你来自哪儿去过哪些地方，全都暴露在你的骨骼和牙齿里！

稳定同位素视角下舌尖上的中国

中国古代人群究竟吃什么？碳、氢、氧、氮、锶……同位素视角下"舌尖上的古代中国"

胡耀武

中国科学院大学人文学院考古学与人类学系教授

中国科学院脊椎动物演化与人类起源重点实验室副主任

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演讲正文

大家好，我叫胡耀武，我来自中国科学院大学。今天给大家分享的是我们研究的怎么吃的故事。每当我们的朋友亲戚来的时候,我们都会摆上一大桌的菜,但是大家在享受这些食物的同时，这些食物究竟如何而来？我们的祖先他们究竟吃了什么？食物的选择在人类演化的长河和文明进程中起了怎样的关键作用？这个就是我将近二十年左右的时间研究的领域。

从古至今，我们吃什么？

给大家展示两个案例：一个是食粟,比如说小米，另外一个是我们的食鱼。

首先我们看一看食鱼的过程,大家都知道,我们人类的祖先从猿到人食物发生了翻天覆地的变化。

从猿只吃树上的一些植物果实到我们现在变成了整个的杂食类，这个过程是我们长期以来要研究的非常重要的一个领域。

这个鱼是怎么回事？最早的根据考古学家的研究,大约我们发现有砍痕的这种痕迹,推测他们吃鱼的证据将近两百万年的时候,但是到了整个人类大量摄鱼的时间,也就是我们五万年以来的更新世晚期这个时间段,人们大量的摄鱼的原因是什么？

是因为当时人类对食物的需求极其的广泛,为了维持我们的生存必须获取比之更难获取的资源,鱼类就变成非常重要的一种谋生手段。我们中国长期以来,通过石器,以及通过我们本身的动物考古,都提出了广谱革命的重要证据,但长期以来,却缺乏一个非常直接证实人类吃鱼的现象。

2003年的时候,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所他们在北京房山周口店,这个洞里面就发现了旁边的我们熟悉的古人类的一些骸骨,这个骸骨为我们了解人类的食物提供非常重要的研究材料。大家看到这些骸骨上面的人骨上有一个小洞,这个小洞就是我们采用人骨的材料进行分析的核心研究材料,那么我们通过对这个骨骼进行骨胶原的提取,开展了碳氮硫同位素分析，充分证实了田园洞人是距今四万年的现代人食物中摄取了大量淡水类资源。

当时至2009年,我们跟中国科学院古脊椎动物和古人类研究所以及德国的马普进化人类研究所共同开展的课题,首次科学地证实了当时更新世现代人,摄取了大量的淡水类资源，这个淡水类资源就为我们了解当时中国广谱革命提供了最切实的研究的证据,

大家会考虑,你分析的是骨骼怎么会得到你食物的信息，下面给大家分析一下它的原理以及相应的由来。

我们分析的方法叫稳定同位素分析,所有的世界是由元素所组成的,元素核心的组成是由原子核,原子核里面还有原子和中子,如果是元素它具有相同的质子数不同的质量数的所有元素，它称之为元素的同位素,它们在元素周期表上占据相同的位置。

什么是同位素？

比如大家看到这张图就是我们经常听到的氢的三种同位素 氕、氘、氚。

现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颜色上面走的都是我们具有多种同位素的世界,所以从这张图开始,我希望带大家进入的不再是元素的世界，而是进入一个同位素的世界。

在同位素世界中,根据同位素是否发生衰变可以分为放射性同位素和稳定同位素。比如说碳有三种同位素碳12、碳13和碳14，其中碳12和碳13是最稳定的同位素,是自然界中天然存在的。但是碳14它是有放射性的。

大家看到这张图就是我们所有的元素,都含有多种的同位素、其他的稳定同位素,这在每一种里面蓝色的部分,基本上很多的同位素都具有稳定同位素,这就是我们分析这个基础之所在。

比如拿人来说,我们大家都知道人是个有机体，含有碳氢氧氮硫,我们这里面都还有碳的各种同位素,比如碳13、氧18、 氧16、氮15等等一系列的过程，那么同位素它存在的意义价值何在？

由于它们本身的质量数不同,它们会存在物理、化学和生物反应过程中,他们本身的速率有微小的差异,这种差异能够被我们通过仪器检测出来,从而追踪这种反应的相对过程。大家看到这张图就是氢,一个质量氢和两个质量的氢,那么明显的氢2的重量数要高,所以它的反应速度相对也比较慢。

