感,這樣就不會吃太多肉類了。」

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「最近一百萬年來,只要人屬物種出現的地區,那裡的大象不久之後便會絕跡。」

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「尼安德塔人是歐亞大陸海德堡人的後裔,智人是非洲海德堡人的後裔,比較兩者的基因序列,顯示智人和尼安德塔人最晚的共同祖先於五十萬年前,直到四萬年前,尼安德塔人都還在歐洲生活,但是後來滅絕無蹤了。在非洲以外所有智人的族群中,都帶有尼安德塔人的基因。」

「製造工具、烹煮食物等日常習慣,我們通常認為是專屬於智人的新奇特性,但是這些其實根植於人類的譜系之中。這個譜系非常古老,智人是非常晚近才出現的。」

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「不過我們的確知道,就是這一次遷徙(七萬兩千年前),成為智人這個物種散播到整個地球的唯一起點。

這個『唯一』的意思,就是獨一,而且無二。現今在非洲之外的六十億人口,都是那一小群遷徙出來的人的後代。(中略)我們的基因中記錄了這個事件。非洲人族群中遺傳多樣性很高,人與人之間的差異很大。相較之下,世界上其他地區的人在遺傳上的一致性較高,(中略)離非洲愈遠的人類,具備的遺傳多樣性便愈低。這意味著在遷徙的過程中,是由一小群人離開原來的群體,走過一段路途之後紮營,然後建立自己的根據地。當這群人的數量增加之後,又分出一小群人遷徙出去。」

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「乾燥能夠妥善保存食物和其他生物原料,因為造成腐爛衰敗的微生物在沒有水的狀況下無法存活。埃及沙漠乾燥的氣候,讓三、四千年前墓中的數百條麵包保留了下來。這些麵包是要讓埋葬在墓中的王室死後享用的。」

📝〈依據這份食譜,或許我們也能一嚐「世界最古老麵包」的滋味〉

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在亞洲西南部的肥沃月灣適合被馴化的植物特性
  1. 生命週期短,生長速度快,所以很快就可以進入採收的階段,e.g., 穀物、豆類、玉米、水稻。
  2. 產量多:「一年生植物的繁殖機會只有一次,會把更多的能量用在產生種子上。」
  3. 此地區的氣候乾燥且雨量不固定,所以為保存養分供種子萌發,植物容易演化出較大的種子。

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「人為篩選會使得避免麥穗迸裂的基因在植物族群中出現的頻率增加。這樣一來,麥穗上的麥子不會掉落,所以人類需要打穀,以外力取下麥粒。野生麥子在自然狀況下,麥粒會脫落得乾乾淨淨,斷口整齊。而麥子不會自然掉落的麥穗則需要農家打穀,打下的麥粒斷裂部位參差不齊。因此用放大鏡檢查,麥粒從麥穗斷裂處參差不齊的比例較高,這就表示這種穀物受到馴化了。在考古紀錄中,二粒小麥最先出現這種明顯的馴化標誌。」

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「黑麥含有大量蛋白質,以及一種少見的碳水化合物:阿拉伯木聚醣(arabinoxylan),這種糖也稱為聚戊醣(pentosan)。阿拉伯木聚糖能夠吸收大量水分,黑麥種子萌芽時,這種特性大有幫助;烹煮的時候,黑麥粉吸水的分量是小麥粉的四倍。小麥粉製成的麵包,在烘焙後轉涼的過程中,其中的澱粉會結晶,使得麵包的質地變得堅硬。這個過程可以逆轉,所以重新加熱的麵包比較鬆軟。然而,阿拉伯木聚糖在冷的時候依然保持柔軟,使得黑麥麵包能夠久放。」

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「飲食中澱粉含量高的人,如果α澱粉酶的基因數量多,看來的確有好處,這個好處卻不是因為消化澱粉的效率更高,而是在吃了富含澱粉的一餐之後,血液中不會馬上充滿葡萄糖而對身體造成危害。(中略)唾液中α澱粉酶的功用不只是要開始消化澱粉,還要讓澱粉在口中的時候就出現葡萄糖了,然後經由味覺受體提早向身體發出警告:有很多澱粉將會進入胃中。這樣胰島素能預先釋放出來,以避免高血糖造成危害。」

