埃德·扬 - 科学科技榜-科普
在人类的生活史中，微生物常常隐而不现，只有当我们被因它们而起的疾病击倒时，才猛然意识到微生物的存在。因此，人们常常给微生物冠以恶棍之名，直到今天仍然容易谈菌色变。可事实上，在我们的生命历程中，微生物不仅从未缺席，而且必不可少。放眼万物，斑头雁迁徙飞跃喜马拉雅山时带着微生物，象海豹潜入深海时也携有微生物。当尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林登上月球时，他们踏出的一小步既是人类的一大步，也是微生物的一大步。本书将带领我们以“微生物之眼”重新认识生命体之间的共生关系。在每个自成“动物园”的人体之上，微生物能塑造器官、防御疾病、消化食物、驯化免疫系统、指导行为，并赋予我们各种神奇的能力。读者可以通过本书重新认识人类过往对很多古老共生关系的大意破坏，同时见证当下各行各业努力构建新型共生关系的谨慎尝试。也许，是时候用沃尔特·惠特曼的诗句改写奥逊·威尔斯的“我们孤独地出生，孤独地活着，又孤独地死去”了。在离不开与微生物的共生互动之中：“我辽阔博大，我包罗万象。”
构成这些鳞片的材料和你的指甲一样，都是角蛋白。 c:19
它的英文名Pangolin也与这项能力有关，该词来源于马来语中的pengguling，意为“可以卷起来的东西”。 c:22
巴巴不仅是一只穿山甲，也是一个携带丰富微生物的聚合体：一些微生物生活在它的体内，绝大多数分布在肠道内，还有一些附着在它的脸部、肚子、爪子和鳞片表面。 c:20
我们身上都仿佛在举办一场盛大的微生物展览，展品统称为微生物组（microbiota或microbiome） c:51
当尼尔·阿姆斯特朗（Neil Armstrong）和巴兹·奥尔德林（Buzz Aldrin）登上月球时，他们踏出的一小步既是人类的一大步，也是微生物的一大步。 c:54
对于我们每个人而言，人体都自成一个动物园——以我们的身体为界，内里附着着无数有机体，每个“我”都是一个混杂着不同物种的集体，每个“我”都是一个广袤的世界。 c:170
我们可以把炎性肠病患者的内脏比作垂死的珊瑚礁或休耕田：一个受损的生态系统，其内部不同有机体之间的平衡都已打破。 c:50
忘记奥逊·威尔斯口中的“孤独”吧，请听从沃尔特·惠特曼（Walt Whitman）的诗语：“我辽阔博大，我包罗万象。”[插图] c:111
可是在某个决定命运的时刻，一个细菌不知为何忽然被另一个古菌吞并，失去了自由身，永久地困在了后者的内部。许多科学家认为这就是真核生物的起源。这是我们的创世故事：两个伟大的生命域走到了一起，在有史以来最伟大的共生事件中，创造出了第三个生命域。古菌提供了真核细胞的基本架构，细菌则最终转变成了线粒体。 c:232
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。 c:125
世界上只有不到100种细菌能让人类患上传染性疾病，[插图]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。 c:188
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。 c:32
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。 c:19
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。 c:74
最终收集到了数量惊人的标本，合计超过12.5万件：贝壳，植物，钉在托盘上的数以千计的昆虫，经过剥制、填充或保存在酒精里的鸟类和哺乳动物。而且，不同于许多同时代的博物学家，华莱士还精心地为所有标本贴上标签，记录下采集标本的具体地点。 c:16
华莱士被誉为生物地理学之父 c:44
华莱士通过大量的观察和采集到的标本，最终得出了左右生物学研究进程的见解：物种会变化。“每个物种出现的地理位置与年代，都与先于它存在的相似物种非常一致。”他反复地写到这一点，有时还会用斜体强调。[插图]通过生存竞争，适者得以存活、繁殖，并把有利性状传递给后代。也就是说，它们通过自然选择而演化。 c:35
托马斯·亨利·赫胥黎（Thomas Henry Huxley）因为激进地捍卫自然选择理论而享有“达尔文的斗犬”之称，他也曾远航到澳大利亚和新几内亚，在那里研究海洋无脊椎动物。 c:24
对微生物而言，每个宿主其实都是一座岛屿，一个被虚空包围的世界。 c:75
人体皮肤上的微生物主要有丙酸杆菌、棒状杆菌和葡萄球菌，在肠道中居主导地位的是拟杆菌，阴道中的则是乳酸杆菌，霸占口腔的是链球菌。 c:113
许多疾病或身体状况的变化，比如肥胖、哮喘、结肠癌、糖尿病、自闭症等，都伴随着体内微生物的变化。这表明，微生物的变化最起码可以作为疾病的标志，严重的甚至可能是直接的病因。 c:79
我们现在知道，微生物形塑了生物圈中不同物种之间的巨大差异。它们与动物紧密共生，动物的生命活动是通过与微生物的相互作用而形成的。在我看来，这是生物学继达尔文之后最重要的学科革命。” c:75
