我们失去的能力

自从维生素制造能力出现以来,有些生物就特别善于此道。比如说,植物就演化成了维生素C制造厂,其叶子和果实里都蕴含着丰富的维生素C。起初,维生素C可能只为植物提供抗压能力——很多物种都有这能力,包括我们人类自己。但随着时间变化,植物体内的维生素C又演化出新的功能,比如协助控制果实的发育。
植物花了数亿年时间,才成为维生素C大规模制造厂。但要改变维生素的合成方式,其实并不需要那么久。我们人类的祖先只用了几千年,就改变了自己合成维生素D的方式:在人类走出非洲之后,部分先民来到高纬度地区。这里的阳光照射角度较小,紫外线也较少。在此环境之下,欧洲人和亚洲人演化出了更白皙的皮肤,表皮细胞因此能继续为机体制造足量的维生素D。
但除了维生素D和维生素K之外,我们人类不能自己制造其他任何一种我们必需的维生素。我们的祖先似乎还能合成这些维生素,但我们却在演化路上逐渐失去了这样的能力。暂且举个例子:我们那些生活于1亿年前的哺乳动物祖先,就从来不会患上坏血病,因为它们能自己合成维生素C。
即便到了现在,很多脊椎动物也能自己合成维生素C,而且它们使用的还是同一组基因。法国国家农业研究所专家丽贝卡·史蒂文斯(Rebecca Stevens)介绍说:“我们自己就有这些基因,所以从理论上说我们应该也能合成维生素C。”
但是我们人类又不同于青蛙和袋鼠,我们本来用于制造维生素C的基因(即“L-古洛糖酸内酯氧化酶基因”gene for L-gulonolactone oxidase GULO)发生了严重突变,所以我们无法合成蛋白质GULO酶,也就无法制造维生素C。
加拿大渥太华大学的分子演化学家盖伊·德劳(Guy Drouin)说:“不只我们如此,我们的祖先也一样。”他和其他许多研究者都曾经发现,与我们亲缘性最近的灵长类动物猿和猴,也发生了相同突变,导致GULO基因无法使用。德劳博士认为,我们和这些同样不会合成维生素C的灵长类动物拥有共同祖先,它们大约生活在6千万年前。

不只我们如此

科学家最初之所以能发现维生素C,是因为我们自身存在基因缺陷。但并非只有灵长类动物会出现GULO基因坏损。其实豚鼠也一样——圣捷尔吉博士在1928年之所以能取得突破性进展,还得多亏豚鼠。豚鼠与其他啮齿类动物不同,它们会和人类一样患上坏血病。研究发现,它们的GULO基因也发生了变异,虽然与我们人类的变异不尽相同。
GULO基因缺陷,不仅存在于灵长类动物和豚鼠身上,还存在于其他物种,比如蝙蝠和鸣禽。科学家发现,在动物开始吃维生素C含量丰富的食物之后,它们自己很可能就会逐渐失去合成维生素C的能力。比如我们灵长类动物的祖先,早就开始食用果实和叶子。这些食物为它们提供了丰富的维生素C,远远超过实际需要。
英国剑桥大学学者凯瑟琳·黑利威尔(Katherine E. Helliwell)于今年8月在《基因趋势》(Trends in Genetics)期刊撰文,探讨维生素基因的衰退。她写道:“失去本来可以让你更独立的基因,这看似有违常理……但如果你在很长时间里都置身于到处都能获取维生素的环境,你就不需要动用制造维生素的基因了。”
现在,科学家已经能够检测数千个不同物种的基因组。他们发现,许多物种的维生素基因要么衰退了,要么已经完全消失。美国南加州大学学者萨努多-威廉密(Sergio Sanudo-Wilhelmy)最近和几位同事一道,研究了大海中最常见的400种细菌的基因,并撰文发表于《海洋科学年评》(Annual Review of Marine Science)。他们发现,在这400种细菌中,有24%都没有能合成维生素B1的基因,更有63%的细菌无法合成维生素B12。
他们的研究尤其令人惊异,因为人们一向认为,细菌能够自己生产出足量维生素。现在科学家需要搞清楚的是,为什么海洋中的这些细菌,没有患上微生物版的“坏血病”?
圣捷尔吉博士说:“一定有些细菌在为海洋生物群体制造维生素,只不过我们还没有发现它们。”
科学家直到最近才开始测算大海中的维生素水平。他们发现,大海中有些地方维生素含量很高,有些地方却是一片维生素的荒漠。环境差异可能不仅会影响细菌和藻类,还会波及食用细菌和藻类的鱼。
维生素传递相当复杂——不只在海洋中如此,在陆地上也一样。我们人类不能自己合成维生素B12,所以我们需要从食物中获取。我们可以吃含B12的肉类,比如牛肉。但供我们食用的牛羊牲畜,也不能在自己的细胞中合成B12。真正做这件事的,其实是寄生在它们内脏中的细菌。
我们也知道,在我们体内寄生着数千种能够合成维生素的细菌,它们依靠我们摄取的食物生活。这是否意味着,我们实际上也依赖于自己的内部维生素传递?爱尔兰科克大学的分子生物学家凡辛德仁(Douwe van Sinderen)说:“虽然目前这说法尚处于理论阶段,但我们已经收集到越来越多的证据,证明细菌能够为我们提供多种必需的维生素。”
如果真是这样,也许我们可以把自己的身体想象成一片封闭的海洋,大量维生素在其中交流传递。维生素传递早在40亿年前就已经诞生。直到今日,我们仍受其影响。

本文编译自《纽约时报》(New York Times):Vitamins’Old, Old Edge