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「狗和人類不同,唾液中不含澱粉酶。但科學家比較狗和牠們野生祖先狼的基因組,發現狗在馴化的過程中,和消化道中分解澱粉相關的三個基因改變了。其中一項改變,是狗的消化道中負責產生澱粉酶的基因數量大幅增加了。人類餐桌上有了富含澱粉的麵包塊之後,演化讓狗也適應了這種狀況。」

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「肉類等含有豐富蛋白質的食物中具有麩胺酸。麩胺酸只要微量,我們便能夠嘗得出來,因此可以證明吃到的食物夠營養。人類乳汁中的麩胺酸含量是牛乳的十倍。

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「海藻細胞中的麩胺酸鈉能夠讓海藻與海水的鹽濃度達成平衡,這樣細胞就不會萎水萎縮了。你可以預期到,愈鹹的海水中,海藻中的麩胺酸鈉濃度愈高。」

「這解釋了為什麼日式高湯是很好的湯底,說穿了就是簡單的化學:其中含有來自昆布的麩胺酸和來自柴魚片的肌苷酸,兩個在一起,引發鮮味大爆炸。」

「有能夠煮出充滿鮮味湯汁的食譜,幾乎都包含用小火燉煮含有蛋白質食材的過程,這個食材可能是骨頭或魚塊。雞高湯中含有大量麩胺酸,有些料理甚至只用雞湯當作湯底。高湯中的動物材料是麩胺酸的主要來源;核酸也有鮮味,可能來自高湯中同樣食材的肌苷酸;鳥苷酸則來自於加入湯鍋中的植物或是蕈菇。」

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泡乾香菇的時候不能用熱水,因為香菇中有酵素,能夠幫助香味分子的釋放,而熱水會破壞這些酵素。」

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「海獅吃東西時是把食物整條吞下去,嚼都不嚼,所以牠們這樣吃魚的動物既沒鮮味受體,也沒有甜味受體,整個T1R基因(味覺受體)家族中的三個基因都變成了偽基因。在演化中失去這些基因功能的現象,也分別出現在海豚和吸血蝙蝠身上,牠們也都不嚼食物。」

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「有些夜店會在盥洗室水龍頭的水裡面加鹽,讓口渴的客人非得買貴貴的瓶裝水補充水分。」

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「如果你仔細回想那些有苦味的食物,會發現都是從植物來的。十字花科的綠色蔬菜,不論是抱子甘藍、甘藍菜、羽衣甘藍、綠色花椰菜等,天生就是帶苦味的,就算是馴化過了的仍然有點苦。水田芥和芝麻菜的苦味從來都沒少過:人類在馴化芥菜、山葵和辣根這類植物的過程中,甚至可能刻意篩選苦味更重的,看來我們也滿能苦中作樂的。」

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「比起那些不吃植物的動物,把植物當成日常食物的動物,苦味分子受體基因的種類比多。」

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「果實尚未成熟時飽含酸味,很明顯的是要排拒動物,因為果實中的種子尚未成熟,還不能傳播出去見世面。」

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「發酵作用是在不需要空氣的狀況下進行的,微生物會吃下糖,如果是酵母菌,產生出來的廢物是酒精,乳酸菌產生的則是乳酸。」

「如果你在家裡自己釀啤酒或葡萄酒,就會知道發酵成功的重點之一,在於是否隔絕空氣。如果在酒精發酵當中有空氣跑進去,那麼發酵環境會變得適合醋酸菌生長,這類細菌能夠把酒精轉換成醋酸(也就是讓酒變成醋)。」

