第二章 人体必需的营养
和其他动物不同，为什么人类需要从饮食中补充维生素C和B12？为什么尽管已经摄入了大量的铁，却仍然有将近一半的儿童和孕妇贫血？为什么我们注定会缺钙？……
当你漫步于任何一家书店或图书馆时，都能看到成柜的排排码放的关于食物和饮食的书籍。这些书籍有与烹饪史相关的，也有与异国美食、古代食物，以及食谱相关的——当然，还有饮食搭配指南，以及时尚营养手册。
我们时常提醒自己要吃各种各样的东西以保持营养均衡。“你必须吃足够量的蔬菜”“别忘了吃水果”“营养均衡的早餐很重要”“记住要摄入大量纤维”“肉和坚果可以补充高蛋白”“一定要摄入ω-3脂肪酸”“奶制品是最佳的补钙食物”“绿叶蔬菜含有大量镁和B族维生素”……想要保持身体健康，你不能一直吃同样的东西。你要做到饮食多样化，以获得身体所需的各种营养。
此外，还有各种膳食补充剂。目前，大多数科学家都认为补充剂产业是骗人的（说的就是你，草药补充剂），但是这些药丸和粉末中的大部分都确实含有我们所需的维生素和矿物质，只不过我们仅需摄入最少的量就能保证日常的身体健康。有些人的饮食不能为他们提供身体所需要的一切营养，有些人即使摄入了足够的营养也不能很好地吸收。所以，在这种时候，我们就需要额外的营养补充。这就是为什么我们总是被告知要喝牛奶，因为它能为我们提供身体所需的钙，而我们自身的钙的合成量远远不够。
现在将我们要求严苛的饮食与奶牛的饮食进行比较。奶牛的食物除了草几乎什么也没有，但是它们却活得很好。它们过着健康长寿的生活，能产出美味的牛奶和丰富的肉类。为什么这些奶牛不需要像人类一样摄入豆类、水果、纤维、肉类及奶制品等各种营养物质，却仍然能茁壮成长？
不说奶牛，来看看你自己养的猫或狗。想想它们的饮食是多么简单。大多数狗食只不过是肉和米饭而已。没有蔬菜，没有水果，没有维生素补充剂。狗吃这些可以活得很好，只要不过量饮食，它们就可以过上健康的生活。
这些动物是怎么做到的？简单来说，在摄取饮食方面，它们被设计得更好。
人类的饮食需求比世界上任何其他动物都多。我们的身体不能像其他动物一样能靠自身合成很多物质。因为我们不能靠自身合成某些必需的营养素，所以我们必须摄入含有这些营养素的饮食，否则我们就会死亡。这一章将讲述我们饮食中需要的所有营养物质，因为我们乏善可陈的身体不能为我们制造这些物质，例如，最基本的维生素。
人类的维生素C缺乏病
维生素是众所周知的“必需微量营养素”，是我们必须从饮食中获取的一类分子和离子，没有它们，我们将遭受各种病痛，甚至是死亡。（其他必需微量营养素有矿物质、脂肪酸和氨基酸。）维生素是细胞生存所需的最大分子之一。
大多数维生素能够辅助其他分子促进我们体内的关键化学反应。例如，维生素C至少在8种酶促反应中起重要作用，包括合成胶原蛋白所必需的3种酶。尽管我们体内拥有这些酶，但是如果没有维生素C，它们将无法制造胶原蛋白。当这些酶失去活性时，我们就会生病。
维生素C被认为是必需的，不是因为它有多么重要，而是因为我们只能从饮食中获得它。所有的维生素都是重要的，甚至与人类的健康息息相关，但“必需的”是指那些我们不能自身合成的维生素，因此只能通过饮食或补充剂来摄入。
下表是主要的膳食维生素及其缺乏所引发的病症。因为人类已经适应了高度多样化的饮食，所以我们现在需要维持高度多样化的饮食，以获取我们无法自身合成的所有微量营养素，并且保证足够的摄入量。
表1 主要膳食维生素及其缺乏病症
除了维生素C，其他必需维生素在人体内也同样发挥着重要作用。举例来说，B族维生素有助于从食物中提取能量，维生素D有助于我们吸收和使用钙，维生素A对视网膜的功能至关重要，维生素E在人体内具有广泛的作用，包括保护组织免受自由基及化学反应有害副产物的伤害。
