?研究可以幫助我們重建古人的食譜，了解古人的疾病和健康狀況、生活方式等，并且為人類微生物組的演化提供時(shí)間標(biāo)尺，有助于我們理解為什么現(xiàn)在人類微生物組的組成是這樣的，回答人類、人類微生物組和自然環(huán)境三者是如何互相適應(yīng)的。也回答了很多有趣的問(wèn)題，激發(fā)我們的好奇心和探索欲。

近年來(lái)，許多研究揭示了微生物組和人類健康之間的關(guān)系。但微生物群落是如何進(jìn)化的，仍然是一個(gè)尚待解鎖的謎題。

11月23日，意大利帕多瓦大學(xué)（Universit?  degli studi Padova）安德里亞·夸利亞里洛（Andrea Quagliariello）等人在《自然-通訊》（Nature Communications）上在線發(fā)表了題為“Ancient oral microbiomes support gradual Neolithic dietary shifts towards agriculture”的論文。研究結(jié)果基于牙結(jié)石（鈣化牙菌斑）中發(fā)現(xiàn)的古DNA，揭示了史前意大利人口在由新石器時(shí)代向農(nóng)業(yè)過(guò)渡的3萬(wàn)年里，口腔微生物組的演化和飲食變化。

公元前6200年左右，黎凡特（the Levant）的人口穿越地中海到達(dá)意大利半島一個(gè)現(xiàn)在被稱為阿普利亞（Apulia）的地區(qū)，意大利開(kāi)始狩獵采集向農(nóng)業(yè)生計(jì)的首次過(guò)渡。在第一階段，幾組家庭在小村莊里組織起來(lái)，生產(chǎn)一種名為“壓印陶器”的典型陶瓷產(chǎn)品。接下來(lái)的兩千年里，這些社區(qū)向北擴(kuò)展，形成了更復(fù)雜的社會(huì)結(jié)構(gòu)，并根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源和環(huán)境條件調(diào)整其農(nóng)業(yè)生計(jì)制度。

帕多瓦大學(xué)團(tuán)隊(duì)將該地區(qū)作為案例，比較了新石器時(shí)代的微生物組與舊石器時(shí)代晚期狩獵采集者和紅銅時(shí)代人群的微生物組。他們首先分析了來(lái)自Paglicci洞穴（公元前31000–11000年）的9個(gè)舊石器時(shí)代晚期狩獵采集樣本，以描述前農(nóng)業(yè)微生物組。為了更好地描述與農(nóng)業(yè)過(guò)渡相關(guān)的變化，他們又選擇了從新石器時(shí)代（公元前6200-4000年）到紅銅時(shí)代（公元前3500-2200年）的67個(gè)樣本作比較，這組樣本跨越了構(gòu)成阿普利亞地區(qū)新石器時(shí)代的所有階段，并對(duì)應(yīng)不同的文化背景。

研究發(fā)現(xiàn)，古人的微生物組在兩個(gè)時(shí)期發(fā)生了變化，分別是當(dāng)?shù)嘏f石器時(shí)代狩獵采集社區(qū)向新石器時(shí)代農(nóng)業(yè)社會(huì)轉(zhuǎn)型時(shí)，以及新石器時(shí)代晚期。研究者認(rèn)為，檢測(cè)到的大多數(shù)微生物組變化可能與農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型帶來(lái)的生存策略轉(zhuǎn)變或新石器時(shí)代飲食的變化有關(guān)。

具體而言，在由舊石器時(shí)代向新石器時(shí)代轉(zhuǎn)型時(shí)，隨著農(nóng)業(yè)生活方式的引入，古人的生存策略表現(xiàn)為對(duì)動(dòng)物蛋白質(zhì)和脂肪以及淀粉類碳水化合物食物的大量消費(fèi)，同時(shí)碳水化合物的攝入存在不同。這驅(qū)動(dòng)了古人微生物組組成的初始改變。相比舊石器時(shí)代，新石器時(shí)代樣本中微小小單胞菌（Parvimonas micra）、齦溝產(chǎn)線菌(Filifactor alocis)等口腔疾病致病菌增加。后者還具有半乳糖代謝的特征，可能與奶制品的消費(fèi)有關(guān)。

新石器時(shí)代早期和晚期之間的微生物組也存在顯著差異。研究者在新石器時(shí)代晚期和紅銅時(shí)代樣本中檢測(cè)出了豐富的二氧化碳噬纖維菌（Capnocytophaga spp.）、長(zhǎng)奈瑟氏球菌(Neisseria elongata)等微生物，分別與素食者唾液微生物組和牙菌斑微生物組中膳食纖維的較高消耗有關(guān)。結(jié)合其他性狀，研究者認(rèn)為在新石器時(shí)代后半期，人們可能開(kāi)始采用高碳水化合物/低蛋白的飲食方案，并且呈動(dòng)物蛋白攝入量下降，植物蛋白攝入量增加的趨勢(shì)，使得微生物組發(fā)生變化。此外，新石器時(shí)代晚期和紅銅時(shí)代的樣本表現(xiàn)出比之前更差的口腔健康狀況。

