人类为啥需要摄入维生素？
1602年，一支西班牙舰队横越太平洋，抵达墨西哥沿岸。船上的探险队员忽然染上重病。随船牧师安东尼奥•安萨松（Antonio de la Ascensión）写道：“最先出现的症状是全身疼痛，而且一碰就痛……随后船员身上浮现大量紫斑，腰部以下尤为明显。然后牙龈肿起，牙齿脱落。船员不能进食，只能喝水。他们甚至可能在走路的时候忽然猝死。”
船员们得了坏血病——不久之后，这种疾病就将伴随着痛苦的记忆为人熟知，但无人能解其秘。没人知道，为什么这疾病只会缠上海员；也没人知道该如何治疗。但在1602 年那次远航中，安萨松亲眼见证了他所谓的“神迹”：船员去岸上掩埋死者，其中一个生病的水手随手摘了个仙人掌的果子吃。然后他居然感到自己好些了。同伴们便也纷纷效仿。
牧师写道：“他们开始吃仙人掌果，然后带了些果子回到船上。大概一两周以后，他们全都痊愈了。”
又过了两个世纪，人们才逐渐了解，坏血病的病因，正是海员在远航中缺乏水果和蔬菜。英国海军从18世纪末就开始为所属船只配备数百万加仑的柠檬汁，以彻底铲除坏血病。但直到1928年，匈牙利生化学家阿尔伯特•圣捷尔吉（Albert Szent-Gyorgyi ）才发现了真正能治愈坏血病的物质：维生素C。
圣捷尔吉的实验，以及20世纪早期的许多研究，为我们揭开了维生素的神秘面纱。科学家发现，人体要想维持正常功能，需要13种微量维生素。缺了哪一种，都会引发重病——比如说，缺乏维生素A会导致失明，缺乏维生素B12会导致严重贫血，缺乏维生素D则会导致佝偻病。
科学家现在已对维生素进行过大量研究。但大部分研究的重点，都在于维生素的摄入量：人需要摄入多少维生素，才能保持健康？这些研究都未触及问题的核心：我们到底为什么会如此依赖于这些微量的有机分子？
最新研究或许能给我们带来答案。研究发现，早在40亿年以前，维生素对原始生物来说就已经必不可少了。原始生命可以自己合成维生素，但有些物种却失去了这样的能力——比如我们人类。不能自己合成维生素的物种，必须依靠其他物种才能取得维生素，由此在物种间形成一种复杂的维生素传递网络，科学家称之为“维生素传递”（vitamin traffic）。
生物普遍适用的化学物质
维生素都是由活细胞合成的——要么来自我们自身，要么来自其他物种。比如说，如果太阳照到我们的胆固醇前体，我们的表皮细胞就能自动合成维生素D。而柠檬树能利用葡萄糖合成维生素C。合成维生素，是一个极其复杂的过程。有些物种需要22种不同蛋白质共同作用，才能合成维生素B12分子。
一个蛋白质分子可能由数千个原子组成。而一个维生素分子，可能只有十几个原子。维生素虽然个头很小，但却极大地拓展了我们的化学反应能力：维生素能与蛋白质结合，帮助后者进行某些单凭它们自己无法解决的化学反应。就拿维生素B1来说，它能帮助蛋白质从生物分子中分解出二氧化碳。
维生素不只作用于我们自己的身体，还作用于所有生物。正如美国特拉华大学的生化学家哈罗德•怀特（Harold B. White III）所说：“细菌、真菌、植物和人类……所有生物都需要维生素。”
维生素这种生物界普遍适用的化学物质，很可能是演化的产物。大多数科学家都认为，现在地球上的生命形式，都从简单的原始生物化学分子演化而来——后者可能出现于40亿年前。这些原始生物仰赖RNA（一种单链的DNA类似物）生活。当时RNA有双重任务，其一是传递基因，就和现在的DNA一样；其二是催化化学反应，和现在蛋白质的作用相同。
怀特博士是最早认真探讨原始“RNA世界”的科学家之一。他在1975年提出，维生素可能会帮助RNA分子进行化学反应。后来蛋白质出现，取代RNA进行催化，但它们仍需要同样的维生素。他说：“如果没有维生素，我们不可能成为现在的样子。”
但当时其他科学家纷纷对怀特博士的理论表示质疑。他回忆道：“人们说：‘你打算怎么验证你的理论？’我说：‘我做不到。’当时没有任何方法能够做到。”
在将近40年后，我们的科技终于足够发达。2007年，加拿大西蒙•弗雷泽大学的生化学家迪潘克尔•森（Dipankar Sen）着手验证怀特博士的理论。
在经过6年的不懈思考与实验之后，森博士和他的学生保罗•塞纳科（Paul Cernak）终于发现了一种能够利用维生素B1，从另一个生物分子中分离出二氧化碳的RNA——这恰恰就是现在蛋白质利用维生素B1做的事。实验结果一如怀特博士当年所料。塞纳科博士和森博士已把实验整理成文，发表于《自然化学》（Nature Chemistry）。
我们失去的能力
自从维生素制造能力出现以来，有些生物就特别善于此道。比如说，植物就演化成了维生素C制造厂，其叶子和果实里都蕴含着丰富的维生素C。起初，维生素C可能只为植物提供抗压能力——很多物种都有这能力，包括我们人类自己。但随着时间变化，植物体内的维生素C又演化出新的功能，比如协助控制果实的发育。