在这个形式多样的分子家族中，大多数成员都有一个共同点，就是我们的身体不能合成它们。这也是维生素A、B、C、D、E等与维生素K或维生素Q不同的原因。如果你没有听说过维生素K和维生素Q，那是因为它们在饮食的意义上不是“必需的”。维生素K、Q和其他维生素一样重要，但因为我们自身能够合成它们，所以我们不需要从食物中获取它们。
当人们无法靠自身合成某种维生素，并且也无法从食物中获取它时，人们的健康将会受到非常严重的威胁。我们以维生素C为例。
美国的学生往往是通过了解15、16世纪时欧洲人对美洲大陆的探索开始学习美国历史的。我清楚地记得小时候和同学们一起听到的一个故事，为了避免维生素C缺乏病，水手们是如何在长途航行中携带土豆或酸橙的。我们现在都知道，这种可怕的疾病是由缺乏维生素C引起的。没有维生素C，我们就不能合成胶原蛋白，这是一种被称为细胞外基质（ECM）的基本成分。ECM就像一个贯穿于我们所有器官和组织的微骨架，赋予它们形状和结构。没有维生素C，ECM就会变弱，组织就会失去完整性，骨头就会变得脆弱，我们的身体就会广泛性地出血，身体会基本散架。维生素C缺乏病是一部由人体书写的反乌托邦小说。
那么，为什么狗仅靠吃肉和米饭就可以活得很好？这两种食物中都不包含维生素C，狗为什么不会得维生素C缺乏病？那是因为它们可以靠自身合成维生素C。事实上，地球上几乎所有动物都能靠自身合成足量的满足自己身体所需的维生素C，通常是在肝脏中合成，因此不再需要在饮食中摄取维生素C。人类和其他灵长类动物几乎都需要通过饮食来摄入维生素C（豚鼠和果蝠也有这个问题）。这是因为，在进化过程中，由于某种因素，人类的肝脏“失去了”合成这种微量营养素的能力。
图10 维生素C缺乏病患者的体貌特征。这种可怕的疾病是由缺乏维生素C引起的，维生素C是人体必需的微量营养素，人类祖先能够靠自身合成，但现在的人类必须通过饮食来获取
我们是如何丧失合成维生素C的能力的？事实证明，我们确实拥有维生素C合成所需的所有基因，但其中的一个基因是断裂的，它在某一点发生突变，成了非功能性的基因。这个断裂的基因被称为GULO（L-古洛糖酸内酯氧化酶基因），用于编码一种在维生素C合成过程中起关键作用的酶。在过去的某个时候，我们灵长类祖先体内的GULO基因发生了突变，导致其无法发挥作用，然后随机突变仍在进行，并以微小的错误丢弃了该基因。就像嘲笑这种DNA的无用性一样，科学家们称之为“假基因”。
我们仍然可以轻易地识别人类基因组中的GULO基因。它一直在那个位置，绝大多数的编码和其他动物一样，只是有几个关键部分已经发生了突变。就好像你将一辆汽车上的火花塞拔掉一样，从外观上看，你知道它仍然是一辆汽车，但实际上，你必须非常仔细地寻找才能发现它的故障。它不能像正常汽车那样发挥作用，一点儿都动不了。尽管它的大部分和被破坏之前几乎一模一样，但它就是不能发动。
这就是GULO基因在史前时期发生的情况。“火花塞”被随机突变除去。在进化的过程中，像这样的随机突变会不断地发生。通常，它们没有任何后果，但有时它们会在基因中“恰到好处”地发生。当这种情况发生时，它们几乎总是不好的，因为突变通常会破坏基因的功能。在这种情况下，如果这些突变导致了某种致命的遗传状态，比如镰状细胞性贫血或囊性纤维化等，那么对于这些突变所发生的个体而言就有些糟糕，或者说特别糟糕。
通常，当携带它们的人因它们而死亡时，最致命的突变将被消除。这就引出了一个问题：为什么GULO基因突变不会被消除？维生素C缺乏病是致命的。这种突变的后果应该是快速而严酷的，本应防止有害的错误在整个物种中蔓延。
