新疆小河墓地出土世界最古老奶酪，付巧妹团队从中解读欧亚人群迁徙足迹

科技


新疆小河墓地（新疆维吾尔自治区考古研究所 李玉生供图）
食

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   新疆小河墓地（新疆维吾尔自治区考古研究所 李玉生供图）
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 <p><span style="color: #236fa1;">食物的背后关联着人类饮食结构、生活方式和技术文化的变迁发展。从这个视角切入，古代食物遗存为我们理解人类活动对生态系统的作用和影响开辟了新窗口——食物的制作和传播方式反映了古代人类利用自然资源的智慧，折射出历史上人类社会在物质和文化方面的广泛交流。</span></p>
 <p><span style="color: #236fa1;">从小河墓地出土的古老奶酪入手，中国科学家从中追溯乳酸菌菌种演化，从奶源DNA中探寻欧亚人群迁徙与交流的足迹。这为我们更加细致地认识人类发展的历史进程及其与环境高度互动的复杂关系提供了重要线索。</span></p>
 <p style="text-align: right;"><span style="color: #236fa1;">——<strong>编者</strong></span></p>
 <p>奶酪是一种发酵奶制品。与酸奶类似，人们通过在牛奶、羊奶等动物奶中添加富含乳酸菌等微生物的发酵剂，将其制成奶酪。在微生物的作用下，奶酪或酸奶较之动物奶别具风味，且更易于保存。</p>
 <p>那么，奶酪制作工艺是何时在中国出现的？它从哪里传来又如何广泛传播开？最近，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹研究团队在国际著名学术期刊《细胞》杂志发表了一项最新研究，通过从已知世界上最古老的奶酪中获取的高质量古代乳酸菌基因组，他们以独特的古微生物学视角和直接的古分子证据给出了有趣的答案。</p>
 <p><strong>最古老奶酪</strong></p>
 <p><strong>已适合乳糖不耐人群</strong></p>
 <p><em><span style="color: #7e8c8d;">早在距今近4000年的青铜时代，新疆小河人群就掌握了用开菲尔粒制作酸奶和奶酪的工艺。乳糖含量的大幅降低，让这一乳糖不耐受人群也能轻松食用奶制品</span></em></p>
 <p>广袤无垠的塔克拉玛干沙漠中，隐藏着一个古老而神秘的墓地——小河墓地。</p>
 <p>这个距今约3500年至4000年的墓地，位于我国新疆若羌县孔雀河下游河谷南约60千米的荒漠中，是夏商时期塔里木盆地特色鲜明的青铜时代文化遗存。它的外观为一座椭圆形沙丘，总面积约2500平方米。高耸的沙丘之上矗立着密密麻麻的木桩，似乎在无声坚守着此处原住民数千年来独特而多元的文化。</p>
 <p>这里出土的船棺形似无底独木舟，用动物皮紧紧包裹，棺中的木乃伊“小河公主”服饰精美，显示出其生前崇高的社会地位。在她胸颈部和身侧草编篓中，一些乳黄色块状物引起了国际学术界的广泛兴趣：这些距今约3500年的块状物质地疏松、形状不规则、呈多孔状。这究竟是什么？</p>
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   出土于小河墓地的草编篓
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 <p>2014年，借助先进仪器的综合测试分析，科学家发现这些块状物的乳清蛋白含量较低，以酪蛋白为主，由此确定它们应该是奶酪，而且是开菲尔奶酪。</p>
 <p>在古代俄罗斯北高加索地区，当地牧民将牛乳或山羊乳注入羊皮口袋，经自然发酵生产酸乳酒。他们在留有乳酸酒残留物的羊皮口袋中补加牛乳或山羊乳继续发酵，长此以往在皮口袋中形成了不规则颗粒状物体，即为开菲尔粒。先民使用开菲尔粒，将新鲜奶发酵制成酸奶，再经过一定程度的脱脂处理和乳清分离，最终得到开菲尔奶酪。</p>
