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1602年，在一支沿着墨西哥太平洋沿岸航行的西班牙艦隊中，船員們患有不治之症。"第一個症狀是全身性疼痛，這使得患者對普通觸摸敏感，"探險隊的牧師安東尼奧·德拉阿森松寫道。"
船員患有壞血病。對于當時的人們來說，這種疾病既令人心碎又令人困惑。沒有人知道為什麼它突然來到水手身邊，也沒有人知道如何治愈它。但在1602年的這次航行中，阿森松見證了一個奇迹。當船員上岸埋葬死者時，一名生病的水手摘了一個仙人掌果實并吃了它。他漸漸地感覺好多了，是以他的隊友們也跟着好多了。
當時的人們用檸檬水治療壞血患者
"他們都開始吃水果，把它帶回船上，這樣兩周後，每個人都恢複了，"神父寫道。
在接下來的兩個世紀裡，很明顯，壞血病是由長途航行中缺乏水果和蔬菜引起的。在18世紀後期，英國海軍開始向其艦隊提供數百萬加侖的檸檬汁，以消除壞血病。但直到1928年，匈牙利生物化學家Albert Szent-Gyorgyi才真正發現了治療水果和蔬菜中壞血病的方法：維生素C。
維生素C的關鍵
聖喬治的實驗是20世紀初旨在揭開維生素神秘面紗的研究浪潮之一。科學家發現了13種必需但極小的有機分子，稱為維生素。缺乏這些都可能導緻不同的疾病 - 維生素A缺乏會導緻失明，維生素B12缺乏會導緻嚴重的貧血，維生素D缺乏會導緻佝偻病。
維生素對于維持我們的健康至關重要
今天，已經進行了大量的研究來深入了解維生素，但其中大多數都集中在保持身體健康所需的維生素量上。但這些努力并沒有解決最根本的問題：為什麼我們如此依賴這些特定的小分子？
最近的研究為這個問題提供了新的答案。研究表明，自從大約40億年前最早的生命形式在地球上誕生以來，維生素一直是生命必不可少的。早期的生命形式可以自己制造維生素，但包括我們在内的一些物種後來失去了這種能力。根據生産維生素的能力，不同的物種開始互相依賴，創造了一個複雜的分子流，科學家将其命名為"維生素交通"。
廣泛的化學反應
所有維生素都是由我們自己或其他物種的活細胞産生的。例如，當陽光照射在我們皮膚中的膽固醇前體上時，可以産生維生素D;通常，維生素的産生是一個龐大而複雜的過程。在某些物種中，需要22種不同的蛋白質來制造維生素B12分子。
雖然建構蛋白質需要數千個原子，但維生素可能隻含有幾十個原子。盡管它們很小，但它們極大地豐富了我們體内的化學反應類型。維生素與蛋白質一起工作，幫助它們做出反應，否則它們将無法做到這一點。例如，維生素B1有助于蛋白質從分子中釋放二氧化碳。
維生素不僅在我們的身體中進行這些化學反應，而且在所有生物中也是如此。"從細菌，真菌，植物到人類 - 所有生物都需要它們，"特拉華大學生物化學家Harold Delaware說。B.懷特三世指出。
這種化學反應的廣泛存在很可能是自然進化的結果。科學家們普遍認為，今天地球上的生命是從40億年前化學結構的簡單生命形式進化而來的。這些原始生物依靠DNA或RNA的單鍊變體來生存和繁殖 - 當時RNA具有雙重責任：攜帶基因（即DNA今天的作用）和催化化學反應（現在是蛋白質的功能）。
圖為電子顯微鏡下的DNA
懷特博士是第一批認真思考這個原始"RNA世界"的科學家之一。1975年，他提出維生素可以幫助RNA分子進行化學反應。雖然今天，這些反應已被蛋白質接管，但它們所依賴的維生素并沒有改變。"我們現在離不開他們，"他說。
當懷特博士提出這個理論時，其他科學家都持懷疑态度。"人們問我，'你打算如何檢驗這個理論？'""他回憶道。我回答說：'我不能。"當時，我想不出任何方法來完成工作。"
直到近40年後，技術的發展才終于趕上了理論的需求。2007年，西蒙弗雷澤大學的生物化學家迪潘卡爾·森（Dipankar Sen）開始測試懷特博士的理論。
經過六年的實驗和改進，Sen博士和研究所學生Paul Cernak發現，一個RNA分子可以使用維生素B1從另一個分子中釋放二氧化碳 - 就像蛋白質今天使用維生素B1一樣，證明了懷特博士的預測。Senak博士和Sen博士在《自然化學》雜志上描述了他們的實驗。
我們失去的能力
