?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間標尺，有助于我們理解為什么現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境三者是如何互相適應的。也回答了很多有趣的問題，激發我們的好奇心和探索欲。

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

11月23日，意大利帕多瓦大學（Universit?  degli studi Padova）安德里亞·夸利亞里洛（Andrea Quagliariello）等人在《自然-通訊》（Nature Communications）上在線發表了題為“Ancient oral microbiomes support gradual Neolithic dietary shifts towards agriculture”的論文。研究結果基于牙結石（鈣化牙菌斑）中發現的古DNA，揭示了史前意大利人口在由新石器時代向農業過渡的3萬年里，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意大利半島一個現在被稱為阿普利亞（Apulia）的地區，意大利開始狩獵采集向農業生計的首次過渡。在第一階段，幾組家庭在小村莊里組織起來，生產一種名為“壓印陶器”的典型陶瓷產品。接下來的兩千年里，這些社區向北擴展，形成了更復雜的社會結構，并根據當地資源和環境條件調整其農業生計制度。

帕多瓦大學團隊將該地區作為案例，比較了新石器時代的微生物組與舊石器時代晚期狩獵采集者和紅銅時代人群的微生物組。他們首先分析了來自Paglicci洞穴（公元前31000–11000年）的9個舊石器時代晚期狩獵采集樣本，以描述前農業微生物組。為了更好地描述與農業過渡相關的變化，他們又選擇了從新石器時代（公元前6200-4000年）到紅銅時代（公元前3500-2200年）的67個樣本作比較，這組樣本跨越了構成阿普利亞地區新石器時代的所有階段，并對應不同的文化背景。

研究發現，古人的微生物組在兩個時期發生了變化，分別是當地舊石器時代狩獵采集社區向新石器時代農業社會轉型時，以及新石器時代晚期。研究者認為，檢測到的大多數微生物組變化可能與農業轉型帶來的生存策略轉變或新石器時代飲食的變化有關。

具體而言，在由舊石器時代向新石器時代轉型時，隨著農業生活方式的引入，古人的生存策略表現為對動物蛋白質和脂肪以及淀粉類碳水化合物食物的大量消費，同時碳水化合物的攝入存在不同。這驅動了古人微生物組組成的初始改變。相比舊石器時代，新石器時代樣本中微小小單胞菌（Parvimonas micra）、齦溝產線菌(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有關。

新石器時代早期和晚期之間的微生物組也存在顯著差異。研究者在新石器時代晚期和紅銅時代樣本中檢測出了豐富的二氧化碳噬纖維菌（Capnocytophaga spp.）、長奈瑟氏球菌(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。結合其他性狀，研究者認為在新石器時代后半期，人們可能開始采用高碳水化合物/低蛋白的飲食方案，并且呈動物蛋白攝入量下降，植物蛋白攝入量增加的趨勢，使得微生物組發生變化。此外，新石器時代晚期和紅銅時代的樣本表現出比之前更差的口腔健康狀況。

帕多瓦大學團隊指出，上述結論表明，隨著新石器時代的到來，人們對當地的可用資源具有很強的適應性，向新生存戰略的轉變是漸進的，而非急劇的。

古人類的牙結石告訴我們什么信息？還可以怎樣研究？澎湃科技專訪廈門大學人類學研究所所長王傳超教授，進行解讀。王傳超專注于通過古DNA和群體遺傳學與語言學、歷史學、考古學的交叉研究來解析東亞古今各族群的起源、遷徙、演化和混合過程。他的團隊曾發布東亞地區規模最大的古人基因組研究，包含了166個距今8000到1000年前古人基因組捕獲測序，首次通過古DNA精細解析東亞人群8000年來的形成歷史。

【對話】

澎湃科技：請通俗地介紹下這項研究的發現。你如何評價這項研究？

王傳超（廈門大學人類學研究所所長、教授）：作者對意大利中南部阿普利亞地區從舊石器時代晚期到新石器時代再到紅銅時代的76個牙結石樣本進行了DNA的提取和測序，分析了口腔中的古微生物種屬系譜，發現史前狩獵采集人群過渡到農業人群的過程中口腔微生物種類發生了明顯的變化，且變化主要發生在新石器時代晚期，說明口腔微生物的變化是在新石器化的過程中逐步發生的而不是一蹴而就的。

