微讲堂 | 人类进化500万年:肠道的今身与往事

人类是由猿类进化而来的,所以应该像猿类那样吃素(主要是果实)——是吗?

但是现在的猿类也不是素食者,它们也会吃各种昆虫,小型脊椎动物,还有猴子——是典型的杂食动物。

那么人类也应该像现在的猿类那样,以素食为主,偶尔开点荤腥?

进化是个漫长、复杂的历史进程。有人说上帝赐给人类的食物是五谷,根据资料人类是在十万前年才开始食用。从一万多年前人类狩猎动物为食,到种植的改变,食性的变化意味着人类的消化系统的变化,尤其是带动着大脑的变化,使人类学会利用更多的工具,最重要的是火,将肉变得更加易于消化,肉其实很难咀嚼和消化,所以如果在吃之前将它进行烹饪或者说烧烤一下,这样就相当于预消化。

最终的结果是人类的肠胃会变小,肠道也会变得更小,大脑的迅速发育。在这变化中,肠道是如何变化,又是起到如何作用,和其它动物又是如何不同?

今天从四个方面介绍:肠道。

1、 从大到小:火龙明鸟道,铁骑绕羊肠;

2、 从上到下:为什么猩猩喜欢挺着大肚子;

3、 从里到外:表里不如一,犹如“围城”;

4、 从旧到新:熟悉而又陌生

1.从大到小:浓缩才是精华,肠道大小亦是如此;

某年春晚上,潘长江在小品《过河》中为了调侃自己的身高,说出了“浓缩的就是精华”这句话,一时间这句话用来形容短小精悍的事物或者身材矮小但是能力强大的人物。但浓缩的一定是精华吗?肠道是越大越好,还是越小越好?就像唐玄宗《早登太行山中言志》诗:“火龙明鸟道,铁骑绕羊肠。”来描述山路难走,就像羊肠小道,只有鸟能飞过去;对于动物吃进去的食物,既然已经入肚,为何还要让食物行走在崎岖的“小道”上,感叹一句:自己何必为难自己!

我们从各种食性动物的体型外貌来看,食草的动物,基本都是大肚,结肠和盲肠都特别发达,食草动物的小肠长度比肉食性动物长得多,约为身体(躯干)长度的8~10倍,而且肠道道壁多纹路皱褶,盘在腹中,以减缓食物在肠道中的通过速度。羊肠小道就是这个意思。

食草动物的生理结构

肉食性动物,如狮子,狗,狼,猫等,都有着非常“简短”的消化系统。肉食性动物的小肠长度大约只相当于身体(指躯干,不计头部和四肢)长度的3倍,而且没有更多皱褶。这种解剖结构,十分有利于肉类食物的消化吸收和及时排出体外。

现在我们人类的肠道长度是身高的4~5倍,如果从门齿算起,包括口腔、咽、食管,一直到胃的贲门,大约0.4米;由胃的贲门到胃的幽门,也就是胃的全长约0.3米;小肠长约3.5米,大肠约1.5米;直肠到肛门约0.15米,总长度大约为6米左右。

不同食性的动物,肠道大小区别如此明显,主要在于各自吸收的营养来源不一样,人类发展至今,属于食草?还是肉食型?我看是介于两者之间,从肠道的大小也可以证明这一点。远古时代的就有吃肉习惯,根据化石记录,340万年以前的南猿时代,我们的老祖宗们就已经会用石器餐具吃肉了。大约在250万年前,石头工具即被用于宰杀猎物,一些动物骨骼上也都残留着相应的痕迹。

人类开始吃肉不仅仅是因为它的味道,更是人类进化的需要。根据《公共科学图书馆·综合》期刊上发布的研究,我们的祖先之所以能进化,繁衍更多的后代,主要因为他们是“肉食动物”。 因为消化道非常耗能,靠大量获取动物性食物而缩小消化道,可以节省下来许多能量以供应更大的脑——所谓的“昂贵器官假说”。

2、从上到下:为什么猩猩喜欢挺着大肚子?

