中國古代人群究竟吃什么？碳、氫、氧、氮、鍶……同位素視角下"舌尖上的古代中國"

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大家好，我叫胡耀武，我來自中國科學(xué)院大學(xué)。今天給大家分享的是我們研究的怎么吃的故事。每當(dāng)我們的朋友親戚來的時候,我們都會擺上一大桌的菜,但是大家在享受這些食物的同時，這些食物究竟如何而來？我們的祖先他們究竟吃了什么？食物的選擇在人類演化的長河和文明進程中起了怎樣的關(guān)鍵作用？這個就是我將近二十年左右的時間研究的領(lǐng)域。

從古至今，我們吃什么？

給大家展示兩個案例：一個是食粟,比如說小米，另外一個是我們的食魚。

首先我們看一看食魚的過程,大家都知道,我們?nèi)祟惖淖嫦葟脑车饺耸澄锇l(fā)生了翻天覆地的變化。

從猿只吃樹上的一些植物果實到我們現(xiàn)在變成了整個的雜食類，這個過程是我們長期以來要研究的非常重要的一個領(lǐng)域。

這個魚是怎么回事？最早的根據(jù)考古學(xué)家的研究,大約我們發(fā)現(xiàn)有砍痕的這種痕跡,推測他們吃魚的證據(jù)將近兩百萬年的時候,但是到了整個人類大量攝魚的時間,也就是我們五萬年以來的更新世晚期這個時間段,人們大量的攝魚的原因是什么？

是因為當(dāng)時人類對食物的需求極其的廣泛,為了維持我們的生存必須獲取比之更難獲取的資源,魚類就變成非常重要的一種謀生手段。我們中國長期以來,通過石器,以及通過我們本身的動物考古,都提出了廣譜革命的重要證據(jù),但長期以來,卻缺乏一個非常直接證實人類吃魚的現(xiàn)象。

2003年的時候,中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所他們在北京房山周口店,這個洞里面就發(fā)現(xiàn)了旁邊的我們熟悉的古人類的一些骸骨,這個骸骨為我們了解人類的食物提供非常重要的研究材料。大家看到這些骸骨上面的人骨上有一個小洞,這個小洞就是我們采用人骨的材料進行分析的核心研究材料,那么我們通過對這個骨骼進行骨膠原的提取,開展了碳氮硫同位素分析，充分證實了田園洞人是距今四萬年的現(xiàn)代人食物中攝取了大量淡水類資源。

當(dāng)時至2009年,我們跟中國科學(xué)院古脊椎動物和古人類研究所以及德國的馬普進化人類研究所共同開展的課題,首次科學(xué)地證實了當(dāng)時更新世現(xiàn)代人,攝取了大量的淡水類資源，這個淡水類資源就為我們了解當(dāng)時中國廣譜革命提供了最切實的研究的證據(jù),

大家會考慮,你分析的是骨骼怎么會得到你食物的信息，下面給大家分析一下它的原理以及相應(yīng)的由來。

我們分析的方法叫穩(wěn)定同位素分析,所有的世界是由元素所組成的,元素核心的組成是由原子核,原子核里面還有原子和中子,如果是元素它具有相同的質(zhì)子數(shù)不同的質(zhì)量數(shù)的所有元素，它稱之為元素的同位素,它們在元素周期表上占據(jù)相同的位置。

什么是同位素？

比如大家看到這張圖就是我們經(jīng)常聽到的氫的三種同位素 氕、氘、氚。

現(xiàn)在大家看到的周期表不再是元素周期表,而是同位素周期表。大家看到里面大量的顏色上面走的都是我們具有多種同位素的世界,所以從這張圖開始,我希望帶大家進入的不再是元素的世界，而是進入一個同位素的世界。

在同位素世界中,根據(jù)同位素是否發(fā)生衰變可以分為放射性同位素和穩(wěn)定同位素。比如說碳有三種同位素碳12、碳13和碳14，其中碳12和碳13是最穩(wěn)定的同位素,是自然界中天然存在的。但是碳14它是有放射性的。