在理论诞生之前，我们需要收集、分类、编目，需要付出各种艰苦劳动。罗布·奈特解释道：“面对一片未知的新大陆，你若想了解这里‘为什么’会有这些东西、它们为什么在这儿，首先你需要找出它们在哪儿。” c:47
对疼痛不敏感、抗癌症、寿命极长，极不善于控制自己的体温，精子多畸形、不健全。 c:25
现在还只是个假说，但核心设想是，为了让你获得做很多奇特事情的能量，你身上的微生物会提前适应。” c:48
哺乳动物的乳汁中含有婴儿无法消化的特殊糖类，但某些微生物却可以消化它们。当母亲用母乳喂养孩子时，她不只喂养了孩子本身，还给孩子喂了第一撮微生物，并确保这些“开拓者”顺利地定居在婴儿的肠道内。 c:69
气味、健康、消化、成长，以及其他许多我们曾经认为完全独立发展自“个体”的特质，其实是宿主和微生物斡旋交涉的复杂结果。 c:82
你的基因组很大程度上与我的一样，但我们的微生物组可能迥异（病毒组的差异更大）。或许，比起“我包罗万象”，“我就是万象”是更恰当的表述。 c:74
为什么像人类和细菌这样如此不同的有机体可以一起生存、合作？因为我们拥有共同的祖先，用相同的编码方法存储DNA信息，都把ATP分子作为通用的能量货币。所有生命都一样。 c:74
一些微生物容器付钱买票、穿过大门，看向笼子里另一些四处走动、形状不同的微生物容器。上万亿的微生物乘着羽毛覆盖的身体飞过鸟舍，另一些则成群招摇地爬过树枝、穿过天窗。一大群细菌挤在那条黑色炉前毯的尾部，释放出一股热爆米花味。这是一个生机勃勃的世界该有的样子，虽然我现在无法通过肉眼看到它们，但它们终将可见。 c:28
19世纪中叶，微生物研究出现了一些改变。这要归功于一位名叫路易·巴斯德（Louis Pasteur）的人。这个极度自信、不惮与他人辩论的法国化学家，接连证明了细菌会令酒变味、让肉腐烂。他辩称，既然细菌可以促进发酵和腐烂，那么它们也很有可能导致疾病。 c:18
这种伙伴关系得到了一个新的专有名词：共生（其词源由希腊语的“共同”和“生存”构成）。[插图]这个词本身是中性的，可以用来描述任何形式的共存。如果一方受益、另一方付出代价，二者就构成寄生关系（parasite）〔如果会引起疾病，那么其中一方就是病原体（pathogen）〕。如果一方受益，且不影响宿主，那就是共栖关系（commensal）。如果寄宿者反过来有益于宿主，二者就构成互助关系（mutualist）。所有这些共存类型，都归属在共生范畴内。 c:134
俄罗斯的诺贝尔奖获得者埃利·梅奇尼科夫（Élie Metchnikoff）把这种看法发挥到了极致。他曾被形容为“陀思妥耶夫斯基小说中一个歇斯底里的角色”,[插图]他的身上体现出了极强的自我矛盾：作为一个深度的悲观主义者，他曾至少两次试图自杀，但却写下了一部名为《延寿：关于乐观主义的研究》（The Prolongation of Life: Optimistic Studies）的著作。 c:27
人们对于微生物的态度也有所改变。这得感谢代尔夫特学派的微生物生态学家。他们意识到，不应该把细菌看作单个的个体而孤零零地放进试管研究，而应该把它们视为生活在各个栖息地（即宿主动物）中的群落来研究 c:39
西奥多·罗斯伯里（Theodor Rosebury）是一名口腔微生物学家，他于1928年开始统合人类微生物群系的研究工作。历时30余年，他收集自己能找到的每一项相关研究，最终于1962年把这些细碎的丝线织成了一张结实的挂毯：他撰写了一本具有开创性的大部头专著，《人类原生微生物》（Microorganisms Indigenous to Man）。 c:26
“面对一个具有生命的有机体，只有通过研究它与其他一切事物的关系，才能彻底理解它。这是他一生的信条。” c:49
20世纪60年代末，年轻的美国科学家卡尔·乌斯（Carl Woese）开始了一项古怪但非常精专的小研究：他收集了不同种的细菌，分析了一种存在于所有收集到的细菌中的核糖体分子——16S rRNA。 c:36
当时的生物学家完全依靠体表特征来推断物种间的关系：比如体型大小、身材形状，以及细微的解剖特征差异。乌斯认为，他完全可以做得更好。他的方法就是检测所有生物都携带的生命分子：DNA、RNA和蛋白质。这些分子会随着时间的流逝而逐渐分化，亲缘关系越近的相似度就越高。乌斯相信，如果能找到那个对的分子，再比较足够多物种的亲缘关系远近，生命之树的演化枝干就将清晰显现。[插图] c:33
他当时应该大喊“尤里卡（Eureka）”[插图] c:22
他们最终于1984年发表了该项研究结果，[插图]这也标志着人类第一次只凭基因就能够发现新物种，而这绝不是最后一次。 c:29
走进荷兰阿姆斯特丹阿提斯皇家动物园（Artis Royal Zoo）的大门，你会看到一幢两层楼高的建筑，其侧面的墙上有一幅大步行走的巨大人像。这个人像由毛茸茸的小球拼成：橘色的、米色的、黄色的，还有蓝色的，它们代表了人体内的微生物。他向路过的游客挥手，仿佛在友好地邀请他们进来参观这座微生物博物馆（Micropia）。这是全世界第一座以微生物为主题的博物馆。 c:49