帕多瓦大學(xué)團(tuán)隊(duì)指出，上述結(jié)論表明，隨著新石器時(shí)代的到來(lái)，人們對(duì)當(dāng)?shù)氐目捎觅Y源具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，向新生存戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)變是漸進(jìn)的，而非急劇的。

古人類的牙結(jié)石告訴我們什么信息？還可以怎樣研究？澎湃科技專訪廈門(mén)大學(xué)人類學(xué)研究所所長(zhǎng)王傳超教授，進(jìn)行解讀。王傳超專注于通過(guò)古DNA和群體遺傳學(xué)與語(yǔ)言學(xué)、歷史學(xué)、考古學(xué)的交叉研究來(lái)解析東亞古今各族群的起源、遷徙、演化和混合過(guò)程。他的團(tuán)隊(duì)曾發(fā)布東亞地區(qū)規(guī)模最大的古人基因組研究，包含了166個(gè)距今8000到1000年前古人基因組捕獲測(cè)序，首次通過(guò)古DNA精細(xì)解析東亞人群8000年來(lái)的形成歷史。

【對(duì)話】

澎湃科技：請(qǐng)通俗地介紹下這項(xiàng)研究的發(fā)現(xiàn)。你如何評(píng)價(jià)這項(xiàng)研究？

王傳超（廈門(mén)大學(xué)人類學(xué)研究所所長(zhǎng)、教授）：作者對(duì)意大利中南部阿普利亞地區(qū)從舊石器時(shí)代晚期到新石器時(shí)代再到紅銅時(shí)代的76個(gè)牙結(jié)石樣本進(jìn)行了DNA的提取和測(cè)序，分析了口腔中的古微生物種屬系譜，發(fā)現(xiàn)史前狩獵采集人群過(guò)渡到農(nóng)業(yè)人群的過(guò)程中口腔微生物種類發(fā)生了明顯的變化，且變化主要發(fā)生在新石器時(shí)代晚期，說(shuō)明口腔微生物的變化是在新石器化的過(guò)程中逐步發(fā)生的而不是一蹴而就的。

之前也有新石器化過(guò)程中人類口腔微生物變化相關(guān)的研究，但樣本量都很小且分布地域廣泛，不同地區(qū)的食物種類差異以及不同的生態(tài)環(huán)境條件都可能會(huì)影響結(jié)果的解讀，而這項(xiàng)研究是在一個(gè)較小的固定區(qū)域內(nèi)比較了跨越兩萬(wàn)多年的70余例古代樣本的牙結(jié)石，盡可能排除了不同地區(qū)的可能影響而且樣本量較大，使得結(jié)果更可靠。

澎湃科技：古DNA的提取很難，從牙結(jié)石中提取古DNA在這一領(lǐng)域中的難度如何？牙結(jié)石為什么可以保存那么久？怎么確定發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌是新石器時(shí)代的，它們不會(huì)隨著時(shí)間而改變嗎？

王傳超：牙結(jié)石是正在礦化或已經(jīng)完全礦化的牙菌斑，從牙結(jié)石中提取古DNA也非常困難，因?yàn)檠澜Y(jié)石量少，不像骨骼和牙齒等可用材料量很多，但牙結(jié)石能夠保存的DNA含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于骨骼或牙齒本身，因?yàn)檠澜Y(jié)石中的羥基磷灰石礦物可與DNA緊密結(jié)合，從而能更好地將遺傳物質(zhì)保留下來(lái)。

細(xì)菌是在牙結(jié)石中保留下來(lái)的，如果這些牙齒通過(guò)測(cè)年可追溯到新石器時(shí)代，那也就間接說(shuō)明了附著其上的牙結(jié)石來(lái)自新石器時(shí)代；同時(shí)，DNA片段會(huì)隨著時(shí)間而不斷降解，末端會(huì)發(fā)生脫氨基作用而出現(xiàn)損傷，可以根據(jù)測(cè)序DNA片段的末端是否存在末端損傷以及損傷程度來(lái)判斷是否屬于古代細(xì)菌的DNA。

澎湃科技：76個(gè)樣本，在古DNA研究中的樣本量算大嗎？

王傳超：在目前的人類古DNA研究中，單篇論文有的能發(fā)表數(shù)百個(gè)古代樣本的全基因組水平的數(shù)據(jù)，所以該研究的76個(gè)樣本也不算樣本量大的，只能是中等樣本量，但這批樣本的時(shí)間跨度大、代表性較好。