不过，或许不完全是这样。如果这种破坏性突变发生在灵长类动物身上，纯粹偶然的是，在它们的饮食中已经含有大量维生素C。对它们来说，失去合成维生素C的能力是没有后果的，因为它们已经吃了含有维生素C的食物。（哪些食物含有大量维生素C？柑橘类水果。柑橘类水果主要生长在哪里？热带雨林。灵长类动物生活在哪里？也是那里。）
灵长类动物的祖先能够容忍GULO突变的原因是它们的饮食中含有大量维生素C，所以维生素C缺乏病不是问题。从那时起，灵长类动物——除了人类——几乎都被热带雨林气候困住了。这种优越的栖息地是它们无法靠自身合成维生素C的原因和结果。但别忘了，虽然通过突变来“破坏”基因是很容易的事，但要“修复”它却要困难得多。这就像是在电脑不正常工作时“砰”地关上电脑。当然，你或许可以修复它，但更可能的是，你会破坏它。
GULO基因缺陷不仅存在于灵长类动物身上，其他一些动物也有这种状况。同样地，那些拥有GULO基因缺陷的动物也会在其饮食中摄入大量维生素C。以果蝠为例，它们的食物就是水果。
有趣的是，我们的身体像那些失去自身合成维生素C能力的动物一样，曾试图通过增加饮食吸收来补充维生素C。然而能够自身合成维生素C的动物通常都不善于从食物中吸收维生素C，因为它们不需要它。相对于其他动物，人类吸收维生素C的效率更高。但即使我们已经学会了吃富含维生素C的食物，即使我们的身体更善于从食物中摄取这些微量营养素，我们还是没有完全弥补这一缺陷。这仍然是一个差劲的设计。在人类还不能随时吃到来自远方的新鲜食物时，维生素C缺乏病仍是一种常见的且往往会致命的疾病。
其他必需的维生素缺乏也会给我们带来像缺乏维生素C一样的麻烦，比如维生素D。通常我们摄入的维生素D并没有活性，这意味着我们不能在肝脏和肾脏中使用维生素D。经过足够的阳光照射，我们的皮肤中也可以产生维生素D的前体，但它仍然需要被加工成活性形式。如果不能保证足够的膳食维生素D摄入量或充足的阳光照射，青少年就会患上一种叫作佝偻病的疾病，老年人会患上骨质疏松症。佝偻病患者非常痛苦，他们的骨骼很脆弱，容易断裂，且愈合缓慢，在严重的情况下，会阻碍生长发育，造成骨骼畸形。
这两种病症都会使人的骨骼变得脆弱甚至变形，所以患者会感到非常痛苦。适量的钙能够使人类保持骨骼强壮，而维生素D能够帮助我们吸收食物中的钙。我们可以吃到全世界所有含钙的食物，但是如果没有足够的维生素D，钙就无法被吸收。（这就是为什么通常会在牛奶中添加维生素D：它可以帮助我们的身体吸收牛奶中的钙。）
佝偻病是人类特有的一种疾病，引发这种病的原因有很多。其一，我们是唯一一个穿衣服的物种，且通常生活在室内。这两个因素都减少了我们皮肤接受的阳光照射量，从而削弱了合成维生素D前体的能力。可以说，这本身并不是一个由糟糕的设计造成的问题，但它肯定不是一个“好”的设计。维生素D复杂的多步骤激活途径已经足够令人不愉快了，而需要阳光照射才能产生维生素D前体分子则增加了另一层障碍，这也是造成我们维生素缺乏的另一个原因。
图11 缺乏维生素D会造成腿骨弯曲，这种疾病被称为佝偻病。人类不能充分吸收食物中的维生素D，而且我们的身体需要直接暴露在阳光下才能合成它。如果我们在儿童时期没有摄入足够的维生素D，那么由此引发的骨骼畸形将会伴随终生
下表为B族维生素及其缺乏所造成的病症。虽然很少有野生动物会受到这些问题的困扰，但这对于人类来说却是严重的灾难，尤其是人类开始了农业种植和食品加工之后。
表2 B族维生素
其二，由于现代的生活方式和饮食习惯，我们的体内常常会缺乏维生素D。虽然我们总是把膳食摄入不足归咎于现代饮食习惯，但就佝偻病而言，事实并非如此。