之前也有新石器化過程中人類口腔微生物變化相關的研究，但樣本量都很小且分布地域廣泛，不同地區的食物種類差異以及不同的生態環境條件都可能會影響結果的解讀，而這項研究是在一個較小的固定區域內比較了跨越兩萬多年的70余例古代樣本的牙結石，盡可能排除了不同地區的可能影響而且樣本量較大，使得結果更可靠。

澎湃科技：古DNA的提取很難，從牙結石中提取古DNA在這一領域中的難度如何？牙結石為什么可以保存那么久？怎么確定發現的細菌是新石器時代的，它們不會隨著時間而改變嗎？

王傳超：牙結石是正在礦化或已經完全礦化的牙菌斑，從牙結石中提取古DNA也非常困難，因為牙結石量少，不像骨骼和牙齒等可用材料量很多，但牙結石能夠保存的DNA含量遠遠高于骨骼或牙齒本身，因為牙結石中的羥基磷灰石礦物可與DNA緊密結合，從而能更好地將遺傳物質保留下來。

細菌是在牙結石中保留下來的，如果這些牙齒通過測年可追溯到新石器時代，那也就間接說明了附著其上的牙結石來自新石器時代；同時，DNA片段會隨著時間而不斷降解，末端會發生脫氨基作用而出現損傷，可以根據測序DNA片段的末端是否存在末端損傷以及損傷程度來判斷是否屬于古代細菌的DNA。

澎湃科技：76個樣本，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，單篇論文有的能發表數百個古代樣本的全基因組水平的數據，所以該研究的76個樣本也不算樣本量大的，只能是中等樣本量，但這批樣本的時間跨度大、代表性較好。

澎湃科技：研究者的一個結論是口腔健康狀況的下降與向農業的轉變有關。兩者之間具體的關系是什么？

王傳超：進入新石器時代，人類掌握了農業技術，有了穩定的食物來源，但食物多是高碳水化合物和低蛋白質的，口腔菌群中的致病菌種類此時也開始增多，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），能夠影響宿主結締組織并引發免疫反應功能障礙；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，如心血管疾病、糖尿病和阿爾茨海默病，并且似乎對宿主腸道微生物組成產生直接影響。

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

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的微生物的功能，近年來隨著宏基因組學技術和方法的廣泛應用，已成為了一個蓬勃發展的學科方向。研究發現人類微生物群落能夠產生抗生素，其對與藥物治療相關的人類健康既有積極作用也有消極作用，甚至或會影響機體對癌癥療法的反應等。

通過牙結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間標尺，有助于我們理解為什么現在人類微生物組的組成是這樣的，幫我們回答我們人類、人類微生物組和自然環境三者是如何互相適應的。當然，這些基礎研究本身可能不能給今天的我們帶來直接的效益，但回答了很多有趣的問題，能激發我們的好奇心和探索欲。

澎湃科技：研究者說，人類微生物組的進化仍然是一個懸而未決的問題，古DNA的研究可能可以解釋復雜的微生物群落如何隨著時間的推移進化到目前的組成。如何通過古DNA進行人類微生物組進化的研究？這一領域的研究難點是什么？有什么最新進展？

王傳超：通過古DNA進行人類微生物組進化的研究主要有兩種可能的方式：一是縱向比較，通過對同一地域不同時間段或不同生計方式的古人的牙結石進行DNA提取和測序，鑒定其所包含的微生物的種屬系譜；二是橫向比較，通過對不同地域差不多相同時間段或相同生計方式的古人的牙結石進行DNA提取和測序，鑒定其所包含的微生物的種屬系譜。當然，還可以將已滅絕古人類（尼安德特人、丹尼索瓦人等）的牙結石微生物組和我們現代人類的進行比較，更多地了解我們人類近親的生活方式等。

這一領域的研究難點是樣本獲取困難，尤其是有代表性的可用樣本更是稀少，同時古DNA的提取、測序、比對和污染排查等都有較大的難度。歐美研究機構最近幾年多有開展牙結石DNA的研究，有很多有趣的進展，比如通過尼安德特人的牙結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；通過對牙結石DNA的分析探究新石器化過程中的南歐古人的口腔微生物變化等。

澎湃科技：國內有人在做相關的研究嗎？

王傳超：國內目前沒有做牙結石的微生物DNA研究，國內的牙結石研究主要集中在用牙結石淀粉粒追溯古人植物性食物的來源，或者通過牙結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