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第三章 微生物 你和地球都是属于微生物的（第1页）

第三章微生物：你和地球都是属于微生物的

“青霉素的故事，我们还没有走到结尾。也许我们才刚刚开始。”

——亚历山大·弗莱明（AlexanderFleming），诺贝尔奖获奖致辞，1945年12月

I

深吸一口气，你兴许认为自己的肺部充满了富含生命的氧气。其实不然，你吸入的空气中有80%都是氮气，它是大气中最丰富的元素，也对我们的存在至关重要，但并不与其他元素相互作用。当你吸气，空气中的氮进入你的肺部，之后又直接排出，就像是心不在焉的购物者溜达进了错误的商店。要把氮利用起来[1]，它必须转化为更友好的形式，如氨，而替我们完成这项转换工作的是细菌。没有它们的帮助，我们会死，确切地说，我们根本不可能存在。是时候该向你的微生物表达谢意了。

你是数万万亿微小生物的家园，它们为你带来了数量惊人的好处。它们分解你无法利用的食物，为你提供大约10％的卡路里，并在此过程中提取有益的营养物质，如维生素B2、B12和叶酸。根据斯坦福大学营养研究主任克里斯托弗·加德纳（Christardner）的说法，人类生成20种消化酶[2]，这在动物界算是一个相当可观的数字，但细菌所产生的酶，数量是人类的500~1000倍。“没有它们，我们生活的营养将会大大减少。”他说。

从个体来看，细菌趋于无限小，其生命也极为短暂。细菌的平均重量是一张美元纸币的万亿分之一[3]，寿命不超过20分钟——但从集体上看，它们无比强大。你生而获得的基因，就是你日后所拥有的基因。你没法购买或者交换得到更好的基因，但细菌可以在彼此之间交换基因[4]，好像《宝可梦》里的卡牌一样，而且，它们可以从死去的邻居那里获取DNA。这种水平基因转移大大加速了细菌适应自然或科学条件的能力。细菌DNA的校正也没那么严格，因此，它们经常变异，具有强大的遗传灵活性。

在变化速度上，我们根本没法跟它们匹敌。大肠杆菌可以在一天内繁殖72次，这意味着，它们在三天内产生的新世代数量，跟人类整个历史繁衍出的同样多。理论上，单个亲本细菌[5]可以用不到两天的时间产生出数量大于地球重量的后代。三天之内，它的后代[6]就将超过可观察宇宙的质量。很明显，这种情况永远不会发生，但陪伴我们的细菌数量，远远超过想象。如果你把地球上所有的微生物放在一堆[7]，而将其他所有动物生命放在另一堆，微生物堆将比动物堆高出25倍。

别弄错了。这是一个微生物的星球。我们能在这儿，多亏了它们心情好。它们完全不需要我们；可没有它们，我们一天都活不了。

我们对于人体内外的微生物知之甚少，因为它们绝大多数无法在实验室生长，研究起来极其困难。可以这么说，你坐在这里的此刻，很可能就有大约40，000种微生物[8]把你当成家园：你鼻孔里有900种，脸颊上有800多种，牙龈旁边有1300种，胃肠道里有多达36，000种，不过，这些数字会随着新的发现而不断调整。2019年初，剑桥附近的维康桑格研究所（WelleSanger）做了一项仅包括20人的研究，便发现了105种全新的肠道微生物。根据你是婴儿还是长者、你在哪儿和谁一起睡觉、你是否服用抗生素、你是胖还是瘦等因素的不同，肠道微生物的具体数字也有所不同。（瘦人比胖人有更多的肠道微生物。瘦人拥有吃不饱的微生物，至少部分地解释了他们为什么瘦。）当然，这还仅仅是微生物的种类数量。就微生物个体而言，其数量无法想象，根本数不清：至少得以万亿为单位。你的私人微生物总重[9]约1。3公斤，跟你大脑的重量大致相同。有人甚至开始将微生物菌群形容为我们的一种器官。