文明带来的创新“降低”了佝偻病的发病率。为什么这么说呢？为了确保我们能从饮食中获取足够的维生素D，我们至少需要吃一些鱼、肉或鸡蛋。史前人类能吃到的含有维生素D的食物极少，可以说只有鸡蛋。虽然肉和鱼被视作主食，但几乎可以肯定的是，他们不可能天天吃得到。史前人类经历了食物充足和饥荒的时期，我们从早期人类骨骼的研究中了解到佝偻病和骨质疏松症是永恒的问题。而对于生活在发达世界的现代人类来说，这个问题不再严重，因为我们有丰富的动物蛋白质来源。
人类通过驯化动物的方式来获取肉和蛋（大约在5000年前的中东，其他地方的时间点略有不同），主要是为了解决佝偻病的问题。这只是人类通过自己的聪明才智来克服人体设计局限性——这是书中我们一次又一次遇到的主题——的一个例子。
那么，复合维生素补充剂瓶身上列出的其他维生素呢？它们中的大多数都属于B族维生素。B族维生素家族共有8种不同的维生素，它们都有各自的别名，如烟酸、生物素、核黄素和叶酸。每一种B族维生素都是人体各种化学反应中不可或缺的物质，每一种B族维生素的缺乏都会引发相关的病症。
最著名的维生素B12缺乏病，是由于缺乏足够的维生素B12——也称钴胺素——的摄入而造成的。长期素食主义者对这种维生素会非常熟悉，因为维生素B12缺乏是他们必须面对的问题，这会导致贫血。人类无法靠自身合成维生素B12，而且由于植物不需要这种维生素，所以植物也不会合成它，因此唯一的膳食来源就是肉类、奶制品、海产品、节肢动物、其他动物源性食品，以及维生素补充剂。素食主义者请注意：你一定要服用这些药。
但是食草动物呢？有很多动物只靠吃植物为生，但是如果植物中不含维生素B12，且所有动物都需要维生素B12，那么牛、羊、马以及成千上万的其他草食动物应该如何避免贫血呢？
答案是它们做到了——或者更确切地说，它们肠道中的细菌为它们制造出了维生素B12。
你或许已经知道哺乳动物的肠道里充满了细菌。因为细菌比动物细胞小得多，所以人类结肠中的细菌细胞要比人体全身的细胞还要多。没错，生活在你体内的细菌比你自身的细胞要多！不过有些细菌对人体是有益的，甚至至关重要。例如维生素K就是由肠道内的细菌来合成的，我们只需在肠道中吸收它就好。只要你体内一直有能够合成它的细菌，你就不需要摄入维生素K补充剂或者含有它的食物。
像维生素K一样，维生素B12也是由我们的肠道细菌来合成的——但是，我们仍然需要从饮食中摄入“更多”的维生素B12。这又是为什么呢？
以下是相关设计缺陷：存在于我们大肠、结肠中的细菌能够合成维生素B12，但是维生素B12却不能在那里被吸收。我们吸收维生素B12的部位是小肠，但在消化系统内的器官顺序中，它却位于大肠之前。所以尽管肠道中的奇妙细菌为我们制造了充足的维生素B12，但是我们糟糕的肠道设计几乎把所有生成的维生素B12都送到了厕所里。（是的，如果你正在疑惑的话，你可以尝试吃你的粪便来获取所需的维生素B12，不过我希望你永远也不会绝望到那个地步。）不良的肠道运作使得维生素B12成为人类需要从膳食中获取的一种维生素，然而数百万只食草动物却不需要寻觅含有这种分子的食物。
接下来要谈及的著名的B族维生素缺乏病是脚气病，它由缺乏维生素B1所引发，维生素B1也被称为硫胺素。维生素B1是人体各种化学反应中不可或缺的物质，其中最重要的作用是有助于将碳水化合物和脂肪转化为可用的能量。维生素B1缺乏会导致人们遭受神经损伤、肌肉无力和心力衰竭。
令人难以置信的是，尽管这种维生素至关重要，我们却仍然无法靠自身合成。像维生素B12一样，我们必须从饮食中获取维生素B1，几乎任何动物都无法靠自身合成它。只有细菌、大多数植物和一些真菌可以合成维生素B1，所以至少我们和所有同类动物都有这个缺陷。只是动物不会得脚气病，而人类却遭受了脚气病带来的巨大痛苦。事实上，据估计，在16、17世纪，脚气病是人类第二大致死疾病，仅次于天花。问题来了，为什么只有人类会得脚气病呢？