乔治·艾略特在《米德尔马契》中写道：“确实，那些伟大的创始者要等升到天上，成为明星，左右着我们的命运以后，才会引起我们大多数人的重视。 c:48
它的身体底部有两个腔体（也是发光器官），里面充盈着一种名为费氏弧菌（Vibrio fischeri）的发光细菌，它们会向下投射微光。 c:21
一个费氏弧菌接触乌贼不会发生什么；两个呢？依然没动静。但是如果达到五个，乌贼基因中的计数器就会启动。这些基因会让乌贼生成一种含有多种抗菌化学物质的混合物，令费氏弧菌免受伤害，但同时又让周围环境变得不适合其他微生物生存。其他基因会指导合成并释放一种酶，这种酶能分解黏液，并产生一种吸引更多费氏弧菌的物质。 c:42
该过程不仅在动物的基因指令下进行，也受微生物基因的影响。个体的发育裹挟在微生物与动物的持续协调之中——多个物种共同互作，但具体影响的是其中一种物种的发育过程。而这正是整个生态系统的运作方式。 c:91
无菌动物非常可怜，它们生命历程中的每一个关键节点，几乎都需要人工替代品来补充所缺乏的细菌，”西奥多·罗斯伯里写道，“它就像一个脆弱的孩子，我们只能把它放在玻璃后面，隔绝外界所有的侵害。 c:42
无菌动物的怪异生物学在肠道中体现得最为明显。一条运作良好的肠道需要巨大的表面来吸收营养，这也是为什么肠壁上密密麻麻地排列着手指状的突起。流经肠道的食物会严重地磨损表皮细胞，所以需要不断地再生更新。表层下面必须分布丰富的血管网络，因为需要运载和输送营养物质。肠壁应该密而不漏——细胞间必须紧紧相连，防止外来分子（和微生物）渗漏到血管中。如果没有微生物的参与，所有这些基本属性都会大打折扣。在无菌环境下长大的斑马鱼或小鼠，其肠道无法充分发育，指状突起较短，肠壁容易渗漏，血管看起来更像是稀疏的乡间小路，而不是密集的城市电网；与此同时，细胞本身也缺乏再生的驱动力。如果适当地给这些动物施予微生物或单独的微生物分子，就可以简单地矫正许多小缺陷。[插图] c:30
到了一定时候，幼虫会定居于某处。它们不再像年轻时那样四处游荡，而是重塑自己的身体，转变成定栖的成体。这个过程即为变态（metamorphosis），是它们生命中最重要的时刻。 c:39
对华美盘管虫来说，一个干净、无菌的烧杯就是彼得潘的梦幻岛。在那里，它永远不会长大、成熟。 c:19
海洋里充满了这些动物的幼体，它们只有接触细菌后才会完成完整的生命周期。 c:23
菌膜的存在为动物的幼体提供了很多重要的生存信息：（1）有一个提供可附着表面的固体底物；（2）细菌已经在这里存在了一段时间；（3）周围环境中没有太多毒素；（4）有足够的营养来维持微生物的生存。这些都是促使它们定居下来的充分条件。 c:52
只要扁形虫的一段包含足够多的共生细菌，它便可以再生出一个完整的活体；如果共生菌太少，那么这一段就会死去。与我们的直觉相反，这意味着扁形虫唯一不能再生的部位，是不含细菌的头部。它们的尾巴上可以重新长出一个脑袋，但单靠脑袋却长不出一条尾巴。 c:52
我们的身体不断地由体内的细菌建造和重塑。我们与它们的关系不是一锤子买卖，而是持续的协商和周旋。 c:46
动物的基因组并没有为一个成熟免疫系统的建立提供所需的一切。该过程还需要微生物的贡献。 c:33
炎症必须在正确的时间点被触发，并适当地加以控制。抑制和激活它同样重要。而这两方面的工作，微生物都能胜任。有些微生物会刺激“鹰派”免疫细胞的反应、触发炎症，另一些则会诱发“鸽派”抗炎细胞。 c:40
人们对免疫系统的传统描述，充斥着敌对意味的军事术语。我们把它视为一种防御系统：判定“自我”（我们自己的细胞）和“非我”（微生物和其他一切）；保护自我，抵御非我。但是现在可以看到，微生物从一开始就打造和调整了我们的免疫系统！ c:20
免疫系统并不只是控制微生物的手段，它至少部分地由微生物控制。这是我们体内“万物”保护我们的另一种方式。 c:54
棒状杆菌（Corynebacterium）把汗水转换成闻起来像洋葱的东西，把睾酮转换成闻起来像香草、尿液或者什么都不像的物质，这些完全取决于闻者的基因。 c:71
因此，通过制造随空气传播的信息，微生物可以超越宿主，在更广阔的范围内影响其他动物的行为。如果的确如此，它们会影响宿主本身的行为也就毫不奇怪了。 c:32
马兹马尼亚表明，肠道微生物会影响免疫系统；帕特森发现，免疫系统会影响大脑发育。他们意识到，帕特森实验中那些患有肠道问题的小鼠，与真实世界中的自闭症儿童有共同点：都更容易产生腹泻等胃肠功能紊乱问题，并且肠道内的微生物很不寻常。二人推测，这些微生物以某种方式影响了小鼠和儿童的行为表征。他们甚至更进一步地推测：解决肠道问题可能改变行为。 c:68
我们如此珍视自由意志，害怕被看不见的力量剥夺独立性，这无疑是深藏在人类社会中的恐惧之一。就像一部最黑暗的小说，充满了奥威尔反乌托邦式的隐喻、藏在暗处的阴谋，以及控制我们心灵的超级反派。但事实证明，这种没有大脑的微观单细胞生物一直存在于我们体内，并在幕后操纵着我们的命运。 c:101
