食物塑造基因戒不掉的碳水化合物

　　现在，一项新的研究正在调查，对淀粉的追求如何驱动饥饿的哺乳动物进化适应。

　　这项有关46种哺乳动物的研究，重点针对一种叫做淀粉酶的生物化合物，它由人类和其他动物产生，用来分解淀粉。

　　研究发现，在哺乳动物进化过程中，教身体如何制造淀粉酶的遗传机制一直像变色龙一样。它在不同的动物身上以不同的方式进化，并且它能够迅速地变化，与动物吃什么相一致。

　　研究发现，含淀粉饮食的哺乳动物比不含淀粉的哺乳动物（至少在所研究的物种中）有更多的淀粉酶基因拷贝，该基因携带构建淀粉酶的指令。

　　这项研究也证明了与淀粉酶有关的进化变化——包括淀粉酶基因的复制和唾液中产生淀粉酶的能力——可能独立于某些不同的物种。这种现象被称为趋同进化，通常意味着一种特别有用的适应。

　　研究结果发表在5月14日的eLife上。总的来说，这项研究描绘了哺乳动物淀粉酶进化历史的丰富画面，从人类、狗和家猫到刺猬和环尾狐猴，以及在脸颊内储存食物的狒狒。

　　“淀粉酶是饮食可能改变我们基因的代表。这很有意思，”Omer Gokcumen博士说，他是纽约州立大学布法罗分校文理学院的生物科学助理教授。“我们在淀粉酶基因中看到的重复提供了一种非常灵活和快速的基因功能进化方式，这种进化机制还未被重视。”

　　牙科医学院口腔生物学教授Stefan Ruhl博士说：“过去的研究已经探索了人类和狗等特定物种的淀粉酶进化，但我们的研究具有更广阔的前景。我们对进化树不同分支的几十种哺乳动物进行了研究，发现当涉及到唾液中的淀粉酶时，遗传学和生物学可能会对我们吃的东西做出反应。”

　　这项研究由Gokcumen，Ruhl和第一作者Petar Pajic领导。

　　调查结果详情：

　　含淀粉饮食的哺乳动物似乎在基因上适应了更多的碳水化合物：在所研究的物种中，那些食谱中含有淀粉的哺乳动物通常比食肉动物和食草动物（其饮食严格排除淀粉）拥有更多的淀粉酶基因拷贝，后者携带制造淀粉酶的指令。吃碳水化合物的人类、家鼠、褐鼠、狗、猪和野猪有很多副本，而以肉为食的哺乳动物如美洲狮和以昆虫和蜗牛为食的刺猬则很少。

　　这一点很重要，因为这种基因类似于工厂中的模具：你拥有的单位越多，理论上你能产生的淀粉酶就越多。至于淀粉酶基因的额外拷贝是如何进化的，“就像鸡和蛋一样——我们不能真正分辨出是什么先发生的，”Ruhl说。“饮食中的淀粉可能导致更多的淀粉酶，而消化淀粉的能力可能导致淀粉摄入量增加，等等。”

　　在某些情况下，与人类密切接触——以及获得人类食物——可能刺激了对淀粉的适应。这项研究证实了其他研究小组过去的发现，与人类生活在一起的老鼠和家养狗，其淀粉酶基因的拷贝数比它们的野生表亲（分别是狼和野生啮齿动物）要多。褐鼠（褐家鼠）——一种通常被称为街鼠或下水道鼠的物种——也有许多淀粉酶基因拷贝。

　　淀粉酶的遗传扩展可能独立于多物种发生：根据遗传证据，研究得出结论，小鼠、大鼠、狗、猪和人类可能在进化过程中的不同时间独立地获得了淀粉酶基因的一些额外副本，而不是从同一祖先那里继承所有副本。这种现象被称为趋同进化，可以表示一种特别有用的适应。

　　唾液中的淀粉酶比以前已知的更为广泛（例如，有些宠物狗会产生这种酶）：大多数淀粉酶是在胰腺中产生的，但有些动物也会在唾液中分泌它。新的研究发现，这种能力比以前所知的更为普遍，并提出唾液淀粉酶作为另一种适应，可能是通过趋同进化在某些物种中产生的。

　　当科学家们测试了22种哺乳动物唾液中的淀粉酶时，他们在15种物种中发现了它，其中包括6种以前不知道唾液中含有淀粉酶的物种。也许不足为奇的是，狒狒和恒河猴长时间将食物储存在脸颊囊中，它们是被测的哺乳动物唾液淀粉酶产生最多的物种之一。

　　宠物狗是新近被鉴定为唾液淀粉酶生产者的品种之一。虽然并非所有的狗都有淀粉酶，但研究发现它存在于一些品种，如英国奶油金毛猎犬、拉布拉多犬和斗牛犬。

　　该研究的第一作者Pajic说：“这项研究提供了迄今为止哺乳动物谱系中淀粉酶是如何在遗传水平和唾液蛋白表达水平上进化的最全面的图像。从更广泛的理论立场来看，它还揭示了进化的速度有多快，简单的事物，比如你吃的食物，可能会促使其他不相关的物种以同样的方式进化（比如你的猫和狗）。”

　　对于不在脸颊储存食物的动物来说，唾液中有淀粉酶其进化优势还不清楚。但是Ruhl说，一种理论是，它可以帮助动物和人类识别淀粉类食物是否值得食用。

　　“人类有很多唾液淀粉酶，但为什么呢？”他说。“不像狒狒在腮帮子里简化消化食物，我们人类在口中保存食物的时间不足以让任何实质性的消化发生。一个想法是唾液淀粉酶进化来帮助我们的祖先检测淀粉：否则他们就无法品尝淀粉。淀粉酶释放淀粉中的糖，这可能有助于动物对富含淀粉的食物如土豆或玉米产生偏好。”

　　唾液淀粉酶的其他假设用途包括清除牙齿中的粘性淀粉残留物“唾液中的淀粉酶可能是一种生物化学牙刷，大自然为我们提供的，”Ruhl笑着说。“它有助于调节口腔微生物群的组成。”