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如果没有微生物,地球会怎样?

发表时间:2019-07-19浏览次数:

自地球上演化出真核细胞之后,它们中的一些便开始合作、聚集,如动植物这样的多细胞生物相继诞生。从那时起,生命体的体型逐步变大,大到足够把大量细菌和微生物囊括进体内。微生物多到数不清。之前学界普遍认为,如果忽略个体差异不计,每个人体内的微生物与细胞数量的比例约为10∶1。但是这个在各类书籍、杂志、演讲以及几乎所有相关科学评论中广为流传的比例,却是一个不可靠的猜测,就好像是在信封背面潦草算得的结果,最终却不幸地成了一个不容打破的事实。最新的估算结果显示,人体内大约有30万亿个细胞,微生物的数量大约为39万亿——二者相差不多。这个数字也不太准确,但没关系:无论怎么计算,我们都确实“包罗万象”。

 

如果把皮肤置于显微镜之下,我们便可以亲眼看到微生物:有的是球状的小圆珠,有的是形如香肠的棒状体,有的则像逗号形状的豆子——每个微生物的长宽都只有数百万分之一米。它们太小了,即使数量众多,加起来也不过几千克重。把几十个微生物并排放在一起,宽度还不及一根头发的直径。一颗小小的针尖,就能为数百万微生物提供广阔的舞台。

 

不借助显微镜的话,我们大部分人都没法直接看到这些微型的有机体。我们只会注意到它们带来的影响,尤其是负面结果。我们能感受到肠胃发炎时的绞痛,也能听到不受控制的巨大喷嚏声。我们肉眼看不到结核杆菌

Mycobacterium tuberculosis),但我们能看到肺结核病人咳出的血丝。鼠疫杆菌(Yersinia pestis)是另一种肉眼不可见的细菌,但它造成的大规模瘟疫却把血淋淋的真实直呈我们眼底。这些引发疾病的微生物(又称病原体)在人类历史上造成过太多伤害,刻下了不可磨灭的文化伤痕。

 

许多人依然把微生物视为病菌,认为它们会给人类带来唯恐避之不及的疫病,所以必须不惜一切代价地严密防治。报纸上总是时不时地刊登耸人听闻的报道,比如我们每天使用的东西都沾满了细菌,键盘、手机、门把手上无处不有,好可怕!比马桶圈上的细菌还多!言下之意是,这些微生物污染着我们的生活,它们的存在就象征着污秽、肮脏、疾病。这种刻板印象其实非常不公平,大部分微生物并不是病原体,也不会让我们得病。世界上只有不到100种细菌能让人类患上传染性疾病,与之对比,我们肠道中的数千种微生物,绝大多数都不会带来危害。它们充其量不过是常规乘客或临时搭便车的,往好了说还会为人体带去不计其数的益处。它们不是带走生命的死神,而是助益生命的守护神。它们像隐藏的器官,与胃和眼睛一样重要,只不过它们由万亿个个体集合而成,不是一个统一的聚合体。

 

微生物比人体的任何一个部位或器官都全能。一个人的细胞大约携带了2万到2.5万个基因,而人体内的微生物基因数量是这个数字的500多倍。基因的多样性加上极快的演化速度,使微生物成了生物化学领域的专家,能够适应任何可能出现的环境变化。它们帮助我们消化食物,并释出我们在其他地方很难得到的营养。它们能生产我们无法通过食物获取的维生素和矿物质,还能分解有毒有害的化学物质。有利于人体健康的微生物会利用数量优势挤走有害的微生物,或者分泌杀灭后者的化学物质,从而保护我们。它们产生的物质会影响我们身上的气味。它们还是我们生命中不可或缺的存在,我们把许多生命运作环节都“外包”给它们处理。它们指导我们身体的构建,通过释放分子和信号引导器官形成;训练我们的免疫系统,教会后者区分敌我;影响神经系统的发育,甚至可能影响我们的行为。它们为我们的生命做出了多种多样且影响深远的贡献,不曾漏掉任何一个角落。一旦忽略了它们,我们观察生命的视野就会像透过钥匙孔窥看一样狭窄。

 

本书会为你彻底打开这扇大门。人体如一个不可思议的宇宙,我们可以在其中尽情探索。我们将从人类与微生物结盟的起源,一直见识到它们通过打破直觉的方式形塑我们的身体与日常生活,以及人类保证它们正常运作、保持与它们合作的小窍门。我们会看到,人类如何因为一时的疏忽而打破了与微生物之间的和谐关系,而这又会如何破坏人体的健康。我们将探究如何通过调控微生物来修复这些问题,从而造福人类自身。我们也会读到许多科学家的故事,这些快乐、充满想象力且无比勤奋的人,把自己的生命投入研究微生物的事业之中,即使面对蔑视、解雇和失败也不轻言放弃。

