西方饮食是如何阻碍我们的进化的

F或者是微生物学家贾斯汀·索恩伯格（Justin Sonnenburg），这一职业生涯的决定性时刻改变了他的研究轨迹，激励他研究饮食和本土微生物如何影响我们的疾病风险，这一发现来自非洲腹地的一个村庄。

一组意大利微生物学家将布基纳法索年轻村民的肠道微生物与意大利佛罗伦萨儿童的肠道微生物进行了比较。这些村民的饮食主要是小米和高粱，他们体内的微生物种类远比佛罗伦萨人多，后者的饮食是精致的西方饮食的变体。佛罗伦萨的微生物群落适应蛋白质、脂肪和单糖，而布基纳法索的微生物群落则倾向于降解我们称为纤维的复杂植物碳水化合物。

科学家们怀疑，我们的肠道微生物群，即人类的微生物群，调节着我们的免疫和代谢功能，而肠道微生物群的腐败或枯竭会增加患慢性疾病的风险，从哮喘到肥胖症。有人可能会认为，如果我们与微生物共同进化，它们在任何地方的健康人类身上都或多或少是一样的。但这并不是科学家们观察到的。

Sonnenburg告诉我：“这是我们见过的最不同的人类微生物群组成。”。在他看来，这传达了一个深刻的信息：西方微生物群落，科学家们认为是“正常”和“健康”的微生物群落，他们用来作为比较“患病”微生物群落的基线，可能与人类进化过程中普遍存在的群落有很大的不同。

所以索内伯格想知道:如果布基纳法索微生物代表一种原始状态的人类-特别是新石器时代,或者自给农业和佛罗伦萨之间的过渡,国家和现代代表了从一个农家航行21世纪城市生活的存在,然后在沿途佛罗伦萨人失去了所有这些微生物呢?

今年早些时候，我访问了斯坦福大学的桑内堡，他在那里有一个实验室。那时他认为自己已经找到了部分答案。他在他的电脑上向我展示了他的妻子，也是微生物学家的艾丽卡（Erica）提出的一项多代实验的结果。

当布基纳法索在2010年发表这项研究时，什么样的微生物能改善人类健康的问题仍然令人抓狂地难以捉摸，但有证据开始表明，多样性本身很重要。所以，尽管他们在物质上相对贫穷，这些村民似乎在某种程度上很富裕，而科学才刚刚开始认识到这一点。

这种多样性从何而来?人类不能消化可溶性纤维，所以我们让微生物为我们分解它，吸收它们的代谢物。布基纳法索微生物群产生的这些被称为短链脂肪酸的发酵副产物大约是佛罗伦萨微生物群的两倍。这有力地表明，纤维，这种完全由微生物发酵的原料，在某种程度上促进了非洲人的微生物多样性。

在被卫生设施、抗生素和垃圾食品改变之前，我们祖先的微生物群是怎样的?

事实上，当Sonnenburg给老鼠喂食大量纤维时，专门分解纤维的微生物大量繁殖，整个生态系统变得更加多样化。当他给老鼠喂食低纤维、含糖、西式饮食时，多样性急剧下降。（缺乏纤维的老鼠也更吝啬，更难对付。）但损失不是永久性的。即使在吃了几周类似垃圾食品的食物后，如果动物再次开始摄入纤维，其微生物多样性也将基本恢复。

这对美国人来说是个好消息——如果我们吃更多的全谷物和蔬菜，我们的微生物群落可能会重新多样化。但这并不支持索嫩伯格夫妇的怀疑，即西方饮食引发了微生物的灭绝。然而，当怀孕的老鼠吃无纤维的食物时，他们看到了发生了什么:暂时的消耗变成了永久的损失。

当我们通过产道时，我们被母亲的微生物所覆盖，这是我们自己社区的一种启动培养。然而，在这种情况下，美式饮食的小鼠所生的幼崽没有纤维，大量的糖无法获得其母亲微生物的全部营养。整个细菌群在传播过程中丢失。当Sonnenburg让这些第二代老鼠吃富含纤维的食物时，它们的微生物无法恢复。老鼠无法再生他们从未遗传过的东西。当这些第二代动物转而以无纤维饮食时，它们的后代遗传的微生物就更少了。微生物的灭绝在几代人之间加剧。

