不能以“好”“壞”區(qū)分微生物

愛(ài)德·永++楊曉梅

人類最初害怕細(xì)菌，后來(lái)又迷信自身的微生物群，這兩種態(tài)度都不是對(duì)生物學(xué)的正確理解。

19世紀(jì)70年代，德國(guó)醫(yī)學(xué)家羅伯特·科赫致力炭疽病的研究，以控制其引起的當(dāng)?shù)厣蟠笈劳?。那時(shí)其他科學(xué)家已經(jīng)從染病的動(dòng)物體內(nèi)組織中發(fā)現(xiàn)了一種名為炭疽芽孢桿菌的細(xì)菌。科赫給實(shí)驗(yàn)小鼠注射炭疽桿菌后，小鼠很快死亡。他再次從死亡小鼠身上提取炭疽桿菌注射到另一只小鼠身上，這只小鼠也死亡了?？坪瞻堰@個(gè)殘酷的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了20次，每次都是同樣的結(jié)果。這明確證明了炭疽病是由炭疽芽孢桿菌引起的。

顯微鏡下的炭疽芽孢桿菌

科赫以及路易斯·巴斯特等科學(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了很多疾病是由微生物引起的。被人類忽視達(dá)幾個(gè)世紀(jì)的微生物很快被認(rèn)為是死亡的化身——它們是細(xì)菌、病原體、瘟疫的始作俑者。炭疽實(shí)驗(yàn)之后20年內(nèi)，科赫等科學(xué)家發(fā)現(xiàn)麻風(fēng)病、淋病、肺結(jié)核、傷寒、霍亂、白喉、破傷風(fēng)、鼠疫都是由微生物引起的。微生物成了骯臟和疾病的代名詞，成了人們避之不及、除之而后快的公敵。

現(xiàn)在我們知道這個(gè)觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的——我在新書(shū)《包羅萬(wàn)象：從我們體內(nèi)的微生物放眼看世界》中有解釋。有些細(xì)菌的確會(huì)致病，但只是少數(shù)，大部分細(xì)菌是無(wú)害的，有些甚至對(duì)人體有益?，F(xiàn)在我們知道我們體內(nèi)數(shù)以萬(wàn)億的微生物——所謂的“微生物群”——是人類生活中不可缺少的一部分，它們不但沒(méi)有讓我們得病，反而幫助我們抵抗疾病入侵。它們還能幫助我們消化食物、增強(qiáng)免疫系統(tǒng)，甚至改變著我們的行為。人們對(duì)微生物的認(rèn)識(shí)已經(jīng)改變，把它們看作需要保護(hù)的朋友。很多雜志也定期對(duì)讀者進(jìn)行科普：抗生素和清潔劑破壞人體的微生物生存環(huán)境，對(duì)人體有害?！跋麥缢屑?xì)菌”的觀點(diǎn)逐漸被“細(xì)菌是保護(hù)我們的朋友”的認(rèn)識(shí)所替代。

不過(guò)，“細(xì)菌有益”和“細(xì)菌有害”的觀點(diǎn)一樣，也是錯(cuò)誤的。我們不能僅憑某種微生物生存在我們體內(nèi)就認(rèn)為它是“好的”。世界上根本就沒(méi)有“有益菌”和“有害菌”之分。這種籠統(tǒng)的概念只存在于孩童的故事世界，存在于孩子們對(duì)“好人”和“壞人”的區(qū)分。對(duì)自然界復(fù)雜多變的共存關(guān)系而言，這些說(shuō)法都是不準(zhǔn)確的。

實(shí)際上，細(xì)菌仿佛生存在一個(gè)坐標(biāo)中。如果對(duì)人體有害，我們稱它們?yōu)榧纳x(chóng)或者病原體;如果對(duì)人體無(wú)害，我們稱之為共生;如果對(duì)人體有益，我們稱之為“互利”。但是這些范疇都不是一成不變的。有些微生物可以從坐標(biāo)一端滑向另一端，這是由微生物的類型和其宿主決定的。比如，約40%的昆蟲(chóng)都會(huì)感染沃爾巴克氏菌，對(duì)一些昆蟲(chóng)來(lái)說(shuō)，這種微生物寄生在它們的生殖系統(tǒng)，導(dǎo)致雄性死亡或者受其控制（轉(zhuǎn)雄為雌），而對(duì)另外一些昆蟲(chóng)來(lái)說(shuō)，沃爾巴克氏菌會(huì)給宿主提供其食物中缺少的維生素。