在進化出制造維生素的能力後，一些物種特别擅長于此。例如，植物已經進化成生産維生素C的工廠，它們的葉子和果實富含這種分子。起初，維生素C的作用可能是保護植物免受壓力 - 這種功能仍然在其他物種中執行，包括我們的人體。但随着時間的推移，植物中的維生素承擔了新的任務，例如幫助控制水果的發育。
植物花了數億年的時間才将自己轉變為維生素C的專業制造商，但維生素的生産可能會在相對較短的時間内發生變化。我們自己的祖先在短短幾千年内改變了他們生産維生素D的能力。那一年，随着人類離開非洲赤道地區擴散到高緯度地區，太陽在天空中的位置下降，提供的紫外線減少。歐洲人和亞洲人已經進化出淺色皮膚，以保持維生素D的正常供應。
膚色的差異可能是人類在不同緯度産生維生素D的結果。
除了維生素D和維生素K，我們人類不能産生任何維持健康所必需的維生素。對于他們中的一些人來說，我們的祖先本可以成功，但後來失去了它。例如，1億年前，祖先的哺乳動物從未受到壞血病的困擾，因為它們可以制造自己的維生素C。
許多脊椎動物可以制造維生素C，它們使用相同的基因集。"我們應該有這種能力，因為我們也有所有這些基因，"法國國家農業研究所的麗貝卡史蒂文斯說。
然而，與青蛙或袋鼠不同，我們的一個基因GOLO發生了重大突變。我們不能制造維生素C，因為我們不能生産GOLO蛋白。
"這種突變不僅限于我們 - 事實上，它可以追溯到很長一段時間，"渥太華大學分子進化生物學家Guy Drouin說。他和其他研究人員發現，在我們最親近的靈長類動物、猿類和猴子的基因組中，許多相同的基因突變也使它們的GOLO基因失活。Drauin博士得出結論，我們與其他靈長類動物的共同祖先在大約6000萬年前失去了制造維生素C的能力。
我們并不例外
然而，靈長類動物并不是唯一具有受損的GOLO基因的動物，正是由于這個原因，科學家們最初能夠找到維生素C.Sanchochi博士的突破是由于他發現，與其他齧齒動物不同，豚鼠也可以患上壞血病。研究表明，幾内亞基因中另一組突變的存在與我們的不同，導緻該基因失活。
就像在靈長類動物和豚鼠中一樣，GULO基因在其他幾種動物譜系中失活，例如蝙蝠和鳴禽。科學家發現，在飲食中添加富含維生素C的食物後，動物更有可能失去制造維生素C的能力。例如，我們的靈長類祖先開始食用水果，這些水果提供的維生素C比他們需要的要多得多。
對維生素産量下降的綜述已發表在《遺傳學趨勢》雜志上。"失去一個阻止你獨自生存的基因似乎非常違反常識，"合著者凱瑟琳·M·凱瑟琳·E·赫利韋爾（Catherine M. Katherine E. Helliwell）說。"但如果你長期生活在富含這種維生素的環境中，你真的不需要使用這種基因。
當科學家掃描數千個物種的基因組時，他們發現了更多的維生素基因下降或完全消失的情況。南加州大學的Sergio Sanudo-Wilhelmy及其同僚最近調查了400種海洋最豐富的細菌的基因組。在即将發表在《海洋科學年度評論》上的一篇論文中，他們報告說，這些細菌中有24%缺乏制造維生素B1的基因，63%的細菌不制造維生素B12。
最近的這些研究特别令人驚訝，因為細菌長期以來一直被認為是一種維生素充足的物種。現在，科學家們需要弄清楚為什麼海洋中有這麼多細菌物種沒有死于"微生物壞血病"。
"可能有一些東西可以為整個生物群系産生維生素，但我們不知道這些無名英雄是誰，"薩努多·威利米博士說。
直到最近，科學家們還能夠測量海洋中的維生素。他們發現一些地區富含維生素，而另一些地區則是"維生素沙漠"。這種差異可能不僅影響細菌和藻類，還影響以兩者為食的動物。
維生素沿着海洋和陸地上的複雜路徑流動。例如，我們人類不能制造我們需要的維生素B12，是以我們需要從食物中擷取它們。一種方法是吃含有維生素B12的肉類，如牛肉。研究表明，我們吃的牛和其他動物不會在自己的細胞中産生維生素B12。相反，是他們的腸道細菌在為他們服務。
腸道菌群為宿主提供各種必需的營養素，如圖所示是大腸杆菌
我們也是成千上萬種細菌的家園，這些細菌也可以從我們吃的食物中合成維生素。這是否意味着我們可以依靠内部維生素運輸？"這都是理論上的推測，"愛爾蘭科克大學的微生物學家Douwe van Sinderen說。但越來越多的證據表明，細菌可以提供我們需要的一些維生素。
如果是這樣，也許我們也應該将我們的身體視為維生素自給自足的海洋，這是已經在地球上循環了40億年的維生素運輸的延續。
本文由Carl Zimmer轉發給《紐約時報》