如果你曾好奇为什么有些人喝牛奶会腹泻，而有些人能轻松消化，或者为什么亚洲人中硒缺乏相关疾病更常见，那么今天这项研究可能会给你一些惊人的答案。
9月10日伦敦大学学院的杰斯敏·里斯、塞尔吉·卡斯特拉诺和艾达·安德烈斯团队在《美国人类遗传学杂志》发表了一项重磅研究，首次系统性揭示了微小营养素如何在全球范围内成为现代人类进化的隐形推手。
这不是那种老生常谈的营养学建议，而是一场穿越数万年时空的基因侦探之旅。团队分析了全球40个人群、913个个体的基因组数据，聚焦于269个与13种微量元素（包括钙、碘、硒、锌、铁等）代谢相关的基因。
结果发现，这些基因在不同人群中被自然选择“雕刻”的痕迹远比我们想象的更加深刻和广泛。
这项研究的背后，是三位深耕人类基因组演化领域的科学家：
- 杰斯敏·里斯曾在伦敦大学儿童健康研究所工作，现任职于宾夕法尼亚大学遗传系，长期关注基因与环境互作对健康的影响；
- 塞尔吉·卡斯特拉诺是UCL基因组学中心的核心成员，擅长利用古DNA和现代群体数据解析适应性演化；
- 而通讯作者之一的艾达·安德烈斯，则是国际知名的群体遗传学家，她带领的团队多次揭示人类如何通过自然选择应对饮食、气候和病原体的挑战。
三人联手，将目光投向了一个被长期忽视的领域：我们每天摄入的维生素和矿物质，是否在进化尺度上留下了不可磨灭的印记？
为了回答这个问题，研究团队分析了来自40个地理分布广泛的人群基因组数据，覆盖非洲、欧亚大陆、美洲和大洋洲。他们聚焦于大约300个与13种关键 micronutrients（微量营养素）相关的基因，包括吸收、转运、代谢和调控这些元素的核心通路。
不同于以往零散的研究，这次他们采用了多维度的统计方法，结合等位基因频率分化、谱系推断以及正向选择信号检测，试图从全球尺度捕捉那些被自然选择“盖过章”的基因区域。
结果令人震撼！研究发现，多种微量元素相关基因在不同人群中展现出强烈的地域性适应特征。
饮食差异如何变成生存压力
人类的饮食习惯并不是一成不变的。新石器革命之后，人类开始耕种和驯养，肉类减少，谷物成为主食，随之而来的是铁和钙的摄入骤降。再加上各地土壤成分的差异，某些地区天然缺乏碘、硒或锌。对生活在这些环境中的人群来说，身体如果不能适应，就会出现甲状腺肿、贫血、儿童发育迟缓等严重问题。这些不是轻微的小病，而是足以影响繁衍生存的大危机。于是基因开始悄悄发生改变，进化的压力推动着那些能更好利用微量元素的人存活下来。
研究团队指出：
- 在东亚的土壤中，硒普遍不足，因此与硒代谢相关的基因出现了明显的适应性进化。
- 在中非的热带雨林，碘极度缺乏，某些采猎部落却比邻居更少患甲状腺肿大病，暗示他们的基因已经找到补偿的方式。
- 而在美洲的玛雅人中，和碘相关的基因变化更是显著，显示他们曾经经历过极强的进化压力。
这些案例告诉我们，进化并不仅仅是对抗猛兽和疾病，还包括与看不见的土壤矿物进行长达数万年的博弈。
1、东亚人群的硒代谢基因显示出强烈的适应性信号：
中国部分地区土壤硒含量极低，导致当地人长期以来面临硒缺乏的风险，甚至引发克山病和卡辛-贝克病等地方性疾病。
而基因分析发现，东亚人群的SGCD、AKAP6等基因出现了显著的适应性变异，仿佛是一场持续数千年的基因“自救行动”。
2、更令人惊讶的是，中美洲玛雅人群的碘相关基因也显示出强烈的选择痕迹。碘缺乏会导致甲状腺肿大和发育迟缓，而玛雅人及其周边人群至今仍是碘缺乏的高发区。
研究发现，他们的甲状腺激素受体基因（如THRA、THRB）和碘代谢基因（如IYD）经历了快速演化，这可能与他们适应低碘环境甚至身材矮小化有关。
3、以钙为例，南亚和中亚人群中，SLC8A1基因显示出显著的选择信号，这个基因编码钠钙交换蛋白，直接影响骨骼密度和神经传导效率。
研究人员推测，这可能与当地高海拔、低日照环境下维生素D合成受限有关，身体不得不更高效地回收利用钙质。
4、锌的故事则更加全球化：研究人员发现，锌转运蛋白基因（如SLC39A11、SLC30A9）在非洲以外的人群中普遍存在适应性信号。尤其是在中东和南亚地区，土壤锌缺乏问题严重，而当地人群（如巴基斯坦的马克兰人）的锌相关基因显示出强烈的选择痕迹。
单倍型网络分析甚至发现，某些适应性突变几乎遍布所有非非洲人群，暗示这些变异可能源于人类走出非洲后的共同祖先。
5、除了缺乏，过量也可能驱动演化：
研究发现，中亚人群（如维吾尔族和布拉灰人）的镁相关基因（如FXYD2、MECOM）出现了适应性变异。这些地区土壤镁含量极高，而基因变异可能帮助人群降低镁吸收效率，避免镁中毒风险——这可能是首次发现人类基因为应对微量元素过量而演化的案例。