 <p>付巧妹团队的最新研究为小河奶酪的鉴定带来了更加确切而细节的证据。研究团队鉴定了小河墓地中的三例奶酪样本，从中发现了与发酵相关的丰富微生物群落，如开菲尔乳酸菌、瑞士乳酸菌、马克斯克鲁维酵母，以及库德里阿兹威氏毕赤酵母等菌株。这些乳酸菌和酵母菌正是典型的开菲尔粒所包含的菌株，这表明新疆小河居民在青铜时代已经掌握了用开菲尔粒发酵制作酸奶或奶酪的工艺。</p>
 <p>虽然出土于波兰、用于过滤液体奶和制作奶酪的陶筛证实奶酪制作工艺可追溯到约8000年前，但小河墓地出土的开菲尔奶酪却是迄今世界上发现的最古老的奶酪实物。这种奶酪在保留动物奶大部分营养成分的同时，还在制作过程中大幅降低了乳糖含量，这使得乳糖不耐受的小河人群也能轻松食用。</p>
 <p>因此，开菲尔奶酪制作工艺的应用对于古代人类社会有着重大意义——它不仅使动物奶更加利于保存和携带，还有效减轻了乳糖摄入所引起的胃肠道反应，使古代人群更容易从奶制品中获取营养。</p>
 <p><strong>捕获乳酸菌DNA</strong></p>
 <p><strong>揭秘技术传播路线</strong></p>
 <p><em><span style="color: #7e8c8d;">付巧妹设计了70余万个捕获探针，从样本的海量外源微生物中“钓”出开菲尔乳酸菌DNA并重建其基因组，发现小河人群的发酵技术传播到了西藏和东亚其他内陆地区</span></em></p>
 <p>这些古老奶酪为何能历经千年、留存至今呢？这得益于小河墓地特殊的保存环境。首先，沙漠的干燥空气与盐渍土壤有着天然的防腐作用。其次，这里的船棺密封性极高，形成了类似真空的环境，进一步减少了空气和水分的影响，延长了奶酪的保存时间。</p>
 <p>尽管如此，这些保存下来的奶酪仍受到大量环境微生物的侵袭，要从中获得可供分析的发酵微生物古DNA并非易事。</p>
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   小河墓地出土的奶酪样品（平婉菁/摄）
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 <p>一开始，研究团队发现，这些奶酪样本中携带的微生物DNA大部分来自外源污染，开菲尔乳酸菌的古DNA含量占比不到1%。即使使用高通量测序技术，测序数据仍然很难达到分析所需要的覆盖度和深度。</p>
 <p>为提高数据量，付巧妹设计了70余万个捕获探针，用类似钓鱼的方法，成功将这些奶酪样本中的开菲尔乳酸菌基因组从海量外源微生物DNA中“钓取”分离出来，并使其捕获数据从0.43%—0.55%富集提升至64%—80%，最终得以重建世界上首例完整度达92%、深度达26.7×（×指基因组中每个碱基被测序的平均次数，次数越多表明数据准确性和可信度越高）的古代乳酸菌基因组。</p>
 <p>人类通过贸易和迁徙来传播特定的发酵微生物种群和相应的发酵技术，而开菲尔乳酸菌便是追踪开菲尔奶酪制作工艺（即开菲尔发酵技术）应用和传播历史的理想对象。</p>
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   作为一种传统酒精发酵乳食品，开菲尔酒、酸奶和奶酪至今仍经常出现在人们的餐桌上
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 <p>通过从奶酪样本中重建古代开菲尔乳酸菌基因组，并结合欧亚大陆不同地区现代开菲尔乳酸菌基因组进行系统发育关系分析，研究团队发现，开菲尔乳酸菌主要分为欧洲和东亚两个支系。</p>
 <p>一是欧洲支系，主要包括来自欧洲（德国）、亚洲沿海和岛屿地区（中国天津、广东、台湾，以及日本、新加坡）的菌株，符合从高加索扩散到欧洲及亚洲和东南亚沿海地区的扩散路线。</p>
 <p>一是东亚支系，即从新疆传播到西藏等东亚其他内陆地区。这是一条新的传播路线。而新疆小河居民所用的古代新疆开菲尔乳酸菌菌株与现代西藏菌株更加接近，且位于该支系的基部位置。</p>
 <p>这也说明，欧亚大陆不同地区古人群在应用和驯化开菲尔乳酸菌的过程中，有过不同的迁徙和交流路线，而这两个菌株支系的分化，很可能就是其共同祖先被驯化后在不同人群中传播的结果。</p>
 <p><strong>追溯奶源DNA</strong></p>
 <p><strong>印证古人群互动交流</strong></p>
