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王孟源的部落格

事實與邏輯

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  • 2015-09-29 06:58

【基礎科研】猿類的起源

最近幾年全基因解碼技術飛速進展,至今只需幾天時間、幾千塊美金就可以完成。這如同電腦晶片的進步一樣,對許多方面的科學研究有極大的助力,所以我一旦開始寫這類的題材,就發現有趣的進展只在這個方向層出不窮;物理、機械、化學、數學的進步,相形之下有如蝸牛,倒不是我的興趣完全專注到生醫方面去了。

最新這期的Scientific American討論了猿類的起源(參見http://www.scientificamerican.com/article/ancient-mutation-in-apes-may-explain-human-obesity-and-diabetes/)。這個研究是由科羅拉多大學的醫學教授Richard Johnson為了解釋Uricase的謎題而開始的。哺乳動物體內一般都能生產Uricase,這是專門分解Uric Acid(尿酸)的酵素;但是Apes(人猿總科)是例外:Great Apes(包括人類和猩猩)有一個突變,Lesser Apes(長臂猿)有另一個突變,同樣都使製造Uricase的基因失效。為了不熟悉生化的讀者方便,我在這裡先簡單介紹一些相關的基本知識。尿酸是代謝的廢料之一。在演化過程中,魚類因為可以隨時對周邊的水進行排放,所以氮基分子代謝之後直接產生高毒性的Ammonia(氨),不須做減毒處理;哺乳類沒有這個方便,就必須經由化學反應生產Urea(尿素);恐龍則演化出另一種化學通路,把含氮廢料處理成尿酸。尿酸不像尿素一樣須要用大量的水來稀釋,所以鳥類的“尿”是白色膏狀物,與糞便一同排出。兩億多年前,恐龍擊敗了爬蟲類和哺乳類而成為地球的霸主,目前古生物學界認為他們的優勢應該主要來自較低的飲水需求,很適應當時所有大陸板塊結合為一(稱為Pangaea)而導致的乾燥內陸。當然恐龍的呼吸系統是循環式而不是哺乳類和爬蟲類的往復式,效率較高,也是一個優勢;不過當時大氣的氧氣含量並不是特別低,所以可能不是太重要。(而且循環式呼吸系統反而不容易憋氣,很可能是恐龍無法取代稱霸侏羅紀海洋的大型爬蟲類的原因;這純屬我個人的猜測,沒聽說學術界有類似的理論,大家姑妄聽之。

好,言歸正傳,回到這篇新研究結果。尿酸的毒性不強,但是並不在人體內氮代謝的主通路上,而且如果濃度過高,就會有發生Gout(痛風)的危險,那麼為什麼猿類會演化出讓尿酸濃度增高的突變呢?最近幾年,研究肥胖症的專家注意到尿酸在人體內主要是Fructose(果糖,三大單醣之一,其他兩類是葡萄糖Glucose和半乳糖Galactose)代謝通路的最終產物,而果糖原本因為甜度是等量葡萄糖的兩倍半、半乳糖的五倍半,熱量卻基本一致,被認為是減肥的可用工具。沒想到實驗對象多吃果糖後,雖然總熱量減少了,肥胖和糖尿病反而越發嚴重,因此果糖很顯然是一個特殊增肥機制的觸發因素。但是果糖這樣的單醣代謝起來很快,在體內不可能維持長久的高濃度,而增肥機制需要一種長期平穩的刺激,所以包括Johnson在內的一個流派就懷疑果糖的增肥效應是透過尿酸來觸發的。如果真是如此,人猿演化出失效的Uricase,其目的就很可能是為了進一步增肥。於是Johnson就找上了猿類演化過程的專家,倫敦大學(University College London)的教授Peter Andrews來合作。