许多研究微生物群的人怀疑，我们正在经历一场与困扰地球的灭绝危机类似的灭绝痉挛。许多因素与这些失踪有关。第二次世界大战后可用的抗生素就像凝固汽油弹一样，不分青红皂白地摧毁我们的内部生态系统。始于19世纪末的现代卫生设施可能会限制疾病和促进健康的微生物的共享。在我们的进化过程中，许多土壤、植物和动物微生物如雨点般落在我们身上，而如今城市中的房屋将我们与这些微生物隔离开来，这可能限制了新奇事物的重要来源。

但是，Sonnenburgs的实验表明，由于未能充分营养关键微生物，西方饮食也可能使它们饿死。他们将这种想法称为“让微生物自我挨饿”。他们怀疑，这些由饮食驱动的物种灭绝可能至少部分助长了最近非传染性疾病的兴起。他们和其他许多人现在提出的问题是：在环境卫生、抗生素和垃圾食品改变我们祖先的微生物群之前，它们是什么样子的？人类微生物的原始集合是如何工作的？它是不是比我们今天所拥有的更健康？

T美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的人类微生物组项目(Human Microbiome Project)的第一阶段于2012年完成，该项目被称为人类微生物的“路线图”。但正如纽约大学(New York University)研究偏远美洲印第安人社区的微生物学家玛丽亚·格洛丽亚·多明格斯-贝罗(Maria Gloria Dominguez-Bello)告诉我的那样，这种努力“真的是美国人微生物工程;这不是人类微生物组项目。”

因此，一项引人注目的、有点唐吉可德式的努力已经开始，在它们消失之前，对生活在与人类过去相似环境中的人类的微生物进行分类，并可能将它们保存下来——这些人的微生物群可能接近祖先的状态。研究人员沿着亚马逊河行驶，在东非大草原越野，徒步进入巴布亚新几内亚的山村。他们认为自己急于对一个可能很快消失的生态系统进行分类。

“这真的是我们从世界各地收获大量这种微生物的最后机会，”加州大学圣地亚哥分校(University of California, San Diego)的微生物学家罗布·奈特(Rob Knight)告诉我。“我们必须在为时已晚之前采取行动——现在已经非常接近太晚了。”

他和其他人怀疑，这些人不会再保持他们传统的生活方式了。抗生素被认为可以消耗微生物，在一些社区已经被频繁使用。随着现代化和文化适应的发展，随着这些民族走向卫生、室内居住、吃垃圾食品这一当今发达国家许多生命的特征，一些人类微生物，或者这些微生物的某些形态，可能会永远消失。

目前，科学家们谨慎地将这一探索定性为纯粹的描述性研究；他们想知道这些人体微生物是如何影响我们的身体的。然而，一种微生物方舟——一种潜在濒危人类微生物的储藏室——也许是隐含的。纽约大学微生物学家、多明格斯·贝洛的丈夫马丁·布拉瑟（Martin Blaser）认为，由于西化的民族可能已经失去了重要的微生物，我们可能不得不用来自亚马孙美洲印第安人或非洲狩猎采集者等更为传统的生活群体的微生物重新填充自己。

那当然还有很长的路要走。迄今为止，没有人对这些令人眼花缭乱的微生物种类有太多了解——哪些是有益的，哪些是有害的，哪些是无关紧要的。然而，有一个不变的事实是，与西化的人口相比，生活在自给自足生活方式中的人们有着巨大的多样性——比北美或欧洲人多50%的物种。这不仅包括细菌，还包括真核生物——单细胞原生生物和大型多细胞蠕虫。这些在西方经常缺失的生物，已经有了历史上被认为是病原体. 但现在一些证据表明，它们可以有利地塑造微生物群，使宿主受益。

另一个常数与Sonnenburg研究的饮食和可溶性纤维有关。虽然北美的微生物倾向于分解脂肪、单糖和蛋白质，但迄今为止研究的生存群落的微生物则倾向于发酵纤维。

大多数研究对象生活在热带地区;它们的微生物群落可能反映了热带环境，而不是人类祖先的状态。然而，即使是来自高纬度地区的“灭绝”微生物群——包括来自冰冻的欧洲木乃伊——也同样具有分解植物纤维的功能，这增加了西方微生物群与人类进化中可能普遍存在的微生物群存在分歧的感觉。