植物花了数亿年时间，才成为维生素C大规模制造厂。但要改变维生素的合成方式，其实并不需要那么久。我们人类的祖先只用了几千年，就改变了自己合成维生素D的方式：在人类走出非洲之后，部分先民来到高纬度地区。这里的阳光照射角度较小，紫外线也较少。在此环境之下，欧洲人和亚洲人演化出了更白皙的皮肤，表皮细胞因此能继续为机体制造足量的维生素D。
但除了维生素D和维生素K之外，我们人类不能自己制造其他任何一种我们必需的维生素。我们的祖先似乎还能合成这些维生素，但我们却在演化路上逐渐失去了这样的能力。暂且举个例子：我们那些生活于1亿年前的哺乳动物祖先，就从来不会患上坏血病，因为它们能自己合成维生素C。
即便到了现在，很多脊椎动物也能自己合成维生素C，而且它们使用的还是同一组基因。法国国家农业研究所专家丽贝卡•史蒂文斯（Rebecca Stevens）介绍说：“我们自己就有这些基因，所以从理论上说我们应该也能合成维生素C。”
但是我们人类又不同于青蛙和袋鼠，我们本来用于制造维生素C的基因（即“L-古洛糖酸内酯氧化酶基因”gene for L-gulonolactone oxidase GULO）发生了严重突变，所以我们无法合成蛋白质GULO酶，也就无法制造维生素C。
加拿大渥太华大学的分子演化学家盖伊•德劳（Guy Drouin）说：“不只我们如此，我们的祖先也一样。”他和其他许多研究者都曾经发现，与我们亲缘性最近的灵长类动物猿和猴，也发生了相同突变，导致GULO基因无法使用。德劳博士认为，我们和这些同样不会合成维生素C的灵长类动物拥有共同祖先，它们大约生活在6千万年前。
不只我们如此
科学家最初之所以能发现维生素C，是因为我们自身存在基因缺陷。但并非只有灵长类动物会出现GULO基因坏损。其实豚鼠也一样——圣捷尔吉博士在1928年之所以能取得突破性进展，还得多亏豚鼠。豚鼠与其他啮齿类动物不同，它们会和人类一样患上坏血病。研究发现，它们的GULO基因也发生了变异，虽然与我们人类的变异不尽相同。
GULO基因缺陷，不仅存在于灵长类动物和豚鼠身上，还存在于其他物种，比如蝙蝠和鸣禽。科学家发现，在动物开始吃维生素C含量丰富的食物之后，它们自己很可能就会逐渐失去合成维生素C的能力。比如我们灵长类动物的祖先，早就开始食用果实和叶子。这些食物为它们提供了丰富的维生素C，远远超过实际需要。
英国剑桥大学学者凯瑟琳•黑利威尔（Katherine E. Helliwell）于今年8月在《基因趋势》（Trends in Genetics）期刊撰文，探讨维生素基因的衰退。她写道：“失去本来可以让你更独立的基因，这看似有违常理……但如果你在很长时间里都置身于到处都能获取维生素的环境，你就不需要动用制造维生素的基因了。”
现在，科学家已经能够检测数千个不同物种的基因组。他们发现，许多物种的维生素基因要么衰退了，要么已经完全消失。美国南加州大学学者萨努多-威廉密（Sergio Sanudo-Wilhelmy）最近和几位同事一道，研究了大海中最常见的400种细菌的基因，并撰文发表于《海洋科学年评》（Annual Review of Marine Science）。他们发现，在这400种细菌中，有24%都没有能合成维生素B1的基因，更有63%的细菌无法合成维生素B12。
他们的研究尤其令人惊异，因为人们一向认为，细菌能够自己生产出足量维生素。现在科学家需要搞清楚的是，为什么海洋中的这些细菌，没有患上微生物版的“坏血病”？
圣捷尔吉博士说：“一定有些细菌在为海洋生物群体制造维生素，只不过我们还没有发现它们。”
科学家直到最近才开始测算大海中的维生素水平。他们发现，大海中有些地方维生素含量很高，有些地方却是一片维生素的荒漠。环境差异可能不仅会影响细菌和藻类，还会波及食用细菌和藻类的鱼。
维生素传递相当复杂——不只在海洋中如此，在陆地上也一样。我们人类不能自己合成维生素B12，所以我们需要从食物中获取。我们可以吃含B12的肉类，比如牛肉。但供我们食用的牛羊牲畜，也不能在自己的细胞中合成B12。真正做这件事的，其实是寄生在它们内脏中的细菌。
我们也知道，在我们体内寄生着数千种能够合成维生素的细菌，它们依靠我们摄取的食物生活。这是否意味着，我们实际上也依赖于自己的内部维生素传递？爱尔兰科克大学的分子生物学家凡辛德仁（Douwe van Sinderen）说：“虽然目前这说法尚处于理论阶段，但我们已经收集到越来越多的证据，证明细菌能够为我们提供多种必需的维生素。”
如果真是这样，也许我们可以把自己的身体想象成一片封闭的海洋，大量维生素在其中交流传递。维生素传递早在40亿年前就已经诞生。直到今日，我们仍受其影响。
本文编译自《纽约时报》（New York Times）：Vitamins’Old, Old Edge
（来源：果壳网）