大家看到這張圖就是我們所有的元素,都含有多種的同位素、其他的穩(wěn)定同位素,這在每一種里面藍色的部分,基本上很多的同位素都具有穩(wěn)定同位素,這就是我們分析這個基礎(chǔ)之所在。

比如拿人來說,我們大家都知道人是個有機體，含有碳氫氧氮硫,我們這里面都還有碳的各種同位素,比如碳13、氧18、 氧16、氮15等等一系列的過程，那么同位素它存在的意義價值何在？

由于它們本身的質(zhì)量數(shù)不同,它們會存在物理、化學(xué)和生物反應(yīng)過程中,他們本身的速率有微小的差異,這種差異能夠被我們通過儀器檢測出來,從而追蹤這種反應(yīng)的相對過程。大家看到這張圖就是氫,一個質(zhì)量氫和兩個質(zhì)量的氫,那么明顯的氫2的重量數(shù)要高,所以它的反應(yīng)速度相對也比較慢。

給大家看一個國外教材上的概念,大家看到這個左手邊,其中有兩個碳12和兩個碳13,但是在反應(yīng)的過程中,碳13的不恰當(dāng)例子,一個胖子和瘦子在賽跑,那么胖子相對跑得就慢一點,會導(dǎo)致我們最后爬過這個坡之后,碳12增多了,碳13減少了,所以這個過程就變成了同位素的一個變化過程。

為了描述同位素的變化我們通常是用同位素的比值方式，（重同位素比輕同位素的模式來表示）,比如說我們碳同位素,用碳13比碳12,為了表示這種數(shù)據(jù),我們通常是用大家看到的綠圈里面的這個數(shù)值用δ值的方式,來精確地描述每一個物質(zhì)里面同位素相對的組成。

大家都聽說過成語叫物以類聚,這個類指的是種類,但是在同位素的世界里,是根據(jù)它每個物質(zhì)存在的來源的不同,就會形成不同的來源。我們這個物以類聚,由于它們本身的同位素組成不同就會分為不同的類,這就是我們的食物。從天然來說,就會存在不同的同位素的差異。

這些食物一旦被我們?nèi)祟愃?我們所有的增長都必須來源我們所在的食物,它們一旦被吸收之后,就會變成我們的身體上的組織。所以我們身上的組織其實就是我們食物的一個最明顯的反映,所以這就是我即我食的最根本的原理所在。

如果我們放到同位素的視角之下,你又會看到我們無論吃的植物類食物還是動物類食物,經(jīng)過消化吸收之后就會轉(zhuǎn)移到我們的骨骼之中,骨骼中含有有機物質(zhì),有機的物質(zhì)中又含有穩(wěn)定同位素,我們通過一個逆推,可以推斷它的主體的食物來源。

骨和牙化學(xué)的組成都含有有機質(zhì)和無機質(zhì),骨骼中的有機質(zhì)大約占了我們百分之三十左右,所以我們對于骨骼進行骨膠原的提取,就可以明顯地知道它的同位素的組成。在骨膠原這種水平之下,了解它的碳同位素是我們了解構(gòu)建古代人類食物結(jié)構(gòu)的大概基礎(chǔ)所在。

大家看到這張圖,我們可以發(fā)現(xiàn)所有陸生的碳3的系統(tǒng)和碳4的系統(tǒng),海生系統(tǒng)以及淡水的系統(tǒng),都會根據(jù)它的碳同位素和氮同位素得以非常完美地進行區(qū)分。從而在這種區(qū)分度下,我們通過對分析的人骨或者動物骨進行同位素的分析,相對來說比較準確地了解你的食物的來源。

我們吃的東西對人類進化產(chǎn)生了什么樣的影響？

我們更想知道食魚這種現(xiàn)象究竟對人類起了多大的作用？這是人類學(xué)界與營養(yǎng)學(xué)界,非常重要的一個主題,目前有兩種不同的觀點：一種觀點認為我們?nèi)祟悓λ锏臄z取對我們的影響非常大,因為我們腦部的發(fā)育需要大量的脂肪酸水生類資源,尤其淡水和海水含有大量不飽和脂肪酸,它能夠彌補人類生長發(fā)育中所需要的營養(yǎng)。