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「即使在能夠好好保存獸肉和禽肉的低溫下(還沒低到冷凍的溫度),魚肉依然會開始腐敗,這是因為深海魚類生長在寒冷的溫度中,所以魚體內的酵素在低溫下也能發揮作用。」

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「日本有一種料理方式,是用昆布把白肉魚肉塊包裹起來,放在冰箱中幾天,魚肉會吸收來自海帶的麩胺酸,魚肉本身有肌苷酸,兩者加起來使得魚肉的鮮味大增,能夠當成生魚片來吃。」

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「魚身上的氧化三甲胺,功用和昆布的麩胺酸鈉是相同的,能夠讓魚的細胞和海水保持滲透平衡,以免細胞脫水萎縮。」

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非洲象的嗅覺受體基因超過二千個,是地球上嗅覺最強的生物。」

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小鼠能夠聞到二氧化碳的味道,所以對於小鼠來說,冒著泡泡的礦泉水的確是帶有氣味的,只是人類聞不到。」

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「花朵產生的低濃度糞臭素聞起來甜美芬芳,但由糞便產生的高濃度糞臭素聞起來就像屎。」

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「魚的身體是流線型的,所以只要很少的能量,便能夠在水中以穩定的速度慢慢前進。這種定速巡游主要是由含有肌紅素的肌肉所執行的,肌紅素有點類似紅血球中的血紅素。持續游動所需的氧儲存於肌紅素,所需的能量則是以油脂的形式儲存。鯡魚、鯖魚和沙丁魚都屬於這種肌肉顏色深、富含油脂的魚類。一條肥美的鯡魚,肌肉裡面有百分之二十是脂肪。」

「魚類為了能夠具備快速加速所需的力量,得有很多能夠馬上出力的肌肉。許多大型掠食魚類中有很多白色肌肉,就是為了這個目的,例如鱈魚和其他白肉魚。鱈魚的肌肉中,油脂只占了百分之○.五,而且沒有肌紅素。鮪魚是會遷徙數千公里的掠食魚,魚肉便呈現粉紅色,肌肉的性質介於紅肉和白肉之間。」

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「不論人族是怎樣開始吃肉的,吃肉使得人類和被吃的獵物之間的關係愈來愈近,最後人類圈養了牛和豬,並且馴化牠們。人類和三種感染人類的絛蟲有非常久遠的演化關係,因此是人類讓馴養的牛和豬受到這些寄生蟲的感染,而非牛和豬讓人類受到感染。」

📝 演化分析發現,人類早在幾百萬年前,遠在開始畜牧前,就可能因為食用獅子或鬃狗的獵物(羚羊之類的)而染上這些寄生蟲了。

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「無鉤絛蟲的基因組中,負責製造熱休克蛋白的基因多到異常,可能是為了在面對熱衝擊時有堅強的保護,感染野生動物的絛蟲就沒有那麼多熱休克蛋白基因。」

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馴化症候群:「達爾文注意到,牲畜和野生動物相比,繁殖模式比較不會受到季節影響,皮毛經常出現因為缺乏色素而形成的白斑,並且全身都有。耳朵通常下垂、鼻吻部比較短、牙齒比較小、腦比較小、尾巴捲曲,行為更像是年幼而且溫順的個體。」

「為什麼馴化症候群中包括了雜色的皮毛花紋?為什麼牛、狗、天竺鼠,甚至錦鯉,這些沒有親緣關係的動物,都具備了這樣的表徵?」

假說:「科學家認為神經脊細胞的數量應該是由許多基因所控制的,每個基因都發揮小小的影響力。找不到主控馴化症候群的基因,正是因為沒有這樣的基因。如果神經脊理論是正確的,這意味著在馴化的過程中的大部分變化,例如捲曲的尾巴、斑駁的毛色、下垂的耳朵,都只是在篩選溫順的行為時的意外副產物,溫順才是篩選時著重的特性。」