给大家看一个国外教材上的概念,大家看到这个左手边,其中有两个碳12和两个碳13,但是在反应的过程中,碳13的不恰当例子,一个胖子和瘦子在赛跑,那么胖子相对跑得就慢一点,会导致我们最后爬过这个坡之后,碳12增多了,碳13减少了,所以这个过程就变成了同位素的一个变化过程。

为了描述同位素的变化我们通常是用同位素的比值方式，（重同位素比轻同位素的模式来表示）,比如说我们碳同位素,用碳13比碳12,为了表示这种数据,我们通常是用大家看到的绿圈里面的这个数值用δ值的方式,来精确地描述每一个物质里面同位素相对的组成。

大家都听说过成语叫物以类聚,这个类指的是种类,但是在同位素的世界里,是根据它每个物质存在的来源的不同,就会形成不同的来源。我们这个物以类聚,由于它们本身的同位素组成不同就会分为不同的类,这就是我们的食物。从天然来说,就会存在不同的同位素的差异。

这些食物一旦被我们人类所消化吸收,我们所有的增长都必须来源我们所在的食物,它们一旦被吸收之后,就会变成我们的身体上的组织。所以我们身上的组织其实就是我们食物的一个最明显的反映,所以这就是我即我食的最根本的原理所在。

如果我们放到同位素的视角之下,你又会看到我们无论吃的植物类食物还是动物类食物,经过消化吸收之后就会转移到我们的骨骼之中,骨骼中含有有机物质,有机的物质中又含有稳定同位素,我们通过一个逆推,可以推断它的主体的食物来源。

骨和牙化学的组成都含有有机质和无机质,骨骼中的有机质大约占了我们百分之三十左右,所以我们对于骨骼进行骨胶原的提取,就可以明显地知道它的同位素的组成。在骨胶原这种水平之下,了解它的碳同位素是我们了解构建古代人类食物结构的大概基础所在。

大家看到这张图,我们可以发现所有陆生的碳3的系统和碳4的系统,海生系统以及淡水的系统,都会根据它的碳同位素和氮同位素得以非常完美地进行区分。从而在这种区分度下,我们通过对分析的人骨或者动物骨进行同位素的分析,相对来说比较准确地了解你的食物的来源。

我们吃的东西对人类进化产生了什么样的影响？

我们更想知道食鱼这种现象究竟对人类起了多大的作用？这是人类学界与营养学界,非常重要的一个主题,目前有两种不同的观点：一种观点认为我们人类对水生物的摄取对我们的影响非常大,因为我们脑部的发育需要大量的脂肪酸水生类资源,尤其淡水和海水含有大量不饱和脂肪酸,它能够弥补人类生长发育中所需要的营养。

另一方面,有一些人类学家或者营养学家认为我们可以吃一些坚果，比如核桃,孩子的家长都是在高考的时候,给孩子吃核桃来补充他所需要的营养,所以这两种观点长期以来争执不下。无论从国际的研究还有刚才我们田园洞人的研究,都发现了更新世晚期人具有大量摄鱼的现象。

到2014年的时候,《人类进化杂志》专门举办了一个特刊,专门讨论淡水和海水类资源在人类食物大脑和行为演化中的作用,其中一篇文章的名字叫《A Fish Is Not A Fish》，意思是虽然我们吃的鱼,但是它更多的是在我们人类演化过程中具有非常重要的影响。

再给大家举个例子,我们在北方看到大家吃的小米,小米就是我们的粟,还有另外一种农作物叫做黍,也就是我们说的黄米。

根据考古研究的发现粟和黍是我们中国独有的起源于我国的两种农作物,那么人类对它利用和驯化大约可追溯到一万年前,我们怎么了解它的,人类对它的摄取究竟有多少呢？

我们通过同位素可以非常清楚地看到人类对粟黍作物的贡献。因为粟类的作物无论是粟和黍,它都属于碳4类的植物,所以大家看到这个图形,就是属于我们的整个的右边更偏向于正的这个物质。我们大约有十几年的时间来研究中国北方粟类演化的过程以及在人类起了什么样的关键作用。

在八千多年前的山东的小荆山遗址,我们会发现当时人类对食物的摄取非常之少,也只不过有百分之二十五左右而已

但是到了我们的七千年，当时人类对粟的利用已经极大化,粟种农业极度的发展在人类食物中占据非常重要的作用，大约占了人类食物中的百分之七十五到八十。在我们中国古代本身的史前文化发展的过程中,粟类植物对我们当时的中国人起了及其重要的物质作用,为我们中国文明的产生奠定了非常重要的物质基础。

随着我们中国现在一带一路的建设,大家都慢慢也听说丝绸之路这个概念,丝绸之路指的是汉代张骞出使西域之后才有的这样一个概念,对于我们考古来说,我们更关注的是在张骞出使西域之前,东西方文化的交流。