另外一些微生物能同時(shí)充當(dāng)致病菌和有益菌。很多人都知道幽門(mén)螺旋桿菌能引起胃潰瘍和胃癌，這種細(xì)菌可以防御食道癌卻并非廣為人知。同一種細(xì)菌，對(duì)人體有利也有弊，我們很難給幽門(mén)螺旋桿菌定性，它既好也壞。

這些都說(shuō)明了“互惠生物”、“共生物”、“病原體”和“寄生蟲(chóng)”這些說(shuō)法不能用來(lái)標(biāo)注微生物的好壞。這些說(shuō)法如同“饑餓”、“清醒”、“活著”或者“合作”、“斗爭(zhēng)”一樣，是一種狀態(tài)描述，一種相互行為描述，只能在特定時(shí)間特定地點(diǎn)具體發(fā)生在誰(shuí)身上時(shí)來(lái)使用，而不能表明微生物自身的性質(zhì)。

康涅狄格大學(xué)分子與細(xì)胞生物學(xué)助理教授尼古拉·布羅德里克發(fā)現(xiàn)了一個(gè)極好的例子。她在研究土壤中的蘇云金芽孢桿菌時(shí)發(fā)現(xiàn)，這種微生物能產(chǎn)生毒素，使昆蟲(chóng)的腸道穿孔，從而殺死害蟲(chóng)。從20世紀(jì)20年代開(kāi)始，農(nóng)民開(kāi)始利用這種特性，將蘇云金芽孢桿菌用作活性殺蟲(chóng)劑，有機(jī)農(nóng)業(yè)也在使用。這種微生物殺蟲(chóng)的效果有目共睹，但是數(shù)十年來(lái)，科學(xué)家并沒(méi)有真正發(fā)現(xiàn)其中的奧秘。他們推測(cè)這種細(xì)菌的毒素會(huì)給害蟲(chóng)造成極大傷害，令其緩慢餓死。但這種說(shuō)法有點(diǎn)站不住腳：研究表明，毛蟲(chóng)不進(jìn)食一周以上才有可能餓死，但是蘇云金芽孢桿菌只用一半的時(shí)間就能讓毛蟲(chóng)死亡。

顯微鏡下的蘇云金芽孢桿菌

布羅德里克幾乎是非常偶然地發(fā)現(xiàn)了事情的真相。她懷疑毛蟲(chóng)體內(nèi)的腸道菌能幫助抵御蘇云金芽孢桿菌，就給毛蟲(chóng)使用了抗生素，然后使用這種活性殺蟲(chóng)劑。因?yàn)槊x(chóng)腸道菌群已被破壞，布羅德里克預(yù)計(jì)毛蟲(chóng)死亡的速度會(huì)更快。但結(jié)果出乎意料：毛蟲(chóng)都活了下來(lái)。她進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，正是毛蟲(chóng)腸道菌群充當(dāng)了活性殺蟲(chóng)劑的“殺手”。當(dāng)正常存在于昆蟲(chóng)消化道內(nèi)時(shí)，這些菌是無(wú)害的，但當(dāng)蘇云金芽孢桿菌造成昆蟲(chóng)腸道穿孔時(shí)，它們隨之會(huì)進(jìn)入昆蟲(chóng)的血液。毛蟲(chóng)的免疫系統(tǒng)會(huì)發(fā)現(xiàn)這些“游走”的內(nèi)臟菌，并開(kāi)始反擊，然后昆蟲(chóng)全身出現(xiàn)炎癥，損害各個(gè)器官，引起血流

顯微鏡下的沃爾巴克氏菌

不暢，正是這種全身性的膿毒癥很快殺死害蟲(chóng)。

同樣的情形每年在成百萬(wàn)人類身上出現(xiàn)。人類同樣受到病原體的感染，當(dāng)消化道受到損傷，消化道菌群進(jìn)入血液時(shí)，人類也出現(xiàn)感染癥狀。和毛蟲(chóng)一樣，同類微生物存在于消化道時(shí)是有益的，但是進(jìn)入血液就非常危險(xiǎn)?！坝幸婢笔撬鼈兩嬖诹撕线m的部位。同樣的道理，“條件致病菌”正常情況下在人體內(nèi)是無(wú)害的，但是當(dāng)人的免疫力低下時(shí)就會(huì)引起致命的感染。由此可見(jiàn)，細(xì)菌生存的環(huán)境決定了它的好壞。