 

除了关注人类,本书还把目光投注到整个动物界。我们会了解到,微生物如何赐予动物非凡的能力、提供演化的机遇,甚至改变基因。

比如戴胜,它们有着锄头一样的喙和虎皮一样的羽色,其尾脂腺能分泌出一种富含细菌的油腺,涂布于蛋的表面;这其中含有可以产生抗生素的细菌,能防止有害的微生物穿透蛋壳,从而保护里面的雏鸟。

切叶蚊的体表也覆有一种能够产生抗生素的微生物,可以杀死它们在地下染上的真菌。

河豚浑身是刺,吸入空气会全身膨大;它们会利用一种细菌来特制体内的河豚毒素,这种毒素十分致命,试图捕食它们只有死路一条。

马铃薯叶甲(Leptinotarsa decemlineata)是土豆田里的主要害虫,以植物为食;植物受到伤害后会分泌防御物质,而叶甲的唾液中恰好含有一种可以抵消这类物质的细菌。

天竺鲷是一种体表带有斑马纹的鱼,它们携带着一种发光细菌,用以吸引猎物。

蚁蛉是一种捕食性昆虫,长着可怕的颌部;它们咬到猎物后会通过唾液中的细菌分泌一种毒素,使猎物动弹不得。某些线虫会向昆虫体内注入有毒的发光细菌,杀死后者;还有些线虫会掘进植物细胞的内部,用从微生物里“偷”来的基因捣乱,给农业造成巨大的损失。

 

我们与微生物之间的联盟一次又一次地改变了动物的演化过程,也改变了我们周围的世界。其实要认识这种合作关系的重要性,最简单的方法就是想象没有它们的状况:那样的世界会变成什么模样?如果这个星球上所有的微生物都突然消失,好处是不会再有传染病,许多害虫也会挣扎着死去。不过仅限于此。牛、羊、羚羊、鹿等食草哺乳动物都会纷纷饿死,因为它们完全依赖于体内的微生物来分解所食植物中的坚韧纤维。非洲草原上的兽群会消失。白蚁也同样依赖于微生物提供的消化功能,所以它们也将消失。而以白蚁为食的大型动物,以及寄住在白蚁堆里的其他动物也会不复存在。食物中一旦缺少细菌来补充所需的营养物质,蚜虫、蝉,以及其他吸食植物汁液的昆虫也将灭亡。许多深海蠕虫、贝类等都依赖于细菌提供维持生命的能量,如果没有微生物,它们也会死去,黝黯深海世界中的整张食物网都会崩溃。浅海的情况不会好太多。浅海中的珊瑚必须依赖于微型藻类和极其多样的细菌才能生存;没了微生物,它们将变得尤为脆弱。曾经壮观的珊瑚礁会受到腐蚀并褪得惨白,所有仰赖于它们而存在的其他生命也将受到威胁。

 

奇怪的是,人类会没事。对其他动物而言,彻底灭菌意味着快速死亡,而我们人类却可以坚持几个星期、几个月,甚至好几年。我们的健康最终可能会受到影响,但除此之外,我们还要面临更严峻的问题。没了作为腐朽之王的微生物,垃圾和废弃物将迅速堆积。和其他食草哺乳动物一样,我们的牲畜也将死去,作物也会遭殃:没有微生物为植物提供氮,地球表面的植被将经历灾难性的衰灭。(由于本书专注于讨论动物,所以我先在这里向各位植物爱好者诚挚地说声抱歉。)微生物学家杰克·吉尔伯特(Jack Gilbert)和乔什·诺伊费尔德(Josh Neufeld)认真地开展过这个“如果没有微生物,地球会怎样”的思维实验,他们得出如下结论:“我们预计,只需一年左右的时间,食物供应链就会彻底瘫痪,人类社会将完全崩溃。地球上的大多数物种会灭绝,而幸存下来的物种,其数量也将大大减少。

 

微生物非常重要,我们之前都忽视、害怕、厌恶它们,现在却是时候重拾对它们的欣赏。如果再不重视,我们对自身生命运作的理解将变得十分贫瘠。我想在本书中展示动物王国的真实面貌,深入了解我们与微生物的伙伴关系,然后我们会发现,这个世界比以往所知的更加奇妙。过去,伟大的博物学家为我们记录下了现在广为人知的自然志,而我的目标是写作一部全新的自然志,以期在过去的基础上更深入地揭示自然的奥秘。

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