索南伯格夫妇认为纤维非常重要，因此他们给了它一个新的名称:微生物可接触碳水化合物，简称MACs。他们认为西化的、缺乏mac的微生物群和人类基因组之间的不匹配可能导致西方疾病的发生。

研究这些社区的科学家怀疑，虽然传染性疾病的死亡率很高，但慢性、非传染性疾病的流行程度要低得多。与此同时，自20世纪末以来的研究人员反复观察到，即使在西方，在与牲畜一起的农场长大的人，或暴露于某些粪-口感染，如甲型肝炎和各种寄生虫的环境中，他们的微生物相对丰富，与这些自给自足的社区相似，他们患某些西方疾病的风险更低，特别是花粉热、哮喘和某些自身免疫疾病。

许多研究微生物群的人怀疑，我们正在经历的一场灭绝，与困扰地球的灭绝类似。

没有人想把过去的凶手带回来。但人们的怀疑和希望是，有益的微生物可以从危险的微生物中分离出来，而“好”的微生物可以恢复。或者我们可以简单地对待我们已经拥有的社区，让它吃得更健康。

美国农业部建议成年人每天摄入25至38克纤维；大多数美国人食用的富含纤维的食物，包括坚果、全谷类、某些水果和蔬菜，数量大大减少。该指南部分源于一位名叫丹尼斯·伯基特的爱尔兰籍医生的研究。20世纪60年代在乌干达工作时，伯基特确信非洲高纤维饮食可以解释非洲人相对缺乏结肠癌的原因。

然而，纤维假说的问题总是双重的。摄入大量纤维的人患许多疾病的风险似乎较低，包括心脏病和糖尿病。但是，当科学家们给志愿者喂食纤维时，他们在历史上并没有观察到多少益处。这突出了真正的奥秘：纤维通过什么机制改善健康？

可溶性纤维是复杂植物糖的总称，包括多糖、低聚糖和果聚糖。这些分子由单糖组成，单糖以长长的、难以分解的链连接在一起。如果你把大量的纤维或微生物可获取的碳水化合物倾倒到结肠微生物群落中，那些专门发酵它的微生物就会开花。他们会开始大量生产短链脂肪酸，包括丁酸盐(你可能会从陈年奶酪中闻到它的气味)和醋酸盐(让醋有涩味)。

索内伯格认为，这些酸是长期以来寻求的纤维预防疾病的机制之一。啮齿动物研究表明，当它们扩散到血液循环中，它们会刺激免疫系统的抗炎臂——帮助你的细胞不攻击树花粉和其他无害蛋白质，防止过敏和其他炎症疾病。这种镇静作用可以到达骨髓和肺，而最近的一次研究表明自然医学研究表明，酸降低了动物对哮喘的抵抗力。

正如贾斯汀·索内伯格(Justin Sonnenburg)所说，“我们的肠道里有一家无人监管的药厂。”今天微生物学家面临的问题是如何正确地管理这家工厂。

在这里，对生活方式更为传统的人群的研究可能会提供一些线索。过去，大多数人摄入的纤维可能比现在多很多倍。如果你吃加工程度最低的植物(人类已经吃了数百万年)，你无法避免纤维。现代狩猎采集者和园艺家当然会吃很多。例如，坦桑尼亚的哈扎人在块茎、猴面包树果实和野生浆果方面的消费量至少是美国人的10倍。像布基纳法索人这样的农业学家也比西方人口吃更多的纤维，他们吃的粥和面包都是由未经提炼的谷物制成的。

索南伯格夫妇认为，鉴于微生物可获取碳水化合物的持续供应，过去的人类微生物群落很可能产生了这些短链脂肪酸的河流。随着向农业的过渡，这一情况可能发生了一些变化，因为农业使饮食的多样性降低了。但随着精制食品的出现和广泛采用，最近发生了更剧烈的变化。因此，西化的人口，索南堡认为，失去了健康的，纤维发酵微生物。我们还遭受着一种发酵副产品的缺乏。

