人類的口腔里藏著一部進化史

唐鳳

生活在我們口腔內成千上萬種的微生物，在人類健康中發揮著關鍵作用，但人們對它們的進化知之甚少。

一個由德國馬普學會人類歷史科學研究所科學家領銜的多學科國際研究小組，調查了非洲原始人口腔微生物的進化歷史，并得出關于早期人類行為以及微生物群進化的新見解，相關研究成果發表在《美國國家科學院院刊》上。這是迄今為止對古老口腔微生物群規模最大的一項研究。來自13個國家41個機構的研究人員，分析了120多個代表靈長類和人類進化關鍵點的個體的牙垢。

口中細菌不“簡單”

口腔微生物群是人類體內最多樣化的微生物群落之一，目前有超過600種分類。口腔包含至少6種不同的生境，但牙齒生物膜包括上和下牙齦菌斑，是最多樣化的。目前，與之相關的齲齒和牙周炎等牙科疾病對人體造成了不小的健康負擔，而且口腔微生物還與口腔外疾病有關。

科學家知道大約70%的口腔細菌的基因組成。美國福賽斯口腔研究院等機構的研究人員發現，在長期饑餓或“世界末日”的實驗中，屬于腸桿菌科的3種密切相關的細菌比其他口腔細菌都活得長。該菌群的許多菌種都會在醫院引起感染。

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，而醫院多次耐抗生素克雷伯氏菌的致命暴發都可以追溯到醫院的水槽和排水道。這些結果有助于解釋某些危險細菌是如何在無菌的醫院環境中存活并感染病人的。

此外，研究人員認為，口腔健康在預防癌癥方面可能有重要作用。瑞典卡羅林斯卡醫學院的研究人員在《腸道》上發表的一項研究表明，囊性胰腺腫瘤中是否存在口腔細菌，與腫瘤嚴重程度有關。

研究人員對在胰腺中發現口腔細菌感到驚訝，該結果有助于重新評價細菌在胰腺囊腫發展中的作用，有望提高胰腺癌的診斷和治療水平。

除了健康影響，這些微生物還能告訴人們古老的歷史故事。

在人的一生中，牙齒生物膜會自然地反復鈣化，形成牙石，這是口腔微生物群的一種長期、穩定的記錄。之前，考古學已經證明牙石可以保存5萬年前的真實口腔細菌元基因組。

最古老的口腔微生物

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、大猩猩和吼猴進行了比較。

但研究幾十萬年前的DNA是一項極具挑戰性的工作，就像考古學家要粘起破碎的罐子一樣，必須先將破碎的遠古基因組碎片拼湊在一起，重建過去的完整圖景。

研究人員開發了新的工具和計算方法分析數十億個DNA片段，并確認保存在牙齒化石中早已死亡的細菌群落。利用這些新工具，研究人員重建了塞爾維亞Pesturina洞穴的尼安德特人10萬年前的口腔微生物組，這是成功重建的最古老的口腔微生物組。

該論文主要作者、馬普學會人類歷史科學研究所的詹姆斯·費洛斯·耶茨說：“口腔微生物組的細菌DNA保存時間至少是之前認為的兩倍。”

在化石中，研究人員發現了10組細菌，它們是靈長類口腔微生物組的成員，存在了4000多萬年，至今仍在人類及其靈長類親屬之間共享。

雖然這些細菌數量驚人，但人們對它們的研究很少，甚至連種類名稱都沒有。福賽斯口腔研究院高級研究員弗洛伊德·德赫斯特說：“許多最重要的類群特征被描述得很差，我們仍在了解這些群落的新成員，相關結果為我們提供了新的目標菌種鑒定。”

此外，研究人員發現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區別，而這些差異記錄了遠古人類的進化故事。

馬普學會人類歷史科學研究所博士后研究員伊琳娜·維爾斯科說：“口腔細菌為重建數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會。人類和微生物進化生物學的交集令人著迷。”

講述過去的故事

當研究人員仔細觀察這些差異時，他們發現生活在冰河時代的歐洲遠古人類與尼安德特人共享了一些菌株。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，這種共享反映了早期人類與尼安德特人的聯姻和子女養育的情況。這也已經被在人類基因組中發現的尼安德特人的DNA所證明。

但1.4萬年前之后，類似尼安德特人的口腔菌株就不再存在于人類身上了，而這一時期正是上一個冰河時代末期歐洲人口發生大量更替的時期。

此外，令研究人員感到驚訝的是，現代人和尼安德特人身上都存在的鏈球菌亞群，似乎在人類的早期進化中特別適應了消耗淀粉。這表明，早在農業出現之前，甚至在現代人類進化之前，淀粉類食物就在人類飲食中變得很重要。

淀粉類食物，如植物根、塊莖和種子，都是豐富的能量來源。之前有研究認為，向食用淀粉類食物的轉變，可能幫助我們的祖先長出了人類特有的巨大大腦。

“我們發現淀粉酶結合是一種明顯的同源特異性特征，這表明在人類進化早期，微生物共同適應了富含淀粉的飲食。”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，但口腔細菌可能為理解人類早期飲食變化提供了重要線索。”該研究的首席高級作者、哈佛大學和馬普學會人類歷史科學研究所聯合教授克里斯蒂娜·沃內爾說，“細菌基因組的進化速度比人類基因組快得多，是微生物組成為人類遙遠和近期進化歷史中重大事件的一個特別敏感的指標。”

“該研究表明，將現代人類微生物組的進化研究與野生靈長類和古代人的宏基因組數據相結合，為了解人類口腔微生物組的祖先狀態、微生物與宿主關系，以及現代人和尼安德特人進化中的重大事件提供了有價值的見解。”研究人員寫道。

在我們牙齒上生長的、每天都要小心刷掉的細菌斑，不是沒有故事的“小不點”。