情绪变化时，我们会没胃口；当我们感到饥饿时，情绪也会变化。精神状况和消化问题往往紧密相连。生物学家用“肠——脑轴”（gut-brain axis）来描述连通肠道和大脑之间的双向线路。 c:95
交换动物肠道内部细菌的同时，也交换了它们的一部分个性。 c:110
共生的微生物仍然自成一体，它们也需要拓展自己的利益，在演化的战场上拼杀。它们可以是我们的合作伙伴，但不是我们的朋友。即使在最和谐的共生关系中，也总有冲突、自私和背叛。 c:95
这种细菌所采用的全部策略都不利于雄性，因为沃尔巴克氏体只能通过动物的卵把自己传递到下一代宿主，而精子太小，容纳不下它们。雌性给了它们通向未来的车票，雄性只会带着它们走入演化的死胡同。所以，沃尔巴克氏体演化出了许多方法，欺骗雄性宿主，扩大雌性群体占有的地盘。它像赫斯特的蝴蝶一样杀死雄性，或者像里高的木虱一样使雄性变成雌性，甚至可以像斯陶特海默的黄蜂一样允许雌性无性繁殖，完全排除雄性存在的必要。这些手段都不是沃尔巴克氏体独有的，但它是唯一能够用全这些策略的细菌。 c:63
每10种节肢动物中，至少有4种会感染沃尔巴克氏体。这个比例听起来十分荒诞。要知道，节肢动物包括各种昆虫、蜘蛛、蝎子、螨虫、木虱等，动物界中现存的大约780万种物种都属于节肢动物。如果沃尔巴克氏体感染了其中的40%，那么几乎可以说，它是世界上最成功的细菌，至少是陆地上的王者 c:23
这是斑幕潜叶蛾制造的结果，它的幼虫住在苹果树的叶片里，且几乎都携带着沃尔巴克氏体。微生物在这种昆虫体内释放激素，阻止叶片变黄枯萎。它们让幼虫拖慢秋天的脚步，给自己足够的时间蜕化成蛾。如果消灭了沃尔巴克氏体，叶片便会凋零，里面的毛虫也会随之死去。 c:23
因此，沃尔巴克氏体是一种多面的微生物。它们可以是自私的寄生虫，无所不用其极，搭载宿主的翅膀和腿脚散布到世界各地；它们杀死动物，破坏其生理功能，并对宿主的择偶施加限制。但它们中的另一些则是互助主义者，给予恩惠，是动物不可或缺的盟友。还有一些二者均沾。而在微生物的世界里，沃尔巴克氏体也不是唯一如此多面的存在。 c:25
事实证明，肠道细菌不仅没有保护毛虫，反而被Bt借来杀死毛虫。它们留在肠道中时是无害的，但却可以通过由Bt毒素在肠道上蚀出的孔而侵入昆虫血液。毛虫的免疫系统一感受到这些微生物的存在，便会陷入狂暴状态，制造一大波炎症，并传播至毛虫身体各处，损害各种器官、阻断血液流动。这便是败血症，也是昆虫死得如此快的原因。 c:44
某些细菌可以把它们的宿主变成吸引疟蚊的磁体，其他细菌则能把这种小吸血鬼拒之门外。你是不是也曾好奇，为什么二人同时穿过一片郁郁葱葱的森林，一个被叮成筛子，另一个则毫发无伤、轻松一笑？其中一部分答案就藏在你的微生物中 c:53
所以，共生并非毫无代价。它们既能帮助宿主，也会捅出娄子。它们需要喂养、寄住和传播，一切都在耗费能量。最重要的是，与所有其他有机体一样，它们有自己的利益目标，但也经常与宿主发生冲突。 c:32
每段共生关系背后都多多少少暗藏敌意，只有通过适当的规则加以约束以及精心地调节，才能保持互利状态。尽管人类拥有智慧、能够掌握互利关系的意义，但在人类事务中，互利的伙伴关系也不容易维持。低等生物更是没有这样的理解能力来帮助它们保持关系。相互成立的伙伴关系在建立之初多是盲目的，是他者无意间造就的一种适应。 c:101
运作良好的伙伴关系其实是一种互惠的剥削，这很容易理解。“两个合作伙伴都可能从中受益，但是其内部固有一种紧张关系。共生是冲突，是永远不能完全解决的冲突。 c:92
生命史上的每一次重大转型——从单细胞到多细胞，从个体到共生体——都不得不解决同样的问题：如何克服个体的私利，形成合作的团体？ c:69
首先，每个物种的每个身体部位，各自都有动物学意义上的“水土条件”：特定的温度、酸碱度、含氧量，以及其他决定特定微生物可以在那里生长的条件。 c:23
自始至终，“位置”都非常重要：微生物可以很容易地从有益的盟友转换为致命的威胁，一切都取决于它们身处何方。 c:67
肠道里云集了数以万亿计的细菌，只有一层上皮细胞（也是隔开其他器官的细胞）阻止它们穿透肠道壁，不然它们就能到达血管，并被带往其他身体部位。肠道的上皮细胞是我们与微生物伙伴的主要接触点，也是最脆弱的防线。 c:37
黏液由黏蛋白大分子构成：每个分子都由蛋白质构成一条主链，然后分出千万个糖分子分支。这些糖允许多个黏蛋白缠结在一起，形成一片密集、几乎不可渗透的荆棘丛，这一道黏液长城能够阻止有害微生物穿透并进入身体。 c:41
大多数病毒主要感染和杀死微生物。它们便是噬菌体，顾名思义，就是细菌吞噬者。 c:52
几年前，罗威尔团队的成员杰里米·巴尔（Jeremy Barr）注意到，噬菌体特别喜欢黏液。在一般环境下，细菌细胞和噬菌体的比例大致是1∶10。[插图]而在黏液中，这个比例达到了1∶40。 c:23
噬菌体（记住，噬菌体是病毒）能与包括人类在内的动物形成互惠关系。它们保证把我们的微生物数量控制在一定范围内；作为回报，我们为它们提供一个充满细菌的环境，供它们寄生。 c:71