年代o为什么我们不能用短链脂肪酸补充我们的饮食？当我访问索宁堡时，他向我展示了一个原因：产生酸的生态系统可能和酸本身一样重要。他拿出了两张仍在老鼠肠道内的粪便颗粒的横截面图像。大多数微生物组分析都是根据遗传标记对存在的微生物和数量进行统计。这相当于从一堆木屑中想象出一片森林是什么样子，并且对森林是如何组织的几乎没有任何意义。然而，通过一些巧妙的修补，Sonnenburg的一位博士后发明了一种方法，将生态系统冻结在原地，然后拍摄下来。

由此产生的图像与我以前见过的任何微生物群落的再现都不一样。一只动物吃了大量的纤维，另一只则没有。在纤维喂养的生态系统中，类似的细菌彼此聚集在一起，就像礁石生态系统中的鱼群一样。起伏的结构占据了整个空间。但在非纤维饮食中，不仅多样性减少，微生物均匀分布，就像炖了太长时间的汤。

在这一点上，索内伯格坐在椅子上，安静下来，等着我注意到什么。在这两张图像的一侧，微生物大多不存在于肠道内壁的粘液层。但是纤维喂养的老鼠的这一层厚度是非纤维喂养的老鼠的两倍。这种差异大约为30纳米，远小于人类头发的宽度。但有一天，我们可能会回过头来摇头，从糖尿病到结肠癌等西方疾病都源于30纳米的黏液，而这些黏液在发展过程中的某个地方，在发达国家消失了。

我们认为西方饮食——富含不健康的脂肪、糖和蛋白质——过于丰富。但饮食中缺失的东西可能和丰富的东西一样重要，甚至可能更重要。

几年前，当索内伯格还在做博士后的时候，他发现当那些喜欢mac的微生物挨饿时，会发生一些非常奇怪的事情。它们开始吃粘液。“在这个阶段，你会说，‘哦，我的上帝。他们正在吃我。’”索内伯格说。“你可以看到的。”

我们祖先的微生物种类可能会随着时间的推移而消失，原因很简单，就是我们缺乏纤维的饮食。

我们需要粘液。它在我们和微生物之间保持了必要的距离。当它被不良饮食侵蚀时，肠道内壁就会受到刺激。微生物碎屑开始渗漏。近年来一个更惊人的发现是，你可以看到这种叫做内毒素的东西，在给人们喂食含糖、油腻的快餐后，血液中会立即增加。免疫系统的反应就像受到了威胁一样，导致了索嫩伯格夫妇认为的许多西方疾病背后的“酝酿中的炎症”。

我们需要炎症来对抗感染，或者帮助组织修复。但慢性炎症——一种无限期地发出的危险信号——可能导致各种细胞功能障碍，导致许多退行性疾病。

从索内伯格的办公室出来的时候，我有种感觉，我已经瞥见了我们与微生物关系背后的一个原则。从野生的纤维食物中榨取热量需要一个村庄微生物专门从事不同的工作，但每个微生物也依赖它的邻居。这项工作的难度鼓励了微生物之间的合作。然而，当你隐瞒真相时，你就不再需要那种紧密的合作了。互惠互利的安排开始出现问题。

索内伯格的实验有助于了解其他人在狩猎和搜寻人群中的发现。哈扎人是地球上仅存的狩猎采集者之一，他们居住在坦桑尼亚的Eyasi湖附近，该地区位于东非，被认为是我们人类的诞生地。去年发表的一份对他们微生物的分析报告详细描述了一个极其多样化的群落，其中包括一些对科学家来说是全新的微生物。

哈扎人身上藏有多种被称为密螺旋体的细菌，这些细菌在发达国家是不存在的。它们是与引起梅毒的病原体有关的螺旋体。到目前为止，研究的每一个非西方化的农村群体，包括各种美洲印第安人群体，都有密螺旋体，我们的灵长类亲属也有密螺旋体。

诺尔曼俄克拉何马大学的遗传学家Cecil Lewis研究了包括印第安人在内的土著人的微生物群落，他们怀疑他们可能属于一个“祖先微生物群”，这是一个自人类之前就伴随我们的社区。奈特推测，也许抗梅毒药物在西方消灭了他们。当我问他们会做什么，或者他们的损失意味着什么时，刘易斯和其他人回答说，没有人真正知道。