現代的人猿只生活在非洲和東南亞的熱帶雨林區。多年來對化石的研究結論是人猿最早在2600萬年前出現於東非;2100萬年前非洲板塊與歐亞大陸連通,人猿和其他非洲動物(如大象和羚羊)一起進入西亞和南歐。自1700萬年前起,地球逐步冷化,向冰河期邁進,西亞的冬天開始變乾變冷。在土耳其出土的人猿化石顯示他們首先從樹上移居到地面(人猿主要靠吃水果為生,所以移居地面代表著食物稀少,必須長途跋涉來尋找新來源),到後來有明顯的季節性飢餓現象。巧合的是Uricase失效的基因也是這段時期演化出來的。既然今日存在的所有Great Apes都有同樣的一個突變(化石證據顯示,長臂猿那一支是在南歐經歷了類似的環境壓力,後來發生自己的突變,最後另行東進至東南亞),包括東南亞的紅猩猩在內,那麼就只有一個可能:這個突變發生在西亞,很快地取代了當地的其他人猿物種,然後一支東進,後來成為紅猩猩;另一支則在冰河期到來後返回非洲,並且消滅了所有舊有的人猿,後來演化成為大猩猩、黑猩猩和人類。我們還可以推斷出這個突變在乾冷的新環境下,有極大的生存優勢,這從側面證實了果糖經由尿酸可以刺激哺乳動物的季節性增肥機制的假設。

總而言之,這個理論是這樣的:果糖是人猿的主要熱量來源,在食物盛產期,體內的尿酸濃度稍微增高,因此演化出一個由尿酸觸發的增肥機制,把多餘的熱量儲存為脂肪。後來人猿面臨乾冷的氣候,必須設法度過長期欠缺食物的冬天,於是就利用並強化既有的機制,演化成容許更高濃度的尿酸,藉此來儲存更多的脂肪。不過我必須提醒讀者,脂肪的儲存和智商以及身高一樣,受到很多個基因通道的影響,這個果糖機制只是其中之一。例如美洲的印第安人為了適應高、冷、乾的環境,就有另一些突變,使他們特別容易肥胖。不過既然科學界已經確定果糖是現代肥胖症普及的原因之一,大家就應該注意減低果糖的攝取量,尤其是汽水裡常用的HFCS(High Fructose Corn Syrup,高果糖玉米糖漿)危害極大,我自己多年來就只喝無糖汽水(Diet Soda);但是這幾年回台灣,注意到根本就買不到,所有的汽水都是高果糖的。中國人不像美國人那麼愛吃甜,但是肥胖症同樣是富裕之後的一個健康威脅,改喝無糖汽水對公共衛生是會有明顯助益的。

【後註】忘了提醒大家,除了HFCS之外,蜂蜜也有極多的果糖。會直接導致尿酸增多的食品則是啤酒和動物內臟,所以所謂的啤酒肚是有科學根據的。

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  • 作者:王孟源

引用

迴響(17)

# re: 【基礎科研】猿類的起源
謝謝好文,現在新的研究顯示 diet soda 中artificial sweeteners 會影響腸道細菌, 增加glucose intolerance (糖尿病前期)風險.也應該要多注意.
www.nature.com/.../nature13793.html
我也讀過那篇論文。演化論是一切生物現象的動力,這篇論文沒有演化的理論基礎,實驗的規模不夠大,所做的論斷又太過廣泛,所以頗為可疑。我想你也知道出版在正式期刊裡的生醫論文結果有70%是無法複製的,我覺得這篇論文可能是其中之一;後來也沒聽說有新的佐證。

不過為了保護家人,我還是少買汽水,改喝咖啡和綠茶。隱隱總覺得哪一天又會有論文說咖啡和綠茶都有害健康。
  • 2015-09-29
  • Kun
# re: 【基礎科研】猿類的起源
先生要注意身体啊,我连无糖汽水也不敢喝,平时只喝纯净水或矿物质水。是不是有点小心过度了?(汗)
人體是很複雜的系統,這些影響身體的食品原料,分析起來很困難,如果沒有演化上的理論基礎,我一般是不予採信的。

有些好吃的東西,就算真有健康上的危險,我權衡之後也覺得是值得的,例如牛排我仍舊兩天吃一次,而且是越肥的越好。
# re: 【基礎科研】猿類的起源
我想生物学发展迅速的关键是分子生物学和基因组学,生物学家已经找到金矿了,接下来就是从矿里提炼黄金,新发现肯定是加速的。
无糖汽水使用了Non-caloric artificial sweeteners甜味剂,关于它是否影响健康之前也有争论,但2014年在nature的一篇文章表明甜味剂会导致小鼠肠道菌群的改变,从而更容易得葡萄糖不耐症。www.nature.com/.../nature13793.html
啊,你也是專家,所以也看過那篇論文,請見我上面給Kun的回答。