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「野生的馬鈴薯要能夠散播、繁殖,所以馬鈴薯會有比較多能量用於生長走莖,而不是生長塊莖。但在人擇的情況是,人類為了自身的目的扭轉了這種特性,因此我們種植的馬鈴薯品種,會有較大的塊莖生長在較短的走莖上,而且塊莖就長在植物下方的泥土中,這樣才容易挖出來。」

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「馬克吐溫說花椰菜『只不過是受過大學教育的高麗菜』。」

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「多山地區通常會具備這種生物多樣性,因為山區的地形複雜,環境變化劇烈,生物會為了適應各種環境而演化。每座山谷由於高度與方位的差異,而有不同的微氣候。土壤的濕潤程度也不同,從乾燥到濕軟統統俱全。這些差異組合起來,成為多到數不清的獨特場所,讓演化能夠打磨出適應各種獨特環境的物種,造成每個區域的族群差異。」

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「一般的馬鈴薯沒有毒,但是如果受到光線照射,製造苦味毒素的程序便會啟動,這種毒素是一種配糖生物鹼(glycoalkaloid)。幸好馬鈴薯受到光照射時,表皮會產生葉綠素而轉成綠色,讓我們能夠有所警覺,不要吃這樣的馬鈴薯,或是把有毒的外皮削去。」

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「肉豆蔻樹會長出桃子狀的果實,成熟的時候果實會裂開,掉出一顆種子,也就是肉豆蔻仁。種子外面有一層鮮紅色的假種皮,假種皮乾燥後會變成深橘色,和種子分開,這便是肉豆蔻皮。」

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「鳥類會吃成熟的辣椒果實,排出能夠萌芽的種子,但是齧齒動物就不會吃辣椒。從沒遇過辣椒的齧齒動物,還是可能會吃無法製造辣椒素品種的辣椒果實,但是在牠們糞便中的辣椒種子會碎裂,無法萌芽。所以,辣椒素的驅退作用是有選擇性的,它能夠阻止吃了辣椒會破壞種子的齧齒動物,但是不會嚇唬能夠好好散播種子的鳥類。」

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「蜜蜂會把花蜜濃縮成蜂蜜,使得其中的糖濃度超過百分之八十,因此酵母菌這種會偷取糖類的小惡魔便無法讓蜂蜜發酵。高濃度的糖有防腐效果,所以果醬、蜜餞和蜂蜜不需要放在冰箱中,也能夠長時間保存。」

📝 蜜蜂會替採收回巢的花蜜搧風,降低水分,並添加各種酵素,其中一種為葡萄糖氧化酶(glucose oxidase),可以將葡萄糖水解為葡萄糖酸及過氧化氫,阻止微生物滋生。〈蜂蜜的釀造過程〉

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「從組成分來說,糖融化甩成絲製成的棉花糖,和由純纖維素(葡萄糖連接而成的聚合物)形成的棉花,在化學上幾乎沒有差別。但是對人類來說,前者是食物,後者無法消化。」

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「盜取蜂蜜的動物是驅動蜜蜂演化出螫針的原因。許多蜂並沒有蜂針,那些物種的蜂巢小,裡面沒有多少蜜,甚至根本沒有蜜。」

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「毒蜂蜜的神經毒性來自於杜鵑花和夾竹桃」

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「在同樣重量下,果糖的甜度是葡萄糖的兩倍」

「身體沒有把果糖當成一般的糖,也就不會引發那些限制能量攝取與儲存的調節激素的分泌。」

「人體所有器官都能夠把葡萄糖當成燃料,但是果糖的代謝只能在肝臟進行。」

「果糖在人體裡像是隱形的,胃部無法因為果糖而產生飽足感」

「水果製成的果汁或果昔在胃中的作用,就像是喝下高糖分飲料一樣。完整的果實不會這樣,因為其中的纖維素會減緩吸收果糖的速度,但果汁機快速打碎的水果便沒有這樣的效果。」

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「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。(中略)最早的哺乳動物大約在二億年前出現。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。」

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「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。」

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「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。」

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「哺乳類的幼兒能夠製造乳糖酶來解決這個問題(分解乳糖)。」