然而密螺旋体有帮助分解复杂碳水化合物的基因，这表明它在发酵过程中起作用。这与哈扎人和美洲印第安人微生物群的另一个显著特征相吻合。在我们只有一些种类的地方，比如说普雷沃氏菌，而哈扎菌则有千变万化的种类。同样，饮食也有影响。分解顽强的野生植物可能需要一组不同的微生物。西方的多样性怎么了?有可能是我们无意中扼杀了财富，或者根本就没有拥有过它。但索内伯格的实验表明，另一种可能性是，因为我们没有喂养这些微生物，所以我们失去了它们。我们祖先的多样性可能会随着时间的推移而消失，原因很简单，就是我们缺乏纤维的饮食。

年代Onnenburg的老鼠生活在塑料泡沫中，与新的微生物源隔绝。人类没有。一个突出的问题是，如果我开始吃野生块茎和猴面包树的果实，发酵新食物所需的微生物复杂性是否会简单地出现，从环境中播下种子。

对益生元(纤维发酵细菌的食物)的试验表明，你可以通过增加更多的纤维来增加微生物的丰富度，并改善代谢功能。但问题是:在欧洲的研究中，只有那些已经拥有基本多样性的个体才会从这些饮食干预中受益。那些微生物群落过于贫乏的人对新饮食没有或不能做出反应。他们似乎缺乏这种能力。

索南伯格夫妇指出，这些研究证明，我们需要正确的微生物——它们独特的炼金术才能——来从食物中释放营养。我们从哪里得到它们?我们的特定基因可以影响我们微生物群的组成，也许通过塑造我们的微生物群来影响我们患疾病或增重的倾向。但缺少细菌的另一个原因更为直接:我们可能从一开始就没有遇到过它。

在日托所、牛棚、有很多兄弟姐妹的家以及有狗的家中仍然存在大量微生物的环境中，似乎可以预防过敏、哮喘、某些自身免疫疾病和某些癌症。这些观察结果通常被归为“卫生假说”的范畴，似乎突出了一种与饮食无关的现象：获得微生物财富，可能还有独特的微生物传家宝。

想想螺旋形的胃细菌幽门螺杆菌．至少一个世纪以来幽门螺旋杆菌在发达国家，这一数字一直在下降。我们的曾祖父母中的大多数人可能都有这种病；现在只有不到6%的儿童这样做。与Sonnenburg感兴趣的微生物不同，幽门螺旋杆菌我们吃什么就吃什么。它吃掉了我们，它的主人。与被认为是从食物、水、土壤或其他动物身上跳下的微生物不同，幽门螺旋杆菌科学家认为，只有来自其他人，尤其是我们的母亲。它是一种人类适应的微生物，世代相传。

幽门螺旋杆菌它因引起溃疡和胃癌而臭名昭著，但越来越多的证据也表明，通过破坏免疫系统来确保自己的生存，这种细菌可能会防止哮喘、肥胖，以及可能的其他炎症性疾病。如果在对原始微生物群的研究中隐含着一个生态系统恢复计划，幽门螺旋杆菌作为对饮食强调的一个重要对应。你可以吃你想吃的所有纤维(除非你的食物被粪便污染)，你永远不会再获得像这样的微生物幽门螺旋杆菌. 恢复这些微生物的唯一方法可能是有意重新引入它们。

即使是这个想法也很复杂。多年前，多明戈斯-贝罗发现了一种独特的美洲印第安菌株幽门螺旋杆菌在一个孤立的亚马逊部落中，一种细菌的祖先可能是在大约15000年前与美洲原住民的祖先一起越过白令海峡陆桥来到这里的。然而，原生菌株正在消失。多明戈斯-贝罗发现，当不同祖先的人在南美洲混合时，进口菌株的竞争力超过了本地菌株。非洲和欧洲幽门螺旋杆菌这些毒株导致美洲印第安人的灭绝。

为什么这很重要?与“我们的”特定微生物相处，我们可能会过得更好。去年对哥伦比亚人的一项研究发现，当主要是美洲土著血统的人藏匿从欧洲或非洲进口的货物时幽门螺旋杆菌紧张，他们患胃癌的风险急剧增加。引入的细菌与本地基因型不匹配。这种不匹配似乎增加了恶性肿瘤的风险。