澎湃科技：研究者的一個(gè)結(jié)論是口腔健康狀況的下降與向農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變有關(guān)。兩者之間具體的關(guān)系是什么？

王傳超：進(jìn)入新石器時(shí)代，人類掌握了農(nóng)業(yè)技術(shù)，有了穩(wěn)定的食物來(lái)源，但食物多是高碳水化合物和低蛋白質(zhì)的，口腔菌群中的致病菌種類此時(shí)也開(kāi)始增多，比如牙周病病原菌，它們攜帶幾種具有蛋白水解能力的毒力因子（如菌毛和蛋白酶），能夠影響宿主結(jié)締組織并引發(fā)免疫反應(yīng)功能障礙；另外，牙齦卟啉單胞菌的存在也與一些口腔外炎癥狀況有關(guān)，如心血管疾病、糖尿病和阿爾茨海默病，并且似乎對(duì)宿主腸道微生物組成產(chǎn)生直接影響。

澎湃科技：研究所揭示的新石器時(shí)代飲食變化對(duì)口腔微生物組的影響，和今天的我們有關(guān)系嗎？

王傳超：人類微生物組是鑒定與闡明和人類健康與疾病相關(guān)的微生物的功能，近年來(lái)隨著宏基因組學(xué)技術(shù)和方法的廣泛應(yīng)用，已成為了一個(gè)蓬勃發(fā)展的學(xué)科方向。研究發(fā)現(xiàn)人類微生物群落能夠產(chǎn)生抗生素，其對(duì)與藥物治療相關(guān)的人類健康既有積極作用也有消極作用，甚至或會(huì)影響機(jī)體對(duì)癌癥療法的反應(yīng)等。

通過(guò)牙結(jié)石研究古人的口腔微生物組，可以幫助我們重建古人的食譜，了解古人的疾病和健康狀況、生活方式等，并且為人類微生物組的演化提供了時(shí)間標(biāo)尺，有助于我們理解為什么現(xiàn)在人類微生物組的組成是這樣的，幫我們回答我們?nèi)祟?、人類微生物組和自然環(huán)境三者是如何互相適應(yīng)的。當(dāng)然，這些基礎(chǔ)研究本身可能不能給今天的我們帶來(lái)直接的效益，但回答了很多有趣的問(wèn)題，能激發(fā)我們的好奇心和探索欲。

澎湃科技：研究者說(shuō)，人類微生物組的進(jìn)化仍然是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題，古DNA的研究可能可以解釋復(fù)雜的微生物群落如何隨著時(shí)間的推移進(jìn)化到目前的組成。如何通過(guò)古DNA進(jìn)行人類微生物組進(jìn)化的研究？這一領(lǐng)域的研究難點(diǎn)是什么？有什么最新進(jìn)展？

王傳超：通過(guò)古DNA進(jìn)行人類微生物組進(jìn)化的研究主要有兩種可能的方式：一是縱向比較，通過(guò)對(duì)同一地域不同時(shí)間段或不同生計(jì)方式的古人的牙結(jié)石進(jìn)行DNA提取和測(cè)序，鑒定其所包含的微生物的種屬系譜；二是橫向比較，通過(guò)對(duì)不同地域差不多相同時(shí)間段或相同生計(jì)方式的古人的牙結(jié)石進(jìn)行DNA提取和測(cè)序，鑒定其所包含的微生物的種屬系譜。當(dāng)然，還可以將已滅絕古人類（尼安德特人、丹尼索瓦人等）的牙結(jié)石微生物組和我們現(xiàn)代人類的進(jìn)行比較，更多地了解我們?nèi)祟惤H的生活方式等。

這一領(lǐng)域的研究難點(diǎn)是樣本獲取困難，尤其是有代表性的可用樣本更是稀少，同時(shí)古DNA的提取、測(cè)序、比對(duì)和污染排查等都有較大的難度。歐美研究機(jī)構(gòu)最近幾年多有開(kāi)展牙結(jié)石DNA的研究，有很多有趣的進(jìn)展，比如通過(guò)尼安德特人的牙結(jié)石重建其口腔微生物組，由此探究他們的飲食、健康和疾病狀況等；通過(guò)對(duì)牙結(jié)石DNA的分析探究新石器化過(guò)程中的南歐古人的口腔微生物變化等。

澎湃科技：國(guó)內(nèi)有人在做相關(guān)的研究嗎？

王傳超：國(guó)內(nèi)目前沒(méi)有做牙結(jié)石的微生物DNA研究，國(guó)內(nèi)的牙結(jié)石研究主要集中在用牙結(jié)石淀粉粒追溯古人植物性食物的來(lái)源，或者通過(guò)牙結(jié)石檢出率反映古人的口腔健康狀況等。

參考資料：https://doi.org/10.1038/s41467-022-34416-0