就連最古老的微生物都有可能制造麻煩。線粒體——給動(dòng)物細(xì)胞提供能量的細(xì)胞組織——原本是一種細(xì)菌，數(shù)十億年以前已經(jīng)成為動(dòng)物細(xì)胞的一部分，它是生物學(xué)上“共生”最好的例子，但如果出現(xiàn)的地方不對(duì)，同樣會(huì)惹亂子。當(dāng)身體受傷和受到擠壓時(shí)，有些細(xì)胞會(huì)破裂，線粒體的組織就會(huì)進(jìn)入血液——這些組織仍然保留著它們古老的細(xì)菌特性。當(dāng)我們的免疫系統(tǒng)檢測(cè)到這些細(xì)菌時(shí)，就會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為身體被感染，進(jìn)而發(fā)起強(qiáng)烈反擊。如果外傷嚴(yán)重，大量線粒體進(jìn)入血液，人體就會(huì)陷入致命的狀態(tài)，出現(xiàn)全身炎癥反應(yīng)綜合征（SIRS）。這種狀態(tài)比外傷本身要嚴(yán)重得多，令人難以接受的是，這種致命的狀態(tài)僅僅是由于身體錯(cuò)誤地對(duì)微生物做出過(guò)激反擊引起的，而這些微生物20億年以來(lái)一直存在于人類細(xì)胞中。

正如花兒種錯(cuò)了地方會(huì)被當(dāng)成野草，我們體內(nèi)的微生物在一個(gè)器官上的作用不可替代，而出現(xiàn)在另一個(gè)器官上就會(huì)造成威脅;在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮關(guān)鍵作用，而一旦到細(xì)胞之外就有致命之害。“如果免疫力降低，它們就能殺死你，然后吃掉你?！笔サ貋喐缰萘⒋髮W(xué)珊瑚生物學(xué)家佛羅斯特·羅勒指出，“它們從不在乎。微生物和人體之間并不是和諧相處的，這只是生物科學(xué)而已?！彼?，在人和微生物共生的世界，我們的朋友可能背叛，敵人可能幫忙。在這個(gè)世界，只需幾毫米的距離，“互利”就可能轉(zhuǎn)化為傷害。

為什么這種關(guān)系如此脆弱？為什么微生物能在“致病”和“有益”之間從容穿梭？首先，這些角色并非相互矛盾。試想，“有益”腸道菌如何在其宿主上落腳：它必須生存下來(lái)，依附在腸道不被掃地出門(mén)，還要和宿主的細(xì)胞有所“交流”。“致病”菌同樣需要做這些。所以，無(wú)論有益菌還是有害菌、英雄還是惡魔，它們用同樣的分子以達(dá)到同樣的目的。有些分子被冠以貶義的名字，比如“毒性因子”，因?yàn)樗鼈兪窃诩膊≈惺状伪话l(fā)現(xiàn)的。但正如利用它們的微生物一樣，這些分子本質(zhì)是中性的。它們就像計(jì)算機(jī)、鋼筆和刀子這類工具，既能用來(lái)創(chuàng)造，也能用來(lái)傷害。

就是有益的微生物在扮演常規(guī)正面角色的過(guò)程中也會(huì)給宿主間接帶來(lái)傷害。它們自身的存在就會(huì)給寄生蟲(chóng)和病原體可乘之機(jī)。蚜蟲(chóng)賴以生存的微生物會(huì)釋放一種氣體分子，吸引果醬食蚜蠅。這種黑白相間的食蚜蠅看上去像黃蜂，是蚜蟲(chóng)的致命天敵。從幼蟲(chóng)到成蟲(chóng)，它們可以吃掉上百只蚜蟲(chóng)，而成蟲(chóng)會(huì)聞“味”而來(lái)——這種蚜蟲(chóng)特有的“微生物香水”——以確保其子孫有足夠的食物。

自然世界中到處是這種無(wú)意的“吸引”，此時(shí)此刻我們都會(huì)散發(fā)出一些氣味。一些細(xì)菌會(huì)使其宿主吸引傳播瘧疾的蚊子，而另一些會(huì)幫助宿主抵御血吸蟲(chóng)。為什么兩個(gè)人穿越滿是飛蚊的森林，一人被咬得滿身是包，而另一人安然無(wú)恙？個(gè)人攜帶的微生物群是一個(gè)很重要的因素。

