人類進(jìn)化史不是沒有故事的小不點

古語云“病從口入”，其實除了飲食衛(wèi)生，口腔里的小小“原住民”一樣不容忽視。

生活在我們嘴里的成千上萬種微生物，不僅與健康息息相關(guān)，甚至還是人類進(jìn)化史的“記錄者”，但人們對它們的進(jìn)化知之甚少。

5月11日，在發(fā)表于美國《國家科學(xué)院院刊》的一項新研究中，一個由德國馬普學(xué)會人類歷史科學(xué)研究所領(lǐng)銜的多學(xué)科國際研究小組，調(diào)查了非洲原始人口腔微生物的進(jìn)化歷史，并得出關(guān)于早期人類行為及微生物群進(jìn)化的新見解。

《中國科學(xué)報》從該所獲悉，這是迄今為止對古老口腔微生物群最大規(guī)模的一項研究。來自13個國家41個機(jī)構(gòu)的研究人員，分析了120多個代表靈長類和人類進(jìn)化關(guān)鍵點個體的牙垢。

小細(xì)菌不“簡單”

口腔微生物群是人體內(nèi)最多樣化的微生物群落之一，目前估計有600多種分類。而且，口腔包含至少6種不同的生境，但牙齒生物膜，包括上下牙齦菌斑，是最具多樣性并且在臨床上是最重要的。目前，與之相關(guān)的齲齒和牙周炎等牙科疾病造成了不小的健康負(fù)擔(dān)，而口腔微生物還與口腔外的其他疾病有關(guān)。

科學(xué)家已經(jīng)知道大約70%的口腔細(xì)菌基因組成。美國福賽斯研究所等機(jī)構(gòu)的研究人員發(fā)現(xiàn)，在長期饑餓實驗中，3種腸桿菌科相關(guān)細(xì)菌比其他所有口腔細(xì)菌都活得長。該菌群的許多菌種已知都會在醫(yī)院引起感染。

例如，一些克雷伯氏菌比良性“鄰居”在唾液混合物中存活時間更長，而多次耐抗生素克雷伯氏菌的致命暴發(fā)都可以追溯到醫(yī)院水槽和排水道。這些結(jié)果有助于解釋某些危險細(xì)菌是如何在無菌的醫(yī)院環(huán)境中存活并感染病人的。相關(guān)論文2019年刊登于美國《國家科學(xué)院院刊》。

此外，研究人員認(rèn)為，口腔健康在預(yù)防癌癥方面可能有重要作用。瑞典卡羅林斯卡學(xué)院研究人員在《腸道》上發(fā)表的一項研究表明，囊性胰腺腫瘤中是否存在口腔細(xì)菌，與腫瘤嚴(yán)重程度有關(guān)。

研究人員對在胰腺中發(fā)現(xiàn)口腔細(xì)菌感到驚訝，該結(jié)果有助于重新評價細(xì)菌在胰腺囊腫發(fā)展中的作用，從而有望提高胰腺癌的診斷和治療水平。

然而除了健康影響，這些微生物還能告訴人們更古老的歷史故事。

在人的一生中，牙齒生物膜會反復(fù)鈣化形成牙石，這是口腔微生物群的一種長期、穩(wěn)定記錄。之前，考古學(xué)研究已經(jīng)證明，牙石可以保存5萬年前的真實口腔細(xì)菌元基因組。

最古老口腔微生物

此次，研究人員分析了過去10萬年間人類和尼安德特人的口腔生物膜，并與黑猩猩、大猩猩和吼猴進(jìn)行了比較。

但研究幾十萬年前的DNA是一項極具挑戰(zhàn)性的工作，就像考古學(xué)家要黏合破碎的罐子一樣，研究人員也必須將遠(yuǎn)古基因組碎片拼湊在一起，以便重建過去的完整圖景。

研究人員開發(fā)了新的工具和計算方法，用于分析數(shù)十億DNA片段，并確認(rèn)了保存在牙齒化石中早已死亡的細(xì)菌群落。利用這些新工具，研究人員重建了塞爾維亞Pesturina洞穴10萬年前的尼安德特人的口腔微生物組，這是成功重建的最古老口腔微生物組。