在消化道中,胃部对吞咽下的食物进行储存和初步加工,小肠靠各种消化酶直接吸收营养,而结肠(和盲肠)则靠微生物来发酵小肠未吸收的部分,从而间接获得营养。动物性食物(蛋白质、脂肪)相对于多数植物性食物的“直接营养”(主要是糖)比较多,但即使这样,还是会有许多成分不能被小肠吸收。它们都会进入结肠,在其中经历低效、缓慢的发酵。因此饮食构成中的植物越多,就越需要结肠;动物越多,就越需要小肠。

于是黑猩猩、大猩猩、红毛猩猩,其结肠的体积往往占其整个消化道的50%以上,而小肠只占20%左右——它们的确是以植物(树叶、根茎、嫩芽、果实等等)为主食的。而人类的结肠体积只占20%左右,小肠体积却高达60%。据估计,大猩猩靠结肠获得的热量可达到60%——主要形式是各种短链脂肪酸。所以,即使健康的猩猩也总是“挺着大肚子”——那肚子下面有一大堆不可描述的东西,在慢吞吞地腐化……

但我们毕竟还是有结肠的吧?不还是需要植物纤维,来发酵出那神圣的丁酸吗(从而滋养肠道上皮细胞,诱导其生长、分化,维持肠道酸性环境)?

是的,但结肠可发酵的并不只有植物成分——动物蛋白质也会被发酵——我们摄入的蛋白质,大约会有10%进入结肠,供细菌发酵(主要有谷氨酸,也有甘氨酸、苏氨酸、丙氨酸、赖氨酸、精氨酸、鸟氨酸……),产物也是各种有机酸——乙酸、丙酸、丁酸、乳酸、琥珀酸……尤其是谷氨酸(鱼肉和内脏中较多),但会发酵为乙酸、丁酸;丙氨酸也会发酵为丁酸。

人体的消化系统可分为消化道和消化腺,消化道包括口腔、咽、食道、胃、小肠(十二指肠、空肠和回肠)和大肠(盲肠、阑尾、结肠、直肠)和肛门等。消化腺包括唾液腺、肝脏、胆囊和胰腺。胃肠道像是一条从口腔延伸到肛门的长长的管子,大约 6米长。如果将肠道完全展平,其表面积大约有300平方米,相当于一个网球场的面积。因为肠壁上有很多手指状的突起叫做绒毛,可以大大增加肠道表面积以帮助吸收,而绒毛表面有含有很多更小的突起叫做微绒毛,更进一步增加了肠道的表面积。这么大的表面积帮助我们最大限度的吸收营养。

3、从里到外:表里不如一,犹如“围城”;

一个人一生要消耗超过25吨左右的食物,通过消化和吸收过程为身体提供营养。在这个过程中,身体必须时刻对无数伴随食物而来的有害微生物和毒素保持警惕。肠道是我们的第一道防御器官,每天必须识别出维持健康所必需的物质,吸收这些物质进入我们的身体并通过循环系统运送到全身各处,同时防止有害物质进入循环系统,清除正常代谢所产生的废物和毒素。按照生物学来看肠道,它具有四道屏障犹如古时建立的军事城墙,在这里,可以形象的一一对应;比如:城池是一个肠道的缩影。

护城河防止敌人轻而易举的搞破坏,也可以提供城里居民的生活用水;就像肠道里的水、胃酸、胆汁、胰液、酶类等,成为一道化学屏障。胃酸主要在小肠起始端起作用(不同的动物胃酸PH值不一样,食肉的动物胃酸酸度大于食草型动物),可灭活细菌等病源微生物(如何保证益生菌在体内是活的?);肠腺Paneth(潘氏)细胞产生的抗菌肽在肠上皮表面和肠腔内发挥杀菌和抑菌作用,其寿命只有6-7天;粘多糖为大分子糖蛋白 ,一方面起润滑作用,保护肠粘膜免受物理性损伤 ;另一方面具有一定的缓冲作用,可结合酸性或碱性消化液,保护肠粘膜免受酶和消化液的侵袭性损伤。胆汁对内毒素是一个重要的化学屏障:① 肠道内胆盐可通过与内毒素结合从而阻止其从肠道吸收进入门静脉 ② 胆盐和胆酸为去污剂,可将内毒素分解成无毒性的亚单位或形成微聚物 。

城墙就是可阻止敌人攻城,就像肠道的肠粘膜上皮细胞,形成一道物理屏障。有时候也叫:上皮屏障;主要由表面黏液层(杯状细胞分泌的黏液糖蛋白在上皮表面形成疏水性黏液凝胶层。有细菌结合的特异位点,使有益菌有序地嵌入上皮细胞间,构成菌膜结构)、上皮(肠黏膜屏障最重要的构成成分 ,阻止肠道细菌及毒素通过)和结缔组织(肥大细胞对肠黏膜通透性影响最大,释放多种物质,调节黏液分泌、上皮和血管内皮的通透性、血流量、血管增生、平滑肌运动和免疫应答)。