其他动物不会患脚气病，是因为维生素B1广泛存在于大多数食物链最底层的植物性食物中。在海洋浮游生物中发现的许多光合细菌和原生动物都能合成维生素B1，并从那里开始了海洋食物链。以浮游生物为生的滤食性动物，比如巨大的蓝鲸，可以直接获取维生素B1，但是肉食性鱼类和哺乳动物则需要经常觅食那些吃浮游生物的动物。无论如何，动物都要想方设法去获取维生素B1。在陆地上也是一样，许多陆生植物都富含维生素B1，满足食草动物的饮食需求，然后食草动物被食肉动物吃掉，食肉动物再被包括人类在内的动物吃掉，当然，我们也会直接吃植物。
那么为什么只有人类需要与脚气病做斗争？答案似乎在我们准备食物的过程中。
自从人类发明了农业，从最初的刀耕火种到后来的精耕细作，他们开始以各种方式加工食物，在不会变质或变味的基础上，使它们的味道更好，保存的时间更长。通常，这些加工方法会导致食物中的许多营养成分流失。
很多人可能都不知道，营养成分在植物体内的分布并非均匀。例如，土豆和苹果中的大部分维生素A和维生素C都在果皮中，所以它们被削皮后，大部分营养会流失。
在去除稻壳的过程中，我们可以很清楚地看到这一点。糙米或高粱米富含维生素B1。精炼稻米，也称为抛光，可以使大米保持干燥并且保存多年，这一农业创新在防止饥荒方面带来了巨大的改变，特别是在以大米为主食的亚洲。然而，抛光的大米几乎流失了所有维生素B1。这对于亚洲的富裕阶层来说不是问题，因为他们可以吃到富含维生素B1的肉类和蔬菜，以弥补大米流失的营养成分。但是对于绝大多数亚洲人来说，脚气病是持续了几千年的地方病。现如今，这仍然是贫困偏远山区的一种常见疾病。
从严格意义上来说，脚气病给人类造成的灾难并非人类设计缺陷的一个例子，它是人类的创新所导致的，自从人类文明诞生以来就一直困扰着我们。不过它却让我们看到了人类文明的持续发展对人类进化局限性的影响，它已经改变了我们这一物种的进化方向。如果不是人类在农业和园艺方面的创新，就不会有文明的出现。这个技术进步虽然导致了脚气病的高发率，但也使我们的物种能够超越过去狩猎采集的生活方式。文明使人类能够以多种方式引领更健康的生活，正如人口爆炸所证明的那样。脚气病是我们的祖先在不知不觉中做出的权衡，因为他们没有意识到他们的身体无法合成人体内最基本的化学功能——将膳食卡路里转化为可用的能量——所需的一个简单分子。所以，你也可以说，脚气病是人类文明和技术进步的一个代价。
当然，在体内合成我们自身所需的维生素是一个复杂的过程，并且工作量相当大。维生素是一种复杂的有机分子，许多维生素分子都具有与其他分子不相关的显著而独特的结构。要想合成它们，必须要有一个复杂的酶促反应，每一种酶都必须由基因编码。每一次细胞分裂，这些基因都必须如实复制、转录到蛋白质中，然后进行调节以使供需匹配。在新陈代谢的庞大体系中，一个有机体在合成必需维生素时所消耗的卡路里很少，但是也不为零。
考虑到这一切，我们也就理解了为什么有些生物会放弃自身合成所需维生素的能力，而是选择从饮食中获取它们。这种做法有一定的道理，毕竟，既然你的饮食中已经含有了维生素C，为什么还要费尽心思去自身合成它呢？然而，即使我们的身体并不总是“需要”合成一些基本的维生素，但这并不意味着放弃合成它们的“能力”是个好主意，这样做将会是目光短浅的，因为人类永远离不开这种饮食需求。一旦某个基因被破坏，就很难再破解它。
这个道理并不适用于人体必需的氨基酸。氨基酸结构简单，对于细胞来说本该很容易合成，但是，“仍然”有很多氨基酸是我们自身无法合成的。