当然，这项研究的意义远不止于满足好奇心。全球有20亿人面临微量元素缺乏问题，而气候变化和农业活动正在加速土壤营养流失。如果我们不理解不同人群基因背景如何影响他们对微量元素的反应，就很难真正解决营养健康公平问题。比如，某些人群演化出的“节锌基因”在现代锌强化饮食环境下反而可能成为代谢负担——这就是演化医学中常说的“失配假说”。
基因选择的轨迹：单点突变到多基因协作
这项研究最令人震惊的发现，是不同的微量元素在不同人群里展现了不同形式的基因选择。某些基因像被点名一样，出现了单点强烈突变，表现出典型的“扫荡式选择”。比如和磷、钠相关的基因，在多个地区都显示出强烈的一致性进化信号；另一方面，研究者也发现不少情况并非单个基因主导，而是多个基因同时微调，形成所谓的寡基因适应模式。这种复杂的选择方式，正好解释了为什么一些特征在人群中普遍存在，却没有明显的单一基因突变。
这项研究最核心的发现之一，就是多种锌转运蛋白编码基因在全球范围内的强烈正向选择信号。其中，SLC30A9 和 SLC39A4 是过去文献中已有明确证据指向受自然选择影响的基因，而本次分析进一步确认了它们的重要性。
例如，在东亚汉族人群中，SLC30A9 基因区域显示出显著的选择痕迹；而在中南亚的马克拉尼人中，则是 SLC39A4 成为了候选靶点。
真正让人震撼的是，包括 SLC30A1、SLC30A2、SLC30A9、SLC39A4、SLC39A11、MTF2 以及 GPR39 在内的七个锌相关基因，在至少十个不同人群中都表现出强烈的正向选择迹象。这意味着锌代谢的调控网络并非依赖单一基因突变完成适应，而是一场多基因协同进化的结果。
特别是 SLC39A11，其携带最强候选 SNP 的单倍型在几乎所有非非洲个体中几乎完全一致，这一现象强有力地支持了一个理论——一次发生在共同祖先身上的选择事件，很可能是在人类刚刚迁徙出非洲、抵达阿拉伯半岛时启动的。
当时那片土地土壤贫瘠，农作物中锌含量极低，使得能够更高效吸收或保留锌的遗传变异获得了巨大的生存优势。
更为深远的意义在于，这些锌相关基因的演化不仅关乎微量元素的吸收效率，还可能间接影响神经发育、免疫调节甚至生殖健康。例如 GPR39 是一种锌感应受体，参与细胞信号传导，而 MTF2 则涉及金属响应转录调控。它们的共同演化意味着整个人体对锌的感知、分配与利用系统都被重新校准过。
这也提醒我们，现代工业化饮食虽然表面上解决了宏量营养素的供给问题，却可能让这套为“节俭型”锌摄入而设计的古老基因组陷入紊乱，进而增加代谢疾病的风险。
我们的身体携带着一套为应对远古低锌环境而优化的基因程序，这套程序擅长高效吸收和循环利用每一毫克锌，但如今却被淹没在工业化农业和精加工食品的洪流之中——这种错配，正是我们重新思考补锌问题的关键。
节俭型锌机制与现代的冲突
首先必须明确，“节俭型”并不等于“不需要”。恰恰相反，它意味着我们的生理系统对锌的波动更为敏感。
几万年前，人类生活的土壤和饮食往往缺乏锌，身体被迫进化出一套节约、吸收和循环利用的“锌程序”，这让我们的祖先得以在资源稀缺的环境下生存，它让祖先能在土壤贫瘠、谷物中锌含量极低的环境下维持免疫功能、伤口愈合和神经发育。
工业化农业导致土壤贫瘠，精加工食品又剥夺了天然矿物质的来源，看似物质充裕，但微量元素摄入常常不足。身体原本的适应程序与今天的饮食结构形成了“错配”。
这意味着，即便饮食看似丰富，实际摄入的有效锌可能依然不足，尤其是对于那些保留着“节俭型”基因特征的人群而言，他们对外部供给的依赖并未减弱。
其次，现代饮食本身构成了双重挑战：一方面，大量食用精制碳水化合物和高植酸食物（如未经发酵的谷物和豆类）会抑制锌的吸收。植酸能与锌形成不溶性复合物，使其无法被肠道利用。
研究者也清醒地指出，今天的工业化饮食正在制造一场“进化错配”。数万年来缓慢形成的代谢节俭型基因型，面对超市货架上唾手可得的精制碳水和高盐食品，反而成了糖尿病、高血压和骨质疏松的风险源头。
正如文中引用的“进化失配”理论所言，我们的身体还住在石器时代的帐篷里，却吃着工业文明的快餐。这种断裂不仅关乎个体健康，更是整个人类物种在新时代生存策略上的巨大挑战。
这项工作之所以重要，是因为它把营养科学从临床层面拉升到了进化深度。我们不再只是讨论“每天该吃多少毫克锌”，而是开始理解“为什么有些人群天生更容易缺锌”。它提醒我们，每个人的营养需求本质上都带着祖先走过的路途印记。未来个性化营养的蓝图，或许就藏在这些古老的选择信号之中。
Journal reference
The American Journal of Human Genetics DOI: 10.1016/j.ajhg.2025.08.005