食物塑造基因戒不掉的碳水化合物

　　現在，一項新的研究正在調查，對淀粉的追求如何驅動饑餓的哺乳動物進化適應。

　　這項有關46種哺乳動物的研究，重點針對一種叫做淀粉酶的生物化合物，它由人類和其他動物產生，用來分解淀粉。

　　研究發現，在哺乳動物進化過程中，教身體如何制造淀粉酶的遺傳機制一直像變色龍一樣。它在不同的動物身上以不同的方式進化，并且它能夠迅速地變化，與動物吃什么相一致。

　　研究發現，含淀粉飲食的哺乳動物比不含淀粉的哺乳動物（至少在所研究的物種中）有更多的淀粉酶基因拷貝，該基因攜帶構建淀粉酶的指令。

　　這項研究也證明了與淀粉酶有關的進化變化——包括淀粉酶基因的復制和唾液中產生淀粉酶的能力——可能獨立于某些不同的物種。這種現象被稱為趨同進化，通常意味著一種特別有用的適應。

　　研究結果發表在5月14日的eLife上。總的來說，這項研究描繪了哺乳動物淀粉酶進化歷史的豐富畫面，從人類、狗和家貓到刺猬和環尾狐猴，以及在臉頰內儲存食物的狒狒。

　　“淀粉酶是飲食可能改變我們基因的代表。這很有意思，”Omer Gokcumen博士說，他是紐約州立大學布法羅分校文理學院的生物科學助理教授。“我們在淀粉酶基因中看到的重復提供了一種非常靈活和快速的基因功能進化方式，這種進化機制還未被重視。”

　　牙科醫學院口腔生物學教授Stefan Ruhl博士說：“過去的研究已經探索了人類和狗等特定物種的淀粉酶進化，但我們的研究具有更廣闊的前景。我們對進化樹不同分支的幾十種哺乳動物進行了研究，發現當涉及到唾液中的淀粉酶時，遺傳學和生物學可能會對我們吃的東西做出反應。”

　　這項研究由Gokcumen，Ruhl和第一作者Petar Pajic領導。

　　調查結果詳情：

　　含淀粉飲食的哺乳動物似乎在基因上適應了更多的碳水化合物：在所研究的物種中，那些食譜中含有淀粉的哺乳動物通常比食肉動物和食草動物（其飲食嚴格排除淀粉）擁有更多的淀粉酶基因拷貝，后者攜帶制造淀粉酶的指令。吃碳水化合物的人類、家鼠、褐鼠、狗、豬和野豬有很多副本，而以肉為食的哺乳動物如美洲獅和以昆蟲和蝸牛為食的刺猬則很少。

　　這一點很重要，因為這種基因類似于工廠中的模具：你擁有的單位越多，理論上你能產生的淀粉酶就越多。至于淀粉酶基因的額外拷貝是如何進化的，“就像雞和蛋一樣——我們不能真正分辨出是什么先發生的，”Ruhl說。“飲食中的淀粉可能導致更多的淀粉酶，而消化淀粉的能力可能導致淀粉攝入量增加，等等。”

　　在某些情況下，與人類密切接觸——以及獲得人類食物——可能刺激了對淀粉的適應。這項研究證實了其他研究小組過去的發現，與人類生活在一起的老鼠和家養狗，其淀粉酶基因的拷貝數比它們的野生表親（分別是狼和野生嚙齒動物）要多。褐鼠（褐家鼠）——一種通常被稱為街鼠或下水道鼠的物種——也有許多淀粉酶基因拷貝。

　　淀粉酶的遺傳擴展可能獨立于多物種發生：根據遺傳證據，研究得出結論，小鼠、大鼠、狗、豬和人類可能在進化過程中的不同時間獨立地獲得了淀粉酶基因的一些額外副本，而不是從同一祖先那里繼承所有副本。這種現象被稱為趨同進化，可以表示一種特別有用的適應。

　　唾液中的淀粉酶比以前已知的更為廣泛（例如，有些寵物狗會產生這種酶）：大多數淀粉酶是在胰腺中產生的，但有些動物也會在唾液中分泌它。新的研究發現，這種能力比以前所知的更為普遍，并提出唾液淀粉酶作為另一種適應，可能是通過趨同進化在某些物種中產生的。

　　當科學家們測試了22種哺乳動物唾液中的淀粉酶時，他們在15種物種中發現了它，其中包括6種以前不知道唾液中含有淀粉酶的物種。也許不足為奇的是，狒狒和恒河猴長時間將食物儲存在臉頰囊中，它們是被測的哺乳動物唾液淀粉酶產生最多的物種之一。

　　寵物狗是新近被鑒定為唾液淀粉酶生產者的品種之一。雖然并非所有的狗都有淀粉酶，但研究發現它存在于一些品種，如英國奶油金毛獵犬、拉布拉多犬和斗牛犬。

　　該研究的第一作者Pajic說：“這項研究提供了迄今為止哺乳動物譜系中淀粉酶是如何在遺傳水平和唾液蛋白表達水平上進化的最全面的圖像。從更廣泛的理論立場來看，它還揭示了進化的速度有多快，簡單的事物，比如你吃的食物，可能會促使其他不相關的物種以同樣的方式進化（比如你的貓和狗）。”

　　對于不在臉頰儲存食物的動物來說，唾液中有淀粉酶其進化優勢還不清楚。但是Ruhl說，一種理論是，它可以幫助動物和人類識別淀粉類食物是否值得食用。

　　“人類有很多唾液淀粉酶，但為什么呢？”他說。“不像狒狒在腮幫子里簡化消化食物，我們人類在口中保存食物的時間不足以讓任何實質性的消化發生。一個想法是唾液淀粉酶進化來幫助我們的祖先檢測淀粉：否則他們就無法品嘗淀粉。淀粉酶釋放淀粉中的糖，這可能有助于動物對富含淀粉的食物如土豆或玉米產生偏好。”

　　唾液淀粉酶的其他假設用途包括清除牙齒中的粘性淀粉殘留物“唾液中的淀粉酶可能是一種生物化學牙刷，大自然為我們提供的，”Ruhl笑著說。“它有助于調節口腔微生物群的組成。”