多年来，人们普遍认为，我们每个人体内的细菌细胞数量是人自身细胞数量的10倍。这个自信满满的数字来自1972年的一篇论文，事实证明，这篇论文大体上是出于猜测。2016年，来自以色列和加拿大的研究人员[10]进行了更仔细的评估，并得出结论：我们每个人含有大约30万亿个人体细胞，以及30万亿~50万亿个细菌细胞（具体的数字取决于许多因素，如健康和饮食），故此，两者的数量基本相同。虽然，有一点应当指出，我们自己的细胞里有85%是红细胞，由于它们没有任何常见的细胞机制（如细胞核和线粒体），并不是真正的细胞，仅仅是血红蛋白的容器。另一个考虑因素是细菌细胞很小，而人类细胞相对较大，因此，光从质量的角度来说，人体细胞无疑更重要，更何况，人体细胞也远为复杂。再说一遍：从基因上看，你体内大约有2万种你自己的基因，但兴许还有多达2000万种细菌基因，故此，从这个角度来看，你大约有99%是细菌，不到1%的“你”。

微生物群落可能具有惊人的个体特异性[11]。虽然你我的身体内部各有数千个细菌种群，但我们两人之间，可能只有极小一部分共同的细菌种群。微生物就像是不留情面的管家。比如，你和伴侣发生性行为，彼此会交换大量的微生物和其他有机物质。按一项研究的估计，光是热情的接吻，就能让10亿个细菌从一张嘴转移到另一张嘴，此外还包括大约0。7毫克蛋白质、0。45毫克盐、0。7微克脂肪和0。2微克“其他有机化合物”（也就是食物残渣）。[1]但是一旦狂欢结束，两名参与者体内的常驻微生物就会开始一场彻彻底底的大扫除，在短短一天之内，双方的微生物特征将多多少少完全恢复到两人舌头相接之前的状态。偶尔会有一些病原体潜伏下来，这就是你染上疱疹或感冒的原因，但这属于例外情况。

幸运的是，大多数微生物与我们无关。有些微生物仁慈地居住在我们体内，叫作“共生体”。只有一小部分的微生物让我们生病。在已确定的大约100万种微生物中，只有1415种微生物会引起人类疾病[12]——这个数量其实非常之少。反过来说，它们仍然是人感染疾病的主要途径，这总计1415种没有意识的微小实体，共同导致了地球上13的死亡率。

除了细菌，你的个人微生物储备还包括真菌、病毒、原生生物（变形虫、藻类、原生动物等）和古生菌，在很长一段时间里，我们都以为古生菌也是细菌，但它其实代表了另一脉完整的生命形式。古生菌非常像细菌，因为它们非常简单，没有细胞核，但它们对我们有很大的好处，任何已知的人类疾病都不是由它们引起的。它们带给我们的只是一种气体——甲烷。

有必要记住，所有这些微生物在其历史和遗传方面几乎没有任何共同之处[13]。它们的唯一共同点就是渺小。对于所有这些微生物而言，你不是一个人，而是一个世界：你是极其丰富的生态系统所构成的一笔庞大财富，你有着方便投入的机动性，外加打喷嚏、抚摸动物、洗澡洗得还不够真正频繁等对它们大有助益的习惯。

II

用英国诺贝尔奖获得者彼得·梅达沃（PeterMedawar）的不朽名言来说，病毒就是“一个包裹在蛋白质里的坏消息”。实际上，很多病毒根本不是坏消息，至少对人类而言不是。病毒有点奇怪，并不能算生命，但又绝非死物。在活细胞之外，它们是些惰性的东西。它们不吃，不呼吸，不做太多其他事情。它们没有行动的手段。它们不推动自己，只是搭便车。我们必须出门才会收集到它们——从门把手上，从握手之间，或从我们呼吸的空气里吸入。大多数时候，病毒像尘埃一样毫无生气，但倘若将它们放入活细胞里，它们会骤然变为生动的存在，像任何活物一样疯狂地繁殖。