这就是我们所说的史前丝绸之路,根据目前已有的研究发现约五千年之前的时候,发源于近东地区的小麦和大麦向东传播,几乎同时我国黄河流域的粟类植物经过新疆地区和中亚不断地向西传播,甚至到达了欧洲地区。

这张图就充分展示了东西方文化四五千年前的一种大迁徙的过程。这个迁徙极大地改变了我们的生活,所以大家看到北方的麦类其实就是当时的一个大迁徙的结果。但是不要忘记，我们中国的粟开始不断地向西传播，我们需要研究其究竟对中亚地区以及欧洲产生了什么样的影响。

我们和吉林大学和新疆文物考古研究所共同对新疆多个遗址的人骨开展了同位素分析,就会发现,新疆当时的人群是一个麦和粟共食的结果,如果我们再把我们黄河流域的人群在我们新疆人群里包括已发表的中亚地区和欧洲人群。

进一步地比较,大家可以看到这样一个图,你就会发现在我们的新疆地区,在中亚和欧洲同时都含有人类含有食粟的这种现象。

这说明我们的粟黍通过当时四五千年的传播,已经开始对中亚和整个欧洲有非常重要的影响。根据我们已有的考古发现,我们构建的粟黍西传的同位素之路,从中国开始不断地发展,不断地向着西方粟食传播,在古希腊文明以及古罗马文明中都起到非常可观的影响和作用。这就是我即我食在考古学的应用。

一旦我们前面说的整个的这种平衡被打破,我们食物转化到我们的骨骼这种平衡被打破，就会出现我非我食的现象。

大家看到我们所有都是点叉了,点叉的原因可以看出我非我食是由于受到多种因素的影响,稳定同位素比值与其食物不再呈现一一对应的关系。

在这种状况下,人类组织中所产生的稳定同位素的比值,更多地反应人类生理病理的健康状况。

同位素对我们的健康有什么作用么？

这是我们目前整个稳定同位素,在生物医学研究方面的文章,近几年,我们也开展了相应的研究,主要是针对女性个体的研究。

女性大多是留长发,在我们研究过程中,大概一厘米的头发,就代表了你一个月左右的食物的水平,所以我们通过对一个月一厘米同位素序列的分析,就可以知道很长时间内,她的食物变化以及生理的变化。

这是我们做的跟现代一个直肠癌患者头发的序列,它大概有三十五厘米长,可以追踪她三年的食物水平,医生推测她生病的时候,会突然看到无论是碳同位素,还是氮同位素,都有一个急剧上升的过程,这说明我们的健康是跟我们同位素完全有响应的,这种关系我们正在研究。

我们讲的问题,无论是我即我食,还是我非我食,同位素是从来不会说谎的。某种程度上,你的身体背叛了你的心,你是哪里来,来自哪里,经历过什么,都会充分地展示在你的组织中。

骨骼是我们在生活中不断地要去更新更替的,它更多的是反应了我们整个生活地的来源,和你的食物的结构。我们人类的牙齿,尤其是你的第一颗臼齿,更多是在你的出生地所形成,所以它反映了你的出生地的来源,以及它的食物组成。所以当我们骨骼和牙齿进行相应的比较的时候,就会充分地反映你来自何方,来自于吃了什么样的食物的变化,就会得到充分的显示。

举个最简单的例子,我们大多数的北京人都不是来自土生土长的北京人,我们分析到你的骨骼和牙齿都会展现整个的你的来源。这个给大家展示的是我们刚刚发表的一篇论文,一个考古遗址中的一个骨骼和牙齿的本身比较,骨骼反映了它是一个典型的碳3水稻这一个食物来源,但是通过我们的牙齿分析,却发现他在小的时候吃了很多小米类的食物。所以你的出生是改变不了的。

第二个例子,就是我们一个女同事的头发,她前不久到欧洲英国去留学,回来生育二胎之后,从头发中看出在英国留学的时候,她们摄取了大量的猪肉、奶酪以及三文鱼,它的同位素有非常大的改变。她回来之后又开始进入生育,又会在整个的生物食物链里发现了典型生育下同位素的改变。

所以前面说同位素的这种过程和你的生活状态、你的来源是紧密相关的。

如果再进一步展望,我们大家都有个中国胃,那中国胃又是怎么形成的,是什么时候形成的。第二个,中国只介绍大家的食物的来源,那么它是何时、怎样形成的,那么我们所在的区域文化以及饮食特征具有什么样的特点,都需要我们的研究。第三个,同位素和人类健康具有怎样的关系,我们能否在人体健康出现一定问题的时候进行的示踪预警,这是我们要进一步开展的工作,以后的一些研究是这个前提所在。