如果有任何微生物能成功地穿过黏液、噬菌体和抗菌肽的重重防守，并偷偷地穿过上皮细胞——不必高兴得太早，因为另一边还有一个营的免疫细胞等着吞噬并销毁它们。这些免疫细胞不只停驻在一边，而是会十分主动地穿过上皮细胞去检查另一侧的微生物，仿佛透过栅栏的板条向另一边窥探。它们一旦在“非军事区”发现细菌，就会马上开始实施抓捕，再把它们带到另一边吃掉。吃多了这些不守规矩的“犯罪分子”，免疫系统也就愈发清楚哪些细菌会在黏液中逗留，从而可以提前制备抗体，准备其他合适的对策。[插图] c:33
防止病原体入侵只是一项额外技能。免疫系统的主要功能是管理我们与体内常驻微生物的关系：更关乎平衡和良好的管理，而不是防御和破坏。 c:129
为了让第一种微生物定植于新生儿体内，一种特殊的免疫细胞会抑制身体的防御系统——这就是为什么婴儿新生后的六个月内极易受到感染。[插图]人们通常认为婴儿此时的免疫系统尚不成熟，但事实并非如此，是它故意给微生物敞开了一扇可以自由进入的窗口，让后者得以生存生长。但是，没有免疫系统的选择能力，哺乳动物的婴儿如何确保获得正确的微生物菌群呢？母亲会帮助他们。母乳中富含控制成年人微生物菌群的抗体，婴儿通过母乳摄取这些抗体。 c:75
这些低聚糖能够完好无损地通过胃和小肠，最后抵达大肠——那里生活着大多数细菌。那么，低聚糖也许并不是给婴儿的食物，而是给微生物的食物？ c:76
婴儿双歧杆菌占据地盘，也赚取相应的回报。它消化HMO时，会释放短链脂肪酸（SCFAs）喂养婴儿的肠道细胞。因此，当母亲用母乳滋养这种微生物时，后者也会反过来养育婴儿。通过直接接触肠道细胞，婴儿双歧杆菌还刺激它们制造黏附蛋白，密封肠道细胞间的间隙，另外也会制造调整免疫系统的抗炎分子。这些变化，只在婴儿双歧杆菌食用HMO而生长时才会发生。如果它得到的是其他乳糖，那么也能生存下来，但不会参与和婴儿细胞相关的任何互动。它只有在接受母乳喂养时才能释放出全部的有益潜能。同样，对一个孩子而言，母乳可以提供的所有好处也必须经由婴儿双歧杆菌才能实现。 c:68
母乳到底是什么？杰曼是对的：它远不止是一袋化学成分；它同时滋养着婴儿和婴儿双歧杆菌。这是一个初步的免疫系统，可以防止更邪恶的微生物入侵。母亲正是通过这种方式，从第一天开始就确保宝宝能交上正确的伙伴。[插图]母乳帮助宝宝为迎战未来的生活挑战做好准备。 c:33
这个过程与古老的细菌转化为线粒体相仿，而我们离了线粒体就不能生存。 c:15
他在研究一种生命周期为13年的周期蝉时注意到了这一点。这种黑体红眼的虫子，生命中的大部分时间都以若虫形态藏在地下，从植物根部吸取营养。13年暗无天日的日子过去之后，这些蝉会同时蜕化，然后把粗腔横调的合唱注入空气。经过一波疯狂的交配，它们会在同一时间死去，腐败的躯壳覆满大地。 c:13
他之前总是把共生视为一种积极的力量，认为共生能为合作伙伴提供好处与机会，但现在却发现它也可以是一个陷阱，合作伙伴在依赖共生的过程中变得越来越脆弱。 c:30
鲨鱼是一个健康珊瑚礁生态系统的指示 c:16
事实证明，导致这一切的是溶解在海水中的有机碳（简写为DOC），从本质上而言，就是水中的糖和碳水化合物。藻类在珊瑚礁上茂密生长时，会产生大量的DOC，并为珊瑚的微生物提供充足的食物。这些藻糖通常会沿着食物链向上流动，被食草鱼类摄入，最后进入鲨鱼体内；一条鲨鱼体内含有数吨藻类储存的能量。但是如果鲨鱼死亡，这些糖类就不再为鱼类供能，而是滞留在食物链的底层，成为微生物细胞的组成部分。微生物大快朵颐，因为爆炸性地增长而消耗完了周围的氧气，也继而窒息了珊瑚。 c:34
想想微生物导致的疾病，流感、艾滋病、麻疹、埃博拉、腮腺炎、狂犬病、天花、结核、瘟疫、霍乱和梅毒等。尽管这些疾病各不相同，但都遵循类似的发病模式。它们由单一微生物引起：感染细胞的病毒或细菌，以我们的健康为代价，不断繁殖，并引发可以预见的全身症状。这些致病因子可以经由人类鉴定、分离和研究，运气好的话，甚至可以被彻底消灭，终结病痛的折磨。 c:27
生态失调（dysbiosis）。该术语描述的是不平衡与不和谐代替了和谐与合作的状态。这是共生的黑暗面，也是迄今为止我们关注过的所有主题的黑暗面。 c:41
研究小组接着发现，肥胖人士（和小鼠）的肠道微生物群落不同于常人。最明显的区别在于两个主要肠道细菌群体的比例：和精瘦之人相比，肥胖人士的厚壁菌（Firmicutes）更多，拟杆菌更少。 c:52
肥胖个体肠道中的微生物组成不同，至少在某些情况下，这确实可以导致肥胖。微生物可能从啮齿动物的食物中获取更多热量，或者影响了宿主的脂肪储存方式。无论如何，结论都很明显，微生物不只是搭便车，它们有时也会抓住方向盘，左右整趟旅途的走向。 c:62
微生物很重要，但它们的主人，也就是我们，同样重要。正如所有的生态系统，我们的肠道环境不仅取决于体内的微生物物种，也取决于流经此处的营养物质。 c:93