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「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。」

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「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。」

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「人類其他的食物,不論培育之後發生了多麼重大的改變,在大自然都還有相近的親戚。起司則完全不同,因為它不是某一個物種的產物,也不是兩個物種的產物,而是幾十種細菌與真菌組合而成的微型生態池(microcosm)。從生物學的觀點來看,一塊起司便是一個微生物群系(microbiome),也就是一群不同的微生物。

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「乙醇雖然有毒,但是人類已經演化出對乙醇的耐受性」

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「罌粟、大麻和古柯能影響腦部,是因為它們會模擬原本存在於神經系統中的物質。(中略)植物把這些精神刺激成分當成對付食植動物的武器。(中略)海洛因成癮者只是罌粟和毛蟲之戰的意外受害者。」

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「隨著釀酒酵母持續活動,酒精濃度也愈來愈高,最後只有釀酒酵母耐得住這樣高濃度的酒精。」

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釀酒酵母:「ADH1基因的蛋白質產物擁有果實最初演化出現時就具備的功能,也就是製造乙醇。第二個基因(ADH2)製造的酵素能把乙醇轉換成乙醛,用於酵母菌的代謝過程中。

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在只有一種基因的時候,釀酒酵母採用的策略是『餓死鄰居』:製造乙醇使得競爭者沒有糖可用,同時乙醇又有毒;不過代價是要消耗糖來製造乙醇,這些乙醇沒有辦法回收使用。第二種基因演化出來後,便能夠把第一種基因製造的乙醇轉換成乙醛,這便讓釀酒酵母有了新的策略:『製造乙醇,累積乙醇,利用乙醇』。現在乙醇可以當成武器,也可以當成存糧,兩者功用合而為一。」

📝 轉換成乙醛有什麼用處?

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「人類也有一種剛才提過的醇去氫酶,不過精確來說,人類的版本叫做ADH4。如果肝臟中的乙醇濃度太高,ADH4 就會把乙醇代謝掉。」

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「酒精本身就是富含能量的食物。在等量的情況下,乙醇提供的能量將近是碳水化合物的兩倍」

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「具有 ADH1B*2對偶基因的人,比較不容易大量飲酒或是酒精成癮。ADH1B*2這個突變其實可以讓乙醇的代謝速度增加為百倍,因此這個結果乍看之下頗為矛盾。

由於 ADH1B 在乙醇濃度低的時候便運作了,ADH1B*2這個對偶基因產生的高效能酵素,在一點點酒進入了身體之後,就會馬上產生大量乙醛,讓身體很不舒服。因此,有這種對偶基因的人鮮少飲酒過量。他們得到心血管疾病和某些類型的中風的機率也大幅下降。」

「如果你的祖籍是東亞,那麼很有可能不太會喝酒,這是因為你帶有高效ADH1B對偶基因和低效 ALDH 對偶基因的機率很高。你喝酒的時候,體內很快產生許多乙醛。第一種酵素調節乙醛產生的速度(很快),第二種酵素影響乙醛分解的速度(很慢),如果你這兩種對偶基因都有,我可以和你打賭,你是個滴酒不沾的人。」

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「CRISPR-Cas9 用來解編輯DNA序列的功效,就像是你在使用 WORD 這種文字處理程式中的『尋找與修改』功能。」

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「飲食研究證實了一項比較各文化飲食習慣之後也會得到的論點:要達到健康而且均衡的飲食,有許多方法,只要不是光吃肉或是完全避開動物性蛋白質就好了(這兩種都容易造成健康問題)。」

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「人類可以享有各式各樣的飲食。那麼你可能會想,為什麼有那麼多作者一直要我們相信,演化限定了我們的飲食範圍。可能的答案,意外來自一位作家經紀人。當時我把這本書的大綱寄給他,他告訴我說,我應該跟隨潮流,從演化的角度開出飲食處方,這樣才會賣得好。但是如果有效的話,我都可以賣你布魯克林大橋了。」

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