另一方面,有一些人類學(xué)家或者營養(yǎng)學(xué)家認為我們可以吃一些堅果，比如核桃,孩子的家長都是在高考的時候,給孩子吃核桃來補充他所需要的營養(yǎng),所以這兩種觀點長期以來爭執(zhí)不下。無論從國際的研究還有剛才我們田園洞人的研究,都發(fā)現(xiàn)了更新世晚期人具有大量攝魚的現(xiàn)象。

到2014年的時候,《人類進化雜志》專門舉辦了一個特刊,專門討論淡水和海水類資源在人類食物大腦和行為演化中的作用,其中一篇文章的名字叫《A Fish Is Not A Fish》，意思是雖然我們吃的魚,但是它更多的是在我們?nèi)祟愌莼^程中具有非常重要的影響。

再給大家舉個例子,我們在北方看到大家吃的小米,小米就是我們的粟,還有另外一種農(nóng)作物叫做黍,也就是我們說的黃米。

根據(jù)考古研究的發(fā)現(xiàn)粟和黍是我們中國獨有的起源于我國的兩種農(nóng)作物,那么人類對它利用和馴化大約可追溯到一萬年前,我們怎么了解它的,人類對它的攝取究竟有多少呢？

我們通過同位素可以非常清楚地看到人類對粟黍作物的貢獻。因為粟類的作物無論是粟和黍,它都屬于碳4類的植物,所以大家看到這個圖形,就是屬于我們的整個的右邊更偏向于正的這個物質(zhì)。我們大約有十幾年的時間來研究中國北方粟類演化的過程以及在人類起了什么樣的關(guān)鍵作用。

在八千多年前的山東的小荊山遺址,我們會發(fā)現(xiàn)當(dāng)時人類對食物的攝取非常之少,也只不過有百分之二十五左右而已

但是到了我們的七千年，當(dāng)時人類對粟的利用已經(jīng)極大化,粟種農(nóng)業(yè)極度的發(fā)展在人類食物中占據(jù)非常重要的作用，大約占了人類食物中的百分之七十五到八十。在我們中國古代本身的史前文化發(fā)展的過程中,粟類植物對我們當(dāng)時的中國人起了及其重要的物質(zhì)作用,為我們中國文明的產(chǎn)生奠定了非常重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。

隨著我們中國現(xiàn)在一帶一路的建設(shè),大家都慢慢也聽說絲綢之路這個概念,絲綢之路指的是漢代張騫出使西域之后才有的這樣一個概念,對于我們考古來說,我們更關(guān)注的是在張騫出使西域之前,東西方文化的交流。

這就是我們所說的史前絲綢之路,根據(jù)目前已有的研究發(fā)現(xiàn)約五千年之前的時候,發(fā)源于近東地區(qū)的小麥和大麥向東傳播,幾乎同時我國黃河流域的粟類植物經(jīng)過新疆地區(qū)和中亞不斷地向西傳播,甚至到達了歐洲地區(qū)。

這張圖就充分展示了東西方文化四五千年前的一種大遷徙的過程。這個遷徙極大地改變了我們的生活,所以大家看到北方的麥類其實就是當(dāng)時的一個大遷徙的結(jié)果。但是不要忘記，我們中國的粟開始不斷地向西傳播，我們需要研究其究竟對中亞地區(qū)以及歐洲產(chǎn)生了什么樣的影響。

我們和吉林大學(xué)和新疆文物考古研究所共同對新疆多個遺址的人骨開展了同位素分析,就會發(fā)現(xiàn),新疆當(dāng)時的人群是一個麥和粟共食的結(jié)果,如果我們再把我們黃河流域的人群在我們新疆人群里包括已發(fā)表的中亞地區(qū)和歐洲人群。

進一步地比較,大家可以看到這樣一個圖,你就會發(fā)現(xiàn)在我們的新疆地區(qū),在中亞和歐洲同時都含有人類含有食粟的這種現(xiàn)象。

這說明我們的粟黍通過當(dāng)時四五千年的傳播,已經(jīng)開始對中亞和整個歐洲有非常重要的影響。根據(jù)我們已有的考古發(fā)現(xiàn),我們構(gòu)建的粟黍西傳的同位素之路,從中國開始不斷地發(fā)展,不斷地向著西方粟食傳播,在古希臘文明以及古羅馬文明中都起到非?？捎^的影響和作用。這就是我即我食在考古學(xué)的應(yīng)用。