該論文主要作者、馬普學(xué)會人類歷史科學(xué)研究所的James Fellows Yates告訴記者：“口腔微生物組的細(xì)菌DNA保存時間至少是之前認(rèn)為的兩倍。”

在化石中，研究人員發(fā)現(xiàn)了10組細(xì)菌，它們是靈長類口腔微生物組的成員，一些已存在了4000多萬年，至今仍在人類及其靈長類“親屬”間共享。

雖然這些細(xì)菌數(shù)量驚人，但人們對它們的研究很少，有些甚至連種名都沒有。福賽斯研究所高級研究員Floyd Dewhirst說：“許多最重要的類群特征被描述得很差，我們?nèi)栽诹私膺@些群落的新成員，相關(guān)結(jié)果為我們提供了進(jìn)行完整鑒定的新目標(biāo)菌種。”

此外，研究人員發(fā)現(xiàn)人類和尼安德特人的口腔微生物群特別相似，但兩者之間仍有一些小區(qū)別，而這些差異記錄了遠(yuǎn)古人類的進(jìn)化故事。

馬普學(xué)會人類歷史科學(xué)研究所博士后研究員Irina Velsko告訴記者：“口腔細(xì)菌為重建數(shù)萬年前人類和尼安德特人的互動提供了一個意想不到的機(jī)會。人類和微生物進(jìn)化生物學(xué)的交集令人著迷。”

講述過去的故事

當(dāng)研究人員仔細(xì)觀察這些差異后，他們發(fā)現(xiàn)，生活在冰河時代的歐洲遠(yuǎn)古人類與尼安德特人共享一些菌株。由于口腔微生物群通常是在兒童早期從照顧者那里獲得的，這種共享可能反映了早期人類與尼安德特人曾聯(lián)姻并共同養(yǎng)育子女。這也已經(jīng)被在人類基因組中發(fā)現(xiàn)的尼安德特人DNA所證明。

但在大約1.4萬年前，類似尼安德特人的口腔菌株就不再存在于人類身上了，而這正是上一個冰河時代末期，歐洲人口發(fā)生大量更替的時期。

此外，令研究人員感到驚訝的是，現(xiàn)代人和尼安德特人身上都存在的鏈球菌亞群，似乎在人的早期進(jìn)化中特別適應(yīng)了消耗淀粉。這表明，早在農(nóng)業(yè)出現(xiàn)之前，甚至在現(xiàn)代人進(jìn)化之前，淀粉類食物在人類飲食中就很重要了。

淀粉類食物，如植物根、塊莖和種子，都是豐富的能量來源。之前有研究認(rèn)為，向淀粉類食物的轉(zhuǎn)變，可能幫助人類祖先長出了特有的巨大大腦。

“我們發(fā)現(xiàn)淀粉酶結(jié)合是一種明顯的同源特異性特征，表明在人類進(jìn)化早期，微生物也適應(yīng)了富含淀粉的飲食。”研究人員在論文中寫道。

“重建最古老祖先的食譜是一項艱巨的挑戰(zhàn)，但口腔細(xì)菌可能為理解人類早期飲食變化提供了重要線索。”該研究首席高級作者、哈佛大學(xué)和馬普學(xué)會人類歷史科學(xué)研究所聯(lián)合教授 Christina Warinner說，“細(xì)菌基因組的進(jìn)化速度比人類基因組快得多，這使我們的微生物組成為人類遙遠(yuǎn)和近期進(jìn)化歷史中重大事件的一個特別敏感的指標(biāo)。”

“該研究表明，將現(xiàn)代人微生物組的進(jìn)化研究與野生靈長類和古代人的宏基因組數(shù)據(jù)相結(jié)合，為了解人類祖先口腔微生物組的狀態(tài)、微生物與宿主關(guān)系，以及現(xiàn)代人和尼安德特人進(jìn)化中的重大事件提供了有價值的見解。”研究人員寫道。

在我們牙齒上生長、每天都要小心刷掉的不起眼的細(xì)菌斑，并不是沒有故事的小不點。

標(biāo)簽： 人類進(jìn)化史