和细菌一样，病毒非常成功。疱疹病毒已经延续了[14]数亿年，感染了各种动物——甚至连牡蛎也没逃过。它们同样小得可怕——比细菌小得多，用传统显微镜看不到。如果你把一个病毒吹成网球大小[15]，那么，按照同等放大比例，人将高达500英里。相较而言，细菌大约有沙滩球那么大。

“virus”（病毒）这个词的现代含义（指一种非常小的微生物）可以追溯到1900年，当时，荷兰植物学家马丁努斯·拜耶林克（MartinusBeijerinck）发现自己正在研究的烟草植物，容易受一种比细菌还小的神秘传染因子的影响。起初他称这种神秘因子为“传染活液”[16]（vivumfluidum），后来，又把它改为了“virus”，这来自一个指代“毒素”的拉丁词汇。虽然马丁努斯是病毒学之父，但这一发现的重要性在他一生中都没有受到应得的重视，所以他从来没有获得过诺贝尔奖（他本来真的配得上这一荣誉）。

人们过去认为，所有病毒都会导致疾病——彼得·梅达沃的引言就是这么来的——但我们现在知道，大多数病毒只感染细菌细胞，对我们毫无影响。我们可以合理地推断，病毒有数十万种[17]，但已知只有586种会感染哺乳动物，其中263种能影响人类。

我们对大多数其他非病原性病毒知之甚少，因为只有会引起疾病的病毒才有人去研究。1986年，纽约州立大学石溪分校一名学生——丽塔·普鲁克特（LitaProctor），决定在海水里寻找病毒，其他人认为这是一件很离谱的事情，因为当时普遍认为，海洋里没有病毒，最多只有通过排污管等带来的暂时性少量病毒。因此，当普鲁克特发现，每升海水平均含有高达1000亿的病毒时，不免令人大感震惊[18]。最近，圣地亚哥州立大学生物学家戴娜·维尔纳（DanaWillner）研究了健康人肺部发现的病毒数量——人们认为，身体其他地方潜藏的病毒都不如肺里多。维尔纳发现，一般人携带着174种病毒，其中90％此前从未被发现过。我们现在知道，地球充斥着多得叫人根本想不到的病毒。根据病毒学家多萝西·克劳福德（DorothyH。Crawford）的说法，光是海洋病毒，如果将它们挨个摆放在一起[19]，其长度将绵延1000万光年，这是一个基本无法想象的距离。

病毒所做的事不外是耐心等待，伺机而动。最不寻常的例子发生在2014年，一支法国团队在西伯利亚发现了一种以前未知的病毒，名叫西伯利亚阔口罐病毒（Pithovirussibericum）。虽然它已经在永久冻土带里沉睡了30，000年，一旦注入了一只变形虫，它立刻精力充沛地活跃起来。好在事实证明，西伯利亚阔口罐病毒不会感染人类，但天知道还有些什么病毒正静悄悄地等待被人发现呢？病毒耐心极佳，关于这点更常见的例子来自带状疱疹病毒。这种病毒会在你小的时候让你长水痘，接着，它们可能会在神经细胞里静止长达半个世纪，甚至更长时间，再在人进入老年之后，暴发带状疱疹这一可怕而痛苦的羞辱。按照通常的描述，它是躯干上发作的一阵疼痛性皮疹，但事实上，带状疱疹几乎可以在身体表面的任何地方突然出现。我的一个朋友左眼长了带状疱疹，他说，那是他一辈子最糟糕的经历。（顺便说一句，在英语里，带状疱疹“shingles”也有“屋顶瓦片”的意思，但两者之间没有半点关系。指“疾病状况”的词义来自拉丁语gulus，意思是一种“带子”；而取“屋顶材料”的词义则来自拉丁语sdula，意思是“阶梯式瓦片”。而它们最终演变出了相同的英语拼写形式，这纯属偶然。）

说到不受欢迎的病毒，最常见的是普通感冒。人人都知道，如果你感到寒冷，就更容易感冒伤风（这就是为什么我们叫它“catchacold”），然而，科学从未能证明为什么会这样，甚至也从未证明是否真的如此。毫无疑问，感冒在冬天比在夏天更常见[20]，但这有可能只是因为我们在室内待的时间太长，更容易接触到他人呼出的气体。感冒不是单纯的一种疾病[21]，而是由多种病毒产生的一系列症状，其中最有害的是鼻病毒。而光是鼻病毒就有100种之多。总之，患上感冒的途径太多了，你永远无法产生足够的免疫力来避免沾染与感冒有关的所有病毒。