 <p><span style="color: #7e8c8d;"><em>通过提取分析奶酪样本中的哺乳动物DNA信息发现，小河地区的产奶山羊来自新石器时代后的一个驯化山羊支系，这意味着他们与欧亚草原牧民之间可能存在广泛交流互动</em></span></p>
 <p>新疆小河的古代居民是用哪些家畜产奶并制作奶酪的？通过提取分析奶酪样本中的哺乳动物DNA信息，研究团队发现奶源来自牛或山羊。</p>
 <p>有意思的是，在三个奶酪样品中，有两个检测到微量的牛DNA，一个提取到较高质量的山羊DNA，两种DNA并未同时出现在同一样品中。这说明，新疆地区的古代居民很可能是单独使用牛奶或羊奶来制作奶酪的，而不像希腊或中东地区那样经常使用混合奶来制作。不过，这一推测还需要更多样本和数据予以证实。</p>
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 <p>透过这些奶源DNA信息，科学家将用于制作小河奶酪的产奶山羊，与欧亚其他地区古代和现代山羊的线粒体基因组信息进行了比对。结果显示，小河地区的产奶山羊并非来自东亚内陆地区同时期分布的驯化山羊，而是来自新石器时代以后的一个支系，这群山羊随着草原牧民的迁徙，广泛分布于欧亚大陆。这说明，青铜时代的新疆小河居民与欧亚草原牧民之间很可能存在着广泛交流与互动，他们畜养的产奶山羊很可能来自草原牧民。</p>
 <p>这一推测与团队此前发现新疆青铜时代人群混合有同时期欧亚草原人群遗传成分的结果一致。这些结果折射出新疆小河地区畜牧业发展的可能来源。</p>
 <p><strong>古今菌株“找不同”</strong></p>
 <p><strong>揭示人菌协同演化史</strong></p>
 <p><em><span style="color: #7e8c8d;">人类与发酵微生物的相互作用和协同演化是一个动态复杂且互利共生的过程。人类不仅改造了发酵微生物，也在一定程度上被发酵微生物所影响和塑造</span></em></p>
 <p>人类和发酵微生物之间的协同演化是一个复杂而有趣的过程。研究发现，数千年来，开菲尔乳酸菌在基因组功能元件方面发生了演变，而这正是开菲尔乳酸菌在应对外界环境的适应性演化及在发酵条件下被人类偏好性驯化和传播共同作用的结果。</p>
 <p>相比青铜时代的开菲尔乳酸菌，现代开菲尔乳酸菌菌株出现了一些功能性基因簇。例如，现代菌株出现了可能参与到耐药机制的基因簇，这反映出乳酸菌对环境压力的适应。现代菌还出现了能对抗外源DNA入侵的基因簇，以维持基因组的稳定性。此外，减轻肠道炎症反应相关的基因簇也出现在现代乳酸菌中。</p>
 <p>考虑到开菲尔酸奶的制作是通过开菲尔粒进行，而古人群在贸易交流中能够很方便地交易开菲尔粒，那么这些基因簇的出现很可能与当时人群对携带不同支系开菲尔乳酸菌的开菲尔粒的偏好有关。</p>
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 <p>由此可见，人类与发酵微生物的相互作用和协同演化是一个动态复杂且互利共生的过程。人类不仅通过偏向性的选择和利用改造了发酵微生物，也在一定程度上被发酵微生物所影响和塑造。这种共生关系极大丰富了古代人类的食物资源，对古代人类的健康产生积极影响，同时推动了与发酵工艺相关的文化和技术的进步。</p>
 <p>古老奶酪的制作和传播方式反映了古代人类利用自然资源的智慧，折射出过去人类社会在物质和文化方面的广泛交流，为我们更加细致认识人类发展的历史进程及其与环境高度互动的复杂关系提供了重要线索。</p>
 <p>(作者为中国科学院古脊椎动物与古人类研究所分子古生物学实验室工程师)</p>
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  文：平婉菁<br>
   图：除注明外均视觉中国<br>
   编辑：刘琦<br>
   责任编辑：任荃
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新疆小河墓地出土世界最古老奶酪，付巧妹团队从中解读欧亚人群迁徙足迹

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