人類能不能消化纖維素？
人類體內的酶可以分解一些簡單的碳水化合物，但無法分解植物細胞壁的纖維素，需要靠腸道菌的幫忙。
1984 年有一個關於人類到底能不能消化纖維素的研究，他們讓十位健康個體吃下標記有 14C 同位素的纖維素，然後連續七天每天收集其大便和呼吸樣本，檢測其中的 14C 同位素含量，結果發現有 57% 在糞便中，16% 在呼出來的二氧化碳中，總共 73%，剩下的 27% 可能就是被身體吸收了，也就是說消失的這些 14C 纖維素在腸胃道被腸道菌分解後被吸收了，而呼出來的二氧化碳有部分很可能是腸道菌代謝纖維素的結果。
人類從牛身上獲得分解纖維素的腸道菌
不過，我們體內的這些可以分解纖維素的腸道菌是哪來的呢？
根據最近發表在 Science 的論文，很可能是幾千年前剛開始馴化動物時，從牛或其他反芻動物身上得到的，這些反芻動物的腸道菌在進入人體住下來後，就進化成人類特有的菌種，不過在人類社會都市化後，某些族群體內的這些腸道菌就變少了，有些人認爲是速食和包裝零食造成的，加工食物改變了腸道菌落，而這個改變長期來說，可能會對健康有負面影響。
以色列 Ben-Gurion University of the Negev 的研究團隊之前在人類的腸胃道內，發現牛腸胃道菌的基因 cttA，是分解纖維素的纖維素體(cellulosome)中一個負責抓住纖維素的蛋白，最先在瘤胃球菌 Ruminococcus flavefaciens 中被發現。
他們想知道為什麼 cttA 會出現在人體裡，於是試著找其他帶有 cttA 基因的微生物，或是其他可以分解維生素的維生素體基因，他們掃了近五千個牛腸道菌的 DNA 檢體，以及九萬多個人類的腸道菌 DNA，包括一千到兩千年前，美國西南邊和墨西哥的人類糞便，看看裡面有沒有分解纖維素的細菌，同時也比較了現代採集狩獵族群，農村族群，以及工業化國家的人類糞便。
在分析比較維生素體後，他們發現人類有三個帶有維生素體的腸道菌和牛的腸道菌很像，像到你以為牛是人類的祖先，阿不是，是牛的腸道菌是人類腸道菌的祖先，啊應該是人類得到了牛腸道菌的祖先。
人類體內的瘤胃球菌多寡隨著飲食改變而有所變化
這三個腸道菌種皆屬於瘤胃球菌(Ruminococcus)，包括 Ruminococcus primaciens, Ruminococcus hominiciens 和 Ruminococcus ruminiciens，都會產生可分解纖維素的纖維素體。這三種很廣泛地出現在古代人類、狩獵採集族群和農村族群的腸胃道中，但卻較少出現在工業化的社會之中。超過 40% 的古代人類檢體，以及五個現代採集狩獵者和農村居民者的檢體中，都有一個(20%)帶有Ruminococcus，但在丹麥、瑞士、美國和中國這些工業化的國家裡，二十個人中不到一個有 Ruminococcus，並且這些人中帶有的 Ruminococcus 也只有單一菌種，數量也較少，也就是說這些人吃下去的纖維素可能比較難被分解。
另外，他們也發現這些 Ruminococcus 喜歡的環境也不同，顯示了它們對環境的適應性。R. hominiciens 主要出現在人類和猿類(great apes)身上，很可能是源自反芻動物的腸胃道，然後在動物馴化的過程中轉移到人類身上，並因為人類的飲食習慣出現了適應性，它們主要是分解單子葉植物(monocots)的纖維，包括米、小麥和玉米這些人類的主食。R. primaciens 則是以古代人類和非人類的靈長類為主，主要是分解昆蟲骨骼中的幾丁質(chitin)，靈長類的飲食中的一種。
由於病菌透過動物傳染到人類身上也不是什麼意外的事，作者認為可能是在一萬年前，馴化牛後不久的時候，農夫在處理牛糞時得到了一些牛帶有的細菌，其中意外喜獲腸道菌，這些反芻用的腸道菌在人類體內定居後，就漸漸適應了環境和變得多樣化，有些細菌從其他細菌那得到了可以分解複合澱粉的基因，因而獲得了分解玉米和小麥的能力。而工業化社會中，人類腸胃道內的瘤胃球菌之所以變少，很可能也是其適應性的結果，人類的飲食裡纖維素變少了，因此這些腸道菌所需的生長環境也漸漸消失了。
Articles:
Science | Some of our key gut microbes likely came from cows—and we’re losing them
Papers:
S Morais, S Winkler, A Zorea et al. Cryptic diversity of cellulose-degrading gut bacteria in industrialized humans. Science (2024) DOI: 10.1126/science.adj9223