後來有其他實驗室複製了這個結果嗎?
# re: 【基礎科研】猿類的起源
i don't remember the sources; but i have read many articles in past decade mentioning the artificial sweetener being bad to human health...I will go for raw sugar...not too much though.
i hope your steak portion is not huge...with such frequency, it.s best you go for organic beef then...yes the marbling on fatty steak makes it tastier. that;s why i'm still a wanna be vegetarian...
Yes, the two experts already mentioned that research paper. I am still waiting for follow-up confirmation.
# re: 【基礎科研】猿類的起源
若是蘇打汽水的話,其實台灣有賣,不過一罐21元稍貴.....可在頂好或是松青買到。
http://www.aroma168.com.tw/goods.php?id=388
很難找,不是嗎?

而且大街小巷熱賣的冷飲都用了大量的蔗糖;蔗糖是一半果糖一半葡萄糖的雙醣。台灣那麼熱,不方便運動,果糖攝取量這麼大,真不是好事。
# re: 【基礎科研】猿類的起源
//人體是很複雜的系統,這些影響身體的食品原料,分析起來很困難,如果沒有演化上的理論基礎,我一般是不予採信的。

有些好吃的東西,就算真有健康上的危險,我權衡之後也覺得是值得的,例如牛排我仍舊兩天吃一次,而且是越肥的越好。//

關乎王兄貴體,雖然有些離題,也插個話--其實不少很簡單的道家養生功法都很有用,但要點是持之以恆,每天都練--把底子打好了,只要不偏食,就可以了。

王兄若有興趣和需要,我可以挑簡要的幾項說一下,一百字以內就完事。
多謝,但是不用了。我不貪圖長壽,只希望活得有意義。

像我這樣說起實話來百無禁忌的人,如果還擔心養生的細節,似乎有點矛盾。
# re: 【基礎科研】猿類的起源
我才20就尿酸偏高...
大家都一樣的。這個基因已經有1300-1700萬年的歷史,比人類還老得多。
  • 2015-09-30
# re: 【基礎科研】猿類的起源
要找演化的理論基礎恐怕有困難,因為artificial sweeteners 是二十世紀才出現的東西.我會選擇暫時相信這個研究,是因為結果和我對腸道細菌與身體間的互動關係認知是一致的(我簡單的列了三個references包括一篇review). 當然也有可能部份實驗結果無法重複,但現在研究經費緊縮,很難有其他實驗室會有精力與資源去重複別人的實驗.只要不能賺錢的生醫研究也都很難弄到經費,公司更不可能支持這類研究,現代人急功近利,苦果要大家一起嘗.

至於咖啡,綠茶,目前大部份研究顯示是益大於害的,但對於有特殊基因的人也可能偶有例外.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16522833

References
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19151203
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25313461
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23747247
好吧,那麼我等到下一篇不同作者的Follow Up出來就把它從“不可信”升到“半信半疑”。

腸道細菌的重要性,我絕對是認可的。
  • 2015-09-30
  • Kun
# re: 【基礎科研】猿類的起源
\\而且大街小巷熱賣的冷飲都用了大量的蔗糖;蔗糖是一半果糖一半葡萄糖的雙醣。台灣那麼熱,不方便運動,果糖攝取量這麼大,真不是好事。\\