多年来，英国在威尔特郡运营着一家研究机构，名叫“常见感冒单位”（onit），但因为从未找到治愈方法，它已于1989年关闭。不过，它确实进行了一些有趣的实验。一项实验为一名志愿者的鼻孔安装了一种装置[22]，让他能以流鼻涕的速率泄漏稀薄**。接着，这名志愿者与其他志愿者一起社交，就像在鸡尾酒会上一样。事前，没人知道这种**含有仅在紫外灯照射下可见的染料。等志愿者接触一段时间后，研究人员打开紫外灯，人们惊讶地发现，染料到处都是：每一名参与者的手上、头上和上半身，眼镜上、门把手上、沙发垫上、零食上，任何你想得到的地方。普通成年人每小时会摸自己的脸16次，每次触摸都将鼻子处的模拟病原体转移到无辜的第三方——零食碗，再到无辜的第四方——门把手，依此类推，直到所有人和所有东西都蒙上了一层假想中的鼻涕。在亚利桑那大学进行的一项类似研究中[23]，研究人员在一栋办公大楼的金属门把手上涂了颜料，短短四小时之后，“病毒”就扩散到了整栋大楼，感染了半数以上的员工，并出现在了每一台公用机器（如复印机和咖啡机）上。在现实世界中，这种感染[24]可以在长达三天的时间里保持活跃。令人惊讶的是，传播细菌效果最差的方法是接吻（来自另一项研究）。在威斯康星大学成功感染感冒病毒的志愿者里，几乎是完全没有因为接吻而感染的。打喷嚏和咳嗽的效果也并不太好。转移感冒病菌唯一真正可靠的方法是实体触摸。

对波士顿地铁列车的一项调查发现，金属杆对微生物来说是一种相当恶劣的环境。让微生物茁壮成长的地方是座椅的织物[25]和塑料手柄。细菌转移最有效的方法，似乎是纸币和鼻涕的组合。瑞士的一项研究发现，如果流感病毒伴有微量的鼻涕，可以在钞票上存活两个半星期。没有鼻涕，大多数感冒病毒在折起来的纸钞上只能存活几小时。

潜伏在我们体内的另外两种常见微生物是真菌和原生生物。在很长的时间里，用科学始终无法解释真菌是怎么回事，于是，就把它归类为一种略微奇怪的植物。事实上，从细胞层面上看，它们和植物完全不同。它们没有光合作用，所以没有叶绿素，因此不是绿色的。它们跟动物的关系，实际上比跟植物更密切。直到1959年，科学研究才确定它们是独立品种，拥有了自己的王国。它们基本上分为两组：霉菌和酵母。真菌基本上不搭理我们。在数百万物种中，只有大约300种真菌对我们有所影响，而且，这些真菌病大多数并不会让你真的生病，而是只引起轻微不适或刺激，比如香港脚。当然，有几种真菌病比香港脚麻烦多了，而且它们的数量也在增加。

白色念珠菌（didaalbis），也就是鹅口疮背后的真菌，直到20世纪50年代，还只在口腔和**中被发现，但如今，它们有时会侵入身体更深处，长在心脏甚至其他器官上，就像水果上的霉菌一样。同样的情况还有数十年来都只存在于加拿大不列颠哥伦比亚省的隐球菌[26]，它主要存在于树木或周围的土壤里，从未伤害过人类。可1999年，它发展出一种突如其来的毒力，在加拿大西部和美国的一群受害者中引发了严重的肺部和脑部感染。由于这种疾病常遭误诊，而且在加利福尼亚这一主要发生地也并没有登记报告，因此我们无法给出确切的患者人数。但自1999年以来，北美西部地区有300多例病例得到证实，其中13的受害者死亡。