城门和士兵不断巡查和检查出入对象,不放过一个坏的,也不冤枉一个好人;就像我们肠道里肠道相关淋巴组织(GALT)和每天分泌3-5克免疫球蛋白(SIgA为主、IgG、IgM、IgE等),直接感受共生菌和病原体,抑制肠道细菌黏附、阻止细菌在肠粘膜表面定植;因此,肠粘膜免疫屏障功能一旦减退,易导致肠道细菌和内毒素易位。

围城里大量的居民也分为好的、坏的和遇到自身利益冲突自保的人;就像肠道1000多种微生物(数量极其庞大达到1014个)分为有益菌、有害菌和条件致病菌。其实肠道里的环境和我们社会坏境极其类似,也是一个生物网络,共同构建和谐社会的基础;而肠道菌群之间保持着稳定的比例,构成一个相互作用、相互依赖的微生态系统。 肠道正常菌群的定植性、繁殖性和排它性使外籍菌无法在肠道内定植、优势繁殖及向肠外易位,因而被成为“定植抗力”。此系统我们就叫生物屏障

4、从旧到新:迷人的肠子。

长期以来,肠道一直是人体最被忽视和最不被重视的器官,但事实证明,它不仅要对脏活累活负责,也是我们的第二个大脑。古有谚语:病从口入,意思是说大凡疾病的发生都与口这个通道有关;而西方有位哲学家希波克拉底,也是医学之父说过:“一切疾病始于肠道”。如今看来,大概的意思,也都是跟肠道相关。

从本质上讲,一个成年人就像一个10米长的管子。这条管道的内层——肠道——吸收营养和抵御潜在的病原体,但它接收甚至拥抱的微生物数量比组成我们整个身体的细胞数量还要多。作为一根管子,肠道既不是直的,也不是光滑的。它的组织被感觉细胞所缠绕,并被荷尔蒙所充斥,来来回回地传递信息。肠道内发生的事情在很大程度上仍然是神秘的,但是好在现在很多人已经不再单独的看他了,把它看成是一个复杂的生物网络,它是各种微生物的来源。因为这个已知微生物群落对人类健康的方方面面有深远的影响,包括免疫系统、炎性疾病和肥胖等。

早些年已经有研究者甚至发布文章表示,根据人体内占主导地位的肠道细菌类型,可以将人分为三类。这种“人以肠分”的分类方式,就像血型分类一样简洁明了。拟杆菌属肠道——拟杆菌可分解人体内多余营养成分。属于拟杆菌属肠这种肠道的人群多偏瘦或者适中。拟杆菌肠道者维生素充足。棒状的拟杆菌属占主导优势的肠道,在生产人体所需维生素方面具有先天的优势。此外,拟杆菌肠道者易出现食物中毒现象。瘤胃球菌属肠道——瘤胃球菌过多促进糖分吸收。球型的瘤胃球菌主要是调节肠道内的碳水化合物,容易导致肥胖或超重。瘤胃球菌者多不贫血。瘤胃球菌擅产血红蛋白中的铁元素,缺铁性贫血者较少。普氏菌属肠道——普氏菌肠道者不易患脚气。因普氏菌易产生维生素B1、B9,因此可以有效抵御脚气病。女性肠道者孩子更健康,但属于这一肠道的女性,胎儿患神经管畸形和唇裂的概率大幅降低。

总之,肠道是人体里独一无二的重要器官—— 它组成了人体三分之二的免疫系统,它能从食物中汲取能量,它还能制造20余种激素。这是我们目前能够了解的,但还有很多我们都不了解,幸运的是,从现在开始,我们掀起了红盖头的一角,不断地加深对肠道的研究,至少对我们来说,读完这篇文章,对肠道如何工作,有了一个大概的了解。

参考文献:

1.Nat Rev Microbiol. 2008 October ; 6(10): 776–788. doi:10.1038/nrmicro1978. Worlds within worlds: evolution of the vertebrate gut microbiota。

2.gut:The Inside Story of Our Body's Most Underrated Organ。

3. 张成岗,等: 菌心进化论: 一种对于动物进化的新理解

4. http://science.sciencemag.org/ on December 16, 2019

END

★服用方法

★米桑服用方法

  成人:建议 2 粒 /次,3 次/天。

  儿童:建议 1 粒 /次,3 次/天。

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