纳什维尔范德比尔特大学的分子生物学家芭芭拉·施奈德（Barbara Schneider）和该研究的合著者告诉我：“这种情况可能发生在许多微生物中。”。“没有理由认为幽门螺杆菌是独一无二的。”

我们可以称之为“传家宝”问题。我们的微生物中有一小部分可能独特地适应我们人类家族中特定分支的特定基因怪癖。一旦它们丢失，可能就无法恢复这些微生物。也就是说，因为我在美国出生和长大，“我的”幽门螺杆菌和密螺旋体可能会永远消失。

在他们的新书中，良好的肠道:控制你的体重，你的心情和你的长期健康在美国，索嫩伯格夫妇强烈主张，增加纤维摄入量是培养更健康的微生物群落的最好方法。考虑到许多未知因素，他们的主张让我感到惊讶。科学还没有定论;如果他们错了呢?

他们说，他们曾为这种科学上的不确定性而烦恼，但他们认为他们推行的饮食实际上是地中海饮食的一种变体，可能不会造成伤害，而且可能会使信徒受益，即使他们对微生物群的所有想法都是错误的。

在我们交谈后不久，匹兹堡大学(University of Pittsburgh)的胃肠病学家斯蒂芬·奥基夫(Stephen O’keefe)发表了一篇可能是迄今为止(在人类身上)最有力的证据，支持索内伯格夫妇的微生物可及性碳水化合物假说。

长期以来，奥基夫一直对非洲裔美国人与非洲土著人相比患结肠癌的高风险感到困惑。像60年前的伯基特一样，他怀疑富含纤维的饮食可以解释他所量化的65倍差距。为了证明这一点，他让20名南非农村居民吃高脂肪、高肉类的食物，包括热狗、汉堡包和薯条；他让20名非洲裔美国人吃高纤维的非洲食物，包括玉米粥、豆类和水果。然而，与早期的研究相反，他的团队在家里拜访了受试者，为他们准备食物并监督他们。

变化发生得很快。在非洲饮食的非裔美国人中，结肠炎症降低了患癌症的风险；而且在美国人的饮食中，它在非洲人中增加了。被认为可以预防结肠癌的发酵副产物丁酸的产量在吃非洲食品的人中增加，而在吃美国食品的人中下降。让我印象深刻的是：在缺乏纤维、以肉和脂肪为食的微生物群中，奥基夫看到了那些以发酵纤维为导向的紧密联系的群体的“松动”。他在人类身上所做的事情与索恩伯格在啮齿动物身上所做的一样，扰乱了生态系统，而且只花了两周时间就完成了美式饮食。他还证明，不管你可能没有遗传的微生物是什么，你给这些微生物喂食的东西都会对它们的行为产生很大的影响。

几年前，部分是由于大女儿的便秘问题，Sonnenburg一家改变了饮食。他们扔掉所有加工过的食物，开始吃大量的蔬菜和全谷类食物。他们买了一条狗。贾斯汀·索恩伯格开始自己动手碾磨小麦浆果做面包。他开始从事园艺工作。当他将几年前存档的微生物与最近的微生物进行比较时，他发现他的微生物多样性增加了一半。“这是一个巨大的差异，”他告诉我，“就像美国人和印第安人之间的差异一样大。”

关于这种多样性的详细分析还有待观察——有多少来自他的狗，来自土壤，来自他处理的酸面包;有多少人可能一直都在那里，虽然人数不多，但却在富含纤维的饮食中茁壮成长。然而，这向索嫩伯格夫妇表明，在不完全了解微生物群如何工作的情况下，你仍然可以将其推向更健康的方向。

索内伯格告诉我:“如果我们等到毫无疑问的时候，把双盲研究转化为监管，我们将会等上几十年。”“但现在，所有的箭头都指向同一个方向，指向纤维。”

Moises Velesquez Manoff是一名记者，也是缺席的流行:理解过敏和自身免疫性疾病的新方法。

彼得·范·阿格特梅尔的照片来自斯坦福大学# nextgreatdiscovery系列