球孢子菌病（更常为人知的名字叫溪谷热）的患病数字有比较完善的报告。它几乎都发生在加利福尼亚州、亚利桑那州和内华达州，每年感染10000~15000人，杀死大约200人。尽管可能跟肺炎混淆，但是实际由它引起的患病数字可能更高。这种真菌常驻土壤，每当土壤受到扰动（如地震和沙尘暴），病例数字就会增加。据信，真菌每年会导致全球大约100万人死亡，故此，也不能说它们无关紧要。

最后是原生生物（protist）。原生生物是指除了明显不是植物、动物或真菌之外的任何东西，这一门类专为各种与其他生命形式不相吻合的生命形式所保留。最初，在19世纪，所有单细胞生物都被称为原生动物（protozoa）。人们认为它们全都密切相关，但随着时间的推移，细菌和古生菌独立成国。原生生物是一个巨大的类别，包括变形虫、草履虫、硅藻、黏菌和其他许多除了生物领域工作者之外谁都搞不清楚的东西。从人类健康的角度来看，最著名的原生生物来自疟原虫属。它们是从蚊子转移到我们身上，让我们沾染疟疾的邪恶小生物。原生生物还要对弓形虫病、贾第虫病和隐孢子虫病负责。

简而言之，我们身边有着种类繁多、数量惊人的微生物，而它们对我们的影响，无论好坏，我们都几乎毫无了解。1992年，英格兰北部西约克郡布拉德福德的老磨坊镇出现过一个有趣的例子[27]：政府派微生物学家提摩西·劳勃瑟姆（TimothyRowbotham）到当地去调查肺炎暴发的根源。他从水塔取出的水样里发现了一种微生物，跟他或其他人从前见过的任何东西都不一样。他暂时将它归类为一种新细菌，这倒不是因为它在本质上特别像细菌，而是因为它除了细菌不可能是其他东西。因为想不到更合适的名字，他把这种细菌叫作“布拉德福德球菌”。虽然劳勃瑟姆自己不知情，但他改变了微生物学的世界。

劳勃瑟姆将样品在冰箱里保存了六年，自己提前退休时移交给了同事。最终，样本来到了在法国工作的英国生物化学家理查德·伯特斯（RichardBirtles）手里。伯特斯意识到，布拉德福德球菌不是细菌，而是一种病毒，但又跟病毒的任何定义都不相吻合。首先，这种病毒比从前所知的所有病毒都大得多——大到100倍以上。大多数病毒只有十来个基因，这种病毒却有1000多个基因。在人们眼里，病毒并非生物，但它的遗传密码包含了由62个字母组成的片段[2]，这一片段，跟创始之初在所有生物里能找到的一样，这就令得它不仅可以说是活的，而且跟地球上的其他一切生物同样古老。

伯特斯将这种新型病毒命名为“拟菌病毒”（mimivirus，其中，“mimi”是“miig”的缩写，即“类似细菌的”）。伯特斯和同事们写下了发现结果，由于太过怪异，一开始找不到任何期刊愿意发表。20世纪90年代末，布拉德福德的水塔被拆除，这种离奇的古老病毒唯一的栖息地似乎就这么消失了。

然而，自那以后，人们发现了更多巨型病毒的栖息地。2013年，让-米歇尔·克拉夫利（Jean-MichelClaverie）率领的艾克斯马赛大学（伯特斯在研究拟菌病毒时就暂时挂靠在这家机构下）的一支研究团队发现了一种巨型病毒，他们称之为“乳多孔病毒”，它含有不少于2500个基因，其中90%不见于自然界的其他任何地方。后来，他们又发现了第三组病毒，即前文提到的阔口罐病毒，它更大，至少可算同样奇怪。截至撰写本文期间，人们已经发现了五组巨型病毒，这些病毒不仅与地球上其他一切病毒不同，彼此之间也存在很大差异。有人认为，这种奇特的外来生物粒子是存在第四重生命象限的证据（前三者是细菌、古生菌和真核生物，而最后一重就包括了像我们一样的复杂生命）。就对微生物的关注而言，我们真的才只开了个头。