2015-09-29 06:58:00
最近几年全基因解码技术飞速进展，至今只需几天时间、几千块美金就可以完成。这如同电脑晶片的进步一样，对许多方面的科学研究有极大的助力，所以我一旦开始写这类的题材，就发现有趣的进展只在这个方向层出不穷；物理、机械、化学、数学的进步，相形之下有如蜗牛，倒不是我的兴趣完全专注到生医方面去了。
最新这期的Scientific American讨论了猿类的起源（参见http://www.scientificamerican.com/article/ancient-mutation-in-apes-may-explain-human-obesity-and-diabetes/）。这个研究是由科罗拉多大学的医学教授Richard Johnson为了解释Uricase的谜题而开始的。哺乳动物体内一般都能生產Uricase，这是专门分解Uric Acid（尿酸）的酵素；但是Apes（人猿总科）是例外：Great Apes（包括人类和猩猩）有一个突变，Lesser Apes（长臂猿）有另一个突变，同样都使制造Uricase的基因失效。为了不熟悉生化的读者方便，我在这里先简单介绍一些相关的基本知识。尿酸是代谢的废料之一。在演化过程中，鱼类因为可以随时对周边的水进行排放，所以氮基分子代谢之后直接產生高毒性的Ammonia（氨），不须做减毒处理；哺乳类没有这个方便，就必须经由化学反应生產Urea（尿素）；恐龙则演化出另一种化学通路，把含氮废料处理成尿酸。尿酸不像尿素一样须要用大量的水来稀释，所以鸟类的“尿”是白色膏状物，与粪便一同排出。两亿多年前，恐龙击败了爬虫类和哺乳类而成为地球的霸主，目前古生物学界认为他们的优势应该主要来自较低的饮水需求，很适应当时所有大陆板块结合为一（称为Pangaea）而导致的乾燥内陆。当然恐龙的呼吸系统是循环式而不是哺乳类和爬虫类的往復式，效率较高，也是一个优势；不过当时大气的氧气含量并不是特别低，所以可能不是太重要。（而且循环式呼吸系统反而不容易憋气，很可能是恐龙无法取代称霸侏罗纪海洋的大型爬虫类的原因；这纯属我个人的猜测，没听说学术界有类似的理论，大家姑妄听之。）
好，言归正传，回到这篇新研究结果。尿酸的毒性不强，但是并不在人体内氮代谢的主通路上，而且如果浓度过高，就会有发生Gout（痛风）的危险，那么为什么猿类会演化出让尿酸浓度增高的突变呢？最近几年，研究肥胖症的专家注意到尿酸在人体内主要是Fructose（果糖，三大单醣之一，其他两类是葡萄糖Glucose和半乳糖Galactose）代谢通路的最终產物，而果糖原本因为甜度是等量葡萄糖的两倍半、半乳糖的五倍半，热量却基本一致，被认为是减肥的可用工具。没想到实验对象多吃果糖后，虽然总热量减少了，肥胖和糖尿病反而越发严重，因此果糖很显然是一个特殊增肥机制的触发因素。但是果糖这样的单醣代谢起来很快，在体内不可能维持长久的高浓度，而增肥机制需要一种长期平稳的刺激，所以包括Johnson在内的一个流派就怀疑果糖的增肥效应是透过尿酸来触发的。如果真是如此，人猿演化出失效的Uricase，其目的就很可能是为了进一步增肥。于是Johnson就找上了猿类演化过程的专家，伦敦大学（University College London）的教授Peter Andrews来合作。
现代的人猿只生活在非洲和东南亚的热带雨林区。多年来对化石的研究结论是人猿最早在2600万年前出现于东非；2100万年前非洲板块与欧亚大陆连通，人猿和其他非洲动物（如大象和羚羊）一起进入西亚和南欧。自1700万年前起，地球逐步冷化，向冰河期迈进，西亚的冬天开始变乾变冷。在土耳其出土的人猿化石显示他们首先从树上移居到地面（人猿主要靠吃水果为生，所以移居地面代表着食物稀少，必须长途跋涉来寻找新来源），到后来有明显的季节性飢饿现象。巧合的是Uricase失效的基因也是这段时期演化出来的。既然今日存在的所有Great Apes都有同样的一个突变（化石证据显示，长臂猿那一支是在南欧经歷了类似的环境压力，后来发生自己的突变，最后另行东进至东南亚），包括东南亚的红猩猩在内，那么就只有一个可能：这个突变发生在西亚，很快地取代了当地的其他人猿物种，然后一支东进，后来成为红猩猩；另一支则在冰河期到来后返回非洲，并且消灭了所有旧有的人猿，后来演化成为大猩猩、黑猩猩和人类。我们还可以推断出这个突变在乾冷的新环境下，有极大的生存优势，这从侧面证实了果糖经由尿酸可以刺激哺乳动物的季节性增肥机制的假设。
总而言之，这个理论是这样的：果糖是人猿的主要热量来源，在食物盛產期，体内的尿酸浓度稍微增高，因此演化出一个由尿酸触发的增肥机制，把多余的热量储存为脂肪。后来人猿面临乾冷的气候，必须设法度过长期欠缺食物的冬天，于是就利用并强化既有的机制，演化成容许更高浓度的尿酸，藉此来储存更多的脂肪。不过我必须提醒读者，脂肪的储存和智商以及身高一样，受到很多个基因通道的影响，这个果糖机制只是其中之一。例如美洲的印第安人为了适应高、冷、乾的环境，就有另一些突变，使他们特别容易肥胖。不过既然科学界已经确定果糖是现代肥胖症普及的原因之一，大家就应该注意减低果糖的摄取量，尤其是汽水里常用的HFCS（High Fructose Corn Syrup，高果糖玉米糖浆）危害极大，我自己多年来就只喝无糖汽水（Diet Soda）；但是这几年回台湾，注意到根本就买不到，所有的汽水都是高果糖的。中国人不像美国人那么爱吃甜，但是肥胖症同样是富裕之后的一个健康威胁，改喝无糖汽水对公共卫生是会有明显助益的。
【后注】忘了提醒大家，除了HFCS之外，蜂蜜也有极多的果糖。会直接导致尿酸增多的食品则是啤酒和动物内臟，所以所谓的啤酒肚是有科学根据的。