试想象把一个球放入一个山谷，两边是陡峭的山坡。往一边推球，球滚上斜坡，然后减速，最终落回起始位置。要使球一直沿着斜坡滚到顶部再滚入相邻的山谷，就需要非常用力地一推，要不然就必须连推好几次。这就是生态系统的工作原理：应对变化，生态系统有一定的抵抗力，如果要把它们推入另一种状态，必须克服这种抵抗力。 c:31
可是在过去的半个世纪，我们通过提高卫生标准、开发抗生素、结合现代饮食，逐渐把“免疫恒温器”的标准调得更高，结果导致我们的免疫系统在无害的东西面前也变得十分“暴躁”，比如灰尘、食物中的分子、体内的常驻微生物，甚至是我们自身的细胞。 c:56
炎症性肠病（inflammatory bowel disease，缩写IBD）[插图]就是这种情况。它会引发严重的肠道炎症，表现为慢性疼痛、腹泻、体重减轻和疲劳。 c:21
与健康人群体内的菌群对比，IBD患者的微生物组常常缺乏多样性，也更不稳定。它缺乏抗炎的微生物，包括帮助纤维发酵的普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）和脆弱拟杆菌。占据它们位置且旺盛生长的，是诸如具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum）的炎性物质，以及大肠杆菌的侵入性菌株。 c:17
这些原则也适用于其他炎症性疾病，包括I型糖尿病、多发性硬化症、过敏、哮喘、类风湿性关节炎等。所有这些，都与误以为存在威胁而过于“热心”的免疫系统有关，它们发起了错误的攻击。 c:13
发达国家的儿童不再经历曾经困扰上一代的传染病，所以免疫系统缺乏“经验”，变得过于“神经质”。[插图]它们能在短期内更有效地保持健康，但对无害的触发物（如花粉）会产生过度的免疫应答。 c:50
接触更广泛的微生物种群可以改变生物体内的微生物组，并抑制过敏性炎症。至少，这在小鼠实验中成立。 c:66
我们现在知道，细菌分解纤维素时会生成一种化学物质，短链脂肪酸。这些物质会聚集并激活大量的抗炎细胞，使反应过度的免疫系统恢复平静。如果没有纤维素，我们的“免疫恒温器”会被调高，使我们更容易患上炎症性疾病。更糟糕的是，如果没有纤维素，我们肠道内饥饿的细菌会吞掉它们能找到的其他任何东西，包括覆盖肠道的黏液层。随着黏液层的消失，细菌更接近肠道内衬——在那里，它们可以触发其下免疫细胞的反应。如果没有短链脂肪酸加以限制，这些反应很容易走向极端。 c:56
但是，抗生素是一种极具震慑性的武器。它们杀死了我们想要消灭的细菌，同时也杀死了那些我们想要保留的细菌。就好像往城市投了一枚核弹，但其实只是为了消灭一只老鼠。 c:74
颇具讽刺意味的是，这种治疗手段的副作用可能会为更多疾病的入侵人体铺平道路。请记住，丰富、繁荣的微生物菌群能够构成对抗入侵的病原体的屏障。 c:70
一些拥有超强抗性的菌株，面对任何药物几乎都可以做到刀枪不入。[插图]与此同时，我们完全没有开发出新药以替代已经过时的抗生素。我们正在进入一个可怕的“后抗生素时代”。 c:45
20世纪90年代，布莱泽也曾破坏过幽门螺杆菌的声誉。当时的科学界已经知道它会引起胃溃疡，而布莱泽和其他人证实，幽门螺杆菌还会增加人类罹患胃癌的风险。直到后来他才意识到，这种微生物也有有益的一面：它会抑制胃酸回流、降低食管癌，甚至是哮喘的患病风险。现在，布莱泽一谈起幽门螺杆菌就充满感情。它是我们最古老的朋友之一，和人类纠缠了至少58000年。 c:59
在所谓“WEIRD”国家的人群身上，即西方的（West）、受过教育的（Educated）、工业化的（Industrialised）、富裕的（Rich）和民主的（Democratic）国家[插图] c:32
科学家常把“奥卡姆剃刀”原则挂在嘴边，即推崇简单、优雅的解释。我认为，科学家也和其他人一样，找到简明的解释理论后会感到无比舒畅。他们向我们保证，这个杂乱无章的世界其实是可以理解，甚至可以操纵的。他们承诺，我们最终可以畅言不可言喻之事，把控不可控制之物。但历史告诉我们，这个承诺往往不切实际。 c:55
在考虑微生物的医学用途，或者与之相关联的那串长到不可思议的疾病列表时，我们至少应该对此抱有谦卑之心。这个列表包括（但不限于）克罗恩病、溃疡性结肠炎、肠易激综合征、结肠癌、肥胖症、I型糖尿病、II型糖尿病、乳糜泻、过敏和特异反应、夸希奥科病、动脉粥样硬化、心脏病、自闭症、哮喘、特应性皮炎、牙周炎、牙龈炎、痤疮、肝硬化、非酒精性脂肪肝、酒精中毒、阿尔茨海默病、帕金森病、多发性硬化症、抑郁症、焦虑症、心绞痛、慢性疲劳综合征、移植物抗宿主病、类风湿性关节炎、牛皮癣和中风。 c:11
当你正在孕育一个不断长大的胎儿时，囤积脂肪和积累血糖是有意义的。但是，如果单看这些微生物菌群，你可能会得出“它们的主人即将患上慢性疾病”这样的结论，而实际上，她们只是即将为人母。 c:19
我们的星球已经进入人类世。这是一个全新的地质时期，人类的影响导致全球气候变化、自然环境丧失、生物多样性急剧下降。微生物也难逃此运。无论是在珊瑚礁上，还是在人类的肠道内，我们正在破坏微生物与宿主的关系，让已经合作了数百万年的物种分道扬镳。 c:39