我也注意到了,去过台湾多次,我发现一个现象,台湾的饮料文化非常盛行,满街都是手摇杯饮料店,男女老少也喜欢人手一杯,这在大陆或者很多其他国家都是看不到的现象。
天氣太悶熱了,冷飲是唯一的戶外消暑聖品,台灣也做得很好喝,只是糖分太高,實在不健康。
# re: 【基礎科研】猿類的起源
last time I was in TWN (almost 10 years ago); i had one large cup (700 cc?) bubble tea every day and i put on 6 kilos after my 6 weeks stay...it later took me almost 3 years to lose it..(without making special effort so it took long time) pretty scary how sugar can do to your(or my) waistline...
I found those (like sweet drink/snacks) with obvious sweet flavor we consumers can try to avoid or reduce the intake; it's those (& too many of them) which don't' even taste sweet (so you don't expect to find sugar in them) with hidden sugar content which hurt people's health without taking any blame...if you read carefully the list of ingredients for all processed foods/drinks when you go shopping, it will take you three times longer and then you might come out with nothing...So I gave up!
There is not much cultural awareness against high-sugar diet in Taiwan, so merchants don't feel the pressure to offer anything healthier. Calorie-free sweeteners may not be the best, but if people have to have sweet drinks, I would rather give them sugar substitutes.
# re: 【基礎科研】猿類的起源
sugar is viewed as the new evil nowadays. although to be fair maybe i oversimplified why i had such weight gain when i visited Twn. I did overeat just about everyday...as most visitors do. Better control next time!
Not all sugar. In reality, only fructose should be energetically avoided, as stated in this article.
# re: 【基礎科研】猿類的起源
相較於台灣手搖杯普遍糖分超量,其他甜點倒是常常令人食之搖頭,很多商家賣糕餅點心時都以"不會太甜"號召,我常想:不甜的甜點我吃他做甚? 我寧願嚐一小塊甜滋滋的蜂蜜蛋糕也好過吞一大坨淡出鳥的玩意
我想這是口味問題。我的全家都吃不下美國式又甜又膩的甜點;台灣的反而剛剛好。

美國人的口味太甜,我想是肥胖症普遍的主因之一。
# re: 【基礎科研】猿類的起源
厦门市区到处皆是手摇杯摊,一点不逊于台湾.不惧高糖食品,两岸一致,统一可期.
氣候相似,解決之道也就類似。
# re: 【基礎科研】猿類的起源
在大陸,飲料高糖也非常普遍,難以容忍的是許多茶類飲料也加糖,甜得像糖水
不過幸好也能買到無糖和微糖的飲料,只能從我做起,拒絕高糖飲料,以及在少數喝手搖杯的時候要求微糖
在大陸大城市Soda Water倒是蠻常見的,我只喝這種碳酸飲料,而且也很少
其實我覺得像是Sucralose這種不能被消化的穩定雙醣,理論上不會有直接的健康危險,頂多是讓腸道細菌重新適應一下,應該用法律來推廣才對。

不過生化的問題太複雜,搞不定幾年後理論全變了,所以很難制定政策反應。
  • 2015-10-01
  • K.
# re: 【基礎科研】猿類的起源
无怪我在美国见到的印第安人大多都比较胖,原来如此(因为所见比较少所以可见肥胖率还是比一般美国人高很多的),受教了。大陆这边也只能买到zero,和美国超市里林林总总的diet soda比形只影单,哈哈不过好处是正好借着回国把碳酸饮料给戒了。
美國的窮人吃的超甜和油膩的東西更多,所以一般肥胖更嚴重;不過印第安人是真有基因劣勢的。

美國的Diet Soda很多還是用第一代的人造甜素,我也不是很放心。新的Sucralose比較保險得多,但是較貴,一般只有需要高溫處理的食物才會用(因為Sucralose在高溫下是穩定的)。
# re: 【基礎科研】猿類的起源
www.google.com.tw/url
台大前校長做的信息醫學相關的研究
這有點離題了。不過我知道像Kun就可能對它有興趣,就留著吧。

華裔的生化研究人員幾乎都對中醫有興趣,很有意思。
# re: 【基礎科研】猿類的起源
Did the researchers ever “knock out” the genes that are responsible for Uricase production in mice (or introducing the mutations that cause these genes to be defective in great apes) to assess whether increased uric acid is indeed capable of promoting obesity?
Actually they did, but majority of the mice died within 4 weeks due to hyperuricaemic nephropathy. Apparently, the ancestors of primates already gain significant tolerance towards uric acid prior to the total deactivation of uricase.

In primates, the absence of uricase raised the uric acid level from 1 mg/dL in monkeys to 6 mg/dL in apes. Human is the only species known to suffer from gout spontaneously.

Presumably, the experiment you have in mind can be conducted on monkeys instead, but it will require much more resources. I am not aware of any result from this, but then again, I am not really a professional in this particular field.

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