一旦我們前面說的整個的這種平衡被打破,我們食物轉(zhuǎn)化到我們的骨骼這種平衡被打破，就會出現(xiàn)我非我食的現(xiàn)象。

大家看到我們所有都是點叉了,點叉的原因可以看出我非我食是由于受到多種因素的影響,穩(wěn)定同位素比值與其食物不再呈現(xiàn)一一對應(yīng)的關(guān)系。

在這種狀況下,人類組織中所產(chǎn)生的穩(wěn)定同位素的比值,更多地反應(yīng)人類生理病理的健康狀況。

同位素對我們的健康有什么作用么？

這是我們目前整個穩(wěn)定同位素,在生物醫(yī)學(xué)研究方面的文章,近幾年,我們也開展了相應(yīng)的研究,主要是針對女性個體的研究。

女性大多是留長發(fā),在我們研究過程中,大概一厘米的頭發(fā),就代表了你一個月左右的食物的水平,所以我們通過對一個月一厘米同位素序列的分析,就可以知道很長時間內(nèi),她的食物變化以及生理的變化。

這是我們做的跟現(xiàn)代一個直腸癌患者頭發(fā)的序列,它大概有三十五厘米長,可以追蹤她三年的食物水平,醫(yī)生推測她生病的時候,會突然看到無論是碳同位素,還是氮同位素,都有一個急劇上升的過程,這說明我們的健康是跟我們同位素完全有響應(yīng)的,這種關(guān)系我們正在研究。

我們講的問題,無論是我即我食,還是我非我食,同位素是從來不會說謊的。某種程度上,你的身體背叛了你的心,你是哪里來,來自哪里,經(jīng)歷過什么,都會充分地展示在你的組織中。

骨骼是我們在生活中不斷地要去更新更替的,它更多的是反應(yīng)了我們整個生活地的來源,和你的食物的結(jié)構(gòu)。我們?nèi)祟惖难例X,尤其是你的第一顆臼齒,更多是在你的出生地所形成,所以它反映了你的出生地的來源,以及它的食物組成。所以當(dāng)我們骨骼和牙齒進行相應(yīng)的比較的時候,就會充分地反映你來自何方,來自于吃了什么樣的食物的變化,就會得到充分的顯示。

舉個最簡單的例子,我們大多數(shù)的北京人都不是來自土生土長的北京人,我們分析到你的骨骼和牙齒都會展現(xiàn)整個的你的來源。這個給大家展示的是我們剛剛發(fā)表的一篇論文,一個考古遺址中的一個骨骼和牙齒的本身比較,骨骼反映了它是一個典型的碳3水稻這一個食物來源,但是通過我們的牙齒分析,卻發(fā)現(xiàn)他在小的時候吃了很多小米類的食物。所以你的出生是改變不了的。

第二個例子,就是我們一個女同事的頭發(fā),她前不久到歐洲英國去留學(xué),回來生育二胎之后,從頭發(fā)中看出在英國留學(xué)的時候,她們攝取了大量的豬肉、奶酪以及三文魚,它的同位素有非常大的改變。她回來之后又開始進入生育,又會在整個的生物食物鏈里發(fā)現(xiàn)了典型生育下同位素的改變。

所以前面說同位素的這種過程和你的生活狀態(tài)、你的來源是緊密相關(guān)的。

如果再進一步展望,我們大家都有個中國胃,那中國胃又是怎么形成的,是什么時候形成的。第二個,中國只介紹大家的食物的來源,那么它是何時、怎樣形成的,那么我們所在的區(qū)域文化以及飲食特征具有什么樣的特點,都需要我們的研究。第三個,同位素和人類健康具有怎樣的關(guān)系,我們能否在人體健康出現(xiàn)一定問題的時候進行的示蹤預(yù)警,這是我們要進一步開展的工作,以后的一些研究是這個前提所在。