小考拉六个月大时断奶，接着开始吃桉树叶。但它先会把鼻子和嘴巴紧贴着母亲的后背摩擦。作为回应，母亲会分泌一种半流质体（pap）让小考拉吞下。半流质体里充满了细菌，能帮助小考拉消化坚韧的桉树叶，而其中所包含的微生物数量是正常粪便中的40倍之多。如果没有吃下这“第一餐”，接下去无论吃多少餐，小考拉都很难消化桉树叶 c:36
放眼动物世界，我们对粪便的厌恶反而显得很不寻常。牛、大象、熊猫、大猩猩、老鼠、兔子、狗、鬣蜥、葬甲、蟑螂和苍蝇等许多我们熟知的动物都具有粪食性（coprophagy），即经常吃彼此的粪便。 c:63
水螅则通过触手上的细胞分泌毒素，像鱼叉一样射死水蚤和虾。九头蛇每被切断一个头，就会再长出两个头，而水螅也是再生专家。切断肢体？没问题。从里到外翻个个儿？还是能应对自如。 c:16
这是遍及整个动物王国的发展趋势：我们不只与过去恰巧出现的细菌朋友共舞。新的微生物会不断地侵入我们的生活，而每个物种都会从大杂烩般的候选人中选择具体的合作伙伴。 c:39
微生物也有自己首选的合作伙伴，并且许多微生物也已适应在特定的宿主上定植。 c:15
基因直接决定我们的身高或者大脑的大小，但它们不创造微生物。基因设定条件，而这些条件会对某些微生物有利，从而选择某些物种，摒弃另一些。 c:27
动物挑选微生物，微生物也挑选宿主，二者世世代代都组成伙伴关系，彼此紧密联结，可能把它们视为统一的实体更能说明问题。也许，我们应该把它们想象成整体。 c:51
全功能体（holobiont）。该词来源于希腊语，意为“整个生命单位”。它指的是一个有机体的集合，它们于生命中的重要阶段集中在一起生活。 c:26
请记住，经由自然选择的演化取决于三个条件：个体间必须存在差异（variation）；差异必须是可遗传的（heritable）；各差异必须具有影响其适应性（fitness）——生存和繁殖能力——的潜力。“差异”“遗传”“适应性”，如果满足这三个条件，演化的引擎便会开启，选择出能够连续且更好地适应环境的下一代。 c:110
他强调，全基因体的解释框架并不是说动物体内的每一个微生物都很重要。其中一些可能是随机出现的居民，一些是临时经过的路人，但是这其中应该有一小部分总是非常重要的。 c:16
两种金小蜂携带不同的沃尔巴克氏菌株：当它们交配时，这些处在竞争关系中的菌株会产生冲突，杀死大多数杂交后代。当博登施坦因用抗生素除去其中的沃尔巴克氏菌后，杂交后代活了下来。 c:19
一些拥有超强能力的微生物，可以如何让一些动物成为演化中的赢家。它们可以消化无法消化的食物，抵御不适宜生存的环境，吃下威胁生命的食物后还能活下去，或者在其他物种失败的时候获得成功。 c:13
细菌和其他微生物一次又一次地让动物超越自身的“动物性”，引诱它们闯入并占据生态环境中的犄角旮旯处，而这些地方原本并不可达；让它们获得原本不能承受的生活方式，吃下原本无法消化的食物；让它们突破天性、获得成功。 c:41
对于管虫体内的细菌来说，这种能量来源便是硫，或者更确切地说，是从热液喷口喷出的硫化物。细菌氧化这些化学物质，用氧化所释放的能量固碳，这就是化学合成（chemosynthesis），即使用化学能而不是光或太阳能来合成食物。进行光合作用的植物会把氧气作为一种废弃产物排出体外，进行化学合成的细菌则会排出纯硫，并在管虫的营养体内留下黄色的结晶。 c:53
死去的鲸会像天赐吗哪一般，缓缓地沉入海底，也随之创造出富含硫化物的环境，支撑起一个临时但充满生命力的化学合成生物群落 c:27
今天包括管虫在内的所有生活在热液喷口处的动物，都是从浅海物种演化而来的，而它们最终成了深海微生物的宿主。通过内化这些细菌，这些动物拿到了返回冥古的车票。那里既是冥古，也是所有生命的源头。 c:33
几十亿年来，细菌一直在进行基因的水平转移（horizontal gene transfers，简称HGT），但直到20世纪20年代，科学家才意识到这个现象的存在。 c:61
HGT是细菌生命中最深刻的一面：它允许细菌以惊人的速度演化。当面临新挑战时，它们不必等待正确的突变在现有的DNA中慢慢积累，它们从已经适应环境挑战的细菌中获取基因，从而纳入整个适应过程。 c:74
HGT为动物的基因组添加了新的变异，但是一旦这些跳跃着传播的基因到达新主人那里，它们仍然遵循旧有的自然选择规律。有害的基因与它们的新主人一起死去，有益的基因则传递给下一代。这是经典的达尔文主义，还是那个意味，唯有演化速度发生了变化。 c:20
微生物的基因和动物结合，为后者赋予了有用的微生物能力。而这一过程也可以使微生物自身颓败、衰竭，直到完全消失，仅仅留下一些基因遗存。 c:33
它们几乎是生命的同义词，是基因组不可或缺的一部分。这组基因总共有20个，一些共生体已经失去了其中的好几个，特朗布莱菌则是彻底没有。然而它还存活着，因为它的合作伙伴——宿主昆虫与该细菌内部的其他细菌——补偿了消失的基因。 c:20
数据讲出的故事或许很荒谬，但它们从不撒谎。它们告诉我们，柑橘粉蚧是至少六种不同物种的混搭，其中五种是细菌，有三种甚至已经不复存在。它通过前共生体的基因控制细菌、制造物质，完善它与现有共生体之间的关系。 c:26
防御性微生物的存在并不奇怪。很显然，保护寄主免受伤害也可以保障自身的成功生存，而且细菌大多非常擅长制造抗生素。但是汉氏抗菌自己不产抗生素。测序了汉氏抗菌的基因组后，研究人员才揭示了其防御力的真正成因：它有大约一半DNA都属于病毒。这是一种噬菌体，我们在之前章节中提到过的爱待在黏液中的细长腿病毒，就是一种噬菌体。 c:29
一种昆虫、一种细菌和一种噬菌体已经形成了紧密的联盟，可以抵抗寄生的茧蜂对三者构成的共同威胁。 c:18
这是共生的力量：它允许微生物中逐步发展出来的突变，在很短时间内给予宿主同样的突变。我们可以让细菌替我们完成费时耗力的演化工作，然后通过与它们建立联系，快速地改变自己。如果与细菌的联盟对我们彼此都有益，那么这种形式可以以惊人的速度传播开去。 c:42
我们周围的世界储存着数量巨大的潜在的微生物伙伴。每一口食物都可以带来新的微生物，帮助我们消化之前无法分解的部分，消除曾经不可食用之物中的毒素，或杀死从前抑制我们人类数量的寄生虫。每个新的合作伙伴都可能帮助它的宿主多吃一种东西，多行一点远路，多活一些岁月。 c:22
遇见合适的伙伴纯凭运气，但人类并不受此限制。我们能够创新，善于计划，专注于解决问题。比起其他动物，我们的巨大优势在于知道微生物的存在！我们设计出可以观察到它们的仪器，我们也可以专门培育它们，以及拥有相应的工具去解释其存在规律、摸清我们之间共生关系的实质。我们因此获得能力，可以主动操纵这些伙伴关系。我们可以用全新的健康微生物替代衰败的菌群，进而提高自身的健康水平。我们可以创造新的共生关系，以此抗击疾病。我们也可以有针对性地打破那些威胁人类生命的古老联盟。 c:41
当人们明白微生物不是动物的敌人，而是整个动物王国的基础后，医学就会大变样。是时候与这种思维告别了：把微生物与我们的关系比喻成战争，认为人类战士应该不计代价地清除细菌。也许，温和、微妙的园艺劳作更适合类比人类对共生关系的新认知：我们确实必须拔除杂草，但也要培养肥沃的土壤，洁净空气，栽种更愉悦视觉的植物。 c:37
微生物菌群具有天然的弹性：被“击中”后会反弹。它们也是不可预测的：如果你改变、调整它们，最终结果可能一发不可收拾。添加一个所谓“有益”的微生物，很可能会挤掉我们同样依赖着的另一些微生物；而丢失一个据说“有害”的微生物，可能会让更糟糕的机会主义者趁机取而代之。这就是为什么塑造整个微生物世界的尝试至今都鲜获成功，令人费解的挫折却频频遭遇。 c:45
益生菌翻译成英语是probiotic，意为“为生命好”，在语源和意思上都刚好与抗生素（antibiotic）相反。抗生素被制造出来，是为了除去我们体内的微生物，而益生菌意味着有意地添加它们。 c:35
通过监测志愿者的肠道微生物组，戈登的团队证实了这一点。志愿者每天食用两次达能碧悠酸奶（Activia），持续7周。酸奶中的细菌既没有定植在志愿者的肠道内，也没有改变肠道中的微生物组成。 c:35
给细菌提供的食物与细菌本身一样重要，食物能让细菌在非常恶劣的环境中定植并生长。 c:31
互养菌和产甲酸草酸杆菌教给我们的第二点启示是团队合作。没有细菌能在真空中存活。不同的物种通常会形成一张相互喂养、彼此支持的复杂网络。即使看起来仿佛是单个微生物就能解决的具体问题，但微生物的持续存活可能需要一个团队来支持。 c:26
因此，更聪明的生产益生菌的方法，是创造一个共同协作的微生物菌群。 c:19
与使用任何孤立的菌株相比，用微生物的协作网络来调整微生物组肯定更有意义。 c:30
医生中流传着一种说法：没有所谓的“替代医学”，如果治疗手段起作用，那就是医学。 c:14
奥尼尔计划在野外释放足够数量的携带沃尔巴克氏体的蚊子，创造一个完全抗登革热的种群。他在凯恩斯释放的是第一批。这一批蚊子凝聚了奥尼尔几十年的艰辛付出，还有无数次令人扼腕的挫败。“仿佛投入了我的整个人生。”奥尼尔说道。 c:14
短短四个月内，抗登革热的蚊子几乎完全取代了原生蚊子。这是历史上第一次，科学家通过改变野生昆虫种群阻止了它们传播人类疾病。共生促成了这一切。 c:31
每个人每小时大约会喷出3700万个细菌，这意味着我们的微生物组不仅处于身体内部，还会不断地扩散到周围的环境中。 c:53
我包罗万象，但只“包罗”了一部分，剩下的像鲜活的光环一般围绕着我，延伸进周围的世界。 c:11
室外空气中充满了来自植物和土壤的无害微生物，室内空气中则含有大量不成比例的潜在病原体，主要来自患者的口腔和皮肤，通常在室外非常罕见。可以说，患者把自己浸泡在了自己的“微生物汤”里。而解决这个问题的最佳方式很简单：开窗通风。 c:56
科学之所以能够打动人，除了它的严谨与有用，还有面对未知的兴奋和好奇，不断探索求真的执着，探索路程上的茅塞顿开。 c:17
科学不是供奉在象牙塔里的东西，它存在于我们的身边，影响着我们的生活，陪伴着人类的文明。而正是因为有了这样精妙、优秀的作品，我们才得以了解科学如此丰富的面貌，更多人会获得继续去探索、去奉献、去讲述、去书写的激励。 c:14