病原菌也會(huì)利用人體內(nèi)的微生物來(lái)發(fā)起進(jìn)攻。脊髓灰質(zhì)炎病毒就是一個(gè)很好的例子。這種病毒能抓住腸道細(xì)菌的分子，就像抓住韁繩一樣，讓它們把自己帶入宿主的細(xì)胞。這種病毒能借助腸道細(xì)菌，在人體溫暖的環(huán)境中更好地控制哺乳動(dòng)物細(xì)胞，更好地生存下來(lái)。腸道細(xì)菌無(wú)意中為病毒的入侵扮演了“助攻”的角色。

必須提及的一點(diǎn)是，“共生”的微生物不是無(wú)償提供服務(wù)，就在它們幫助宿主的同時(shí)，也會(huì)帶來(lái)“安全漏洞”。這些微生物需要食物、空間和傳播，這些都耗費(fèi)宿主的能量。更為重要的是，和其他有機(jī)體一樣，它們有自己的利益——這種利益經(jīng)常和宿主的利益發(fā)生沖突。沃爾巴克氏菌只能在母女之間遺傳，所以如果它消除雄性，在短期內(nèi)可以得到更多宿主，但長(zhǎng)期來(lái)看，這有使宿主滅絕的風(fēng)險(xiǎn)。如果我的腸道菌為了更好地生長(zhǎng)而抑制免疫系統(tǒng)，我就會(huì)得病。

幾乎所有的生物伙伴關(guān)系都是這樣的。欺騙、背叛都是常態(tài)。伴侶可能一開(kāi)始配合默契，但是如果一方能夠以更省力的方式得到同樣的好處，那么背叛另一方在所難免，除非受到懲罰和監(jiān)督。20世紀(jì)30年代，赫伯特·威爾斯在《生命的科學(xué)》中寫(xiě)道：“所有的共生在某種程度上都暗藏?cái)骋猓挥星‘?dāng)?shù)囊?guī)范和復(fù)雜的調(diào)整能夠維持互利狀態(tài)。盡管人類被賦予智慧，知曉互利意味著什么，人與人之間的互利關(guān)系也是不易保持的。低等生物沒(méi)有智慧來(lái)幫助維系互利關(guān)系，所謂的互利和其他關(guān)系一樣，都是隨機(jī)進(jìn)行的相互適應(yīng)，在無(wú)意識(shí)狀態(tài)下形成的?！?/p>

人們總是記不住這些。我們喜歡角色分明的故事，好人壞人一目了然。“共生”的詞義已經(jīng)被扭曲，原來(lái)“一起生存”的意思由中性變?yōu)榘x，甚至有了一些愉快合作的內(nèi)涵。但是進(jìn)化過(guò)程并非這么理想化，盡管都能得到好處，“合作”不一定受到自然的青睞，在自然界，最和諧的關(guān)系也會(huì)出現(xiàn)沖突。

如果我們脫離微生物世界，也許能更好地理解這種關(guān)系。比如生活在撒哈拉以南的牛啄鳥(niǎo)，它們寄居在長(zhǎng)頸鹿和羚羊身上，被認(rèn)為是“清潔工”，幫助宿主清除身上的蜱蟲(chóng)和其他吸血寄生蟲(chóng)。但是它們也啄食開(kāi)放性傷口——這種行為會(huì)延緩愈合過(guò)程，增加感染的風(fēng)險(xiǎn)。這些鳥(niǎo)嗜血成性，它們只是滿足自己的需求，并不關(guān)心對(duì)宿主有利或有弊。

類似的關(guān)系也出現(xiàn)在大海中。清潔工小瀨魚(yú)在海底珊瑚礁開(kāi)設(shè)“天然療養(yǎng)中心”。“客戶”大魚(yú)登門(mén)，小瀨魚(yú)吸食它們下巴和腮部的寄生蟲(chóng)。清潔工得到食物，客戶得到保健。但有時(shí)清潔工也偷偷啃食大魚(yú)身上的黏液和健康組織，這時(shí)大魚(yú)就會(huì)游離此處，讓小瀨魚(yú)失去生意。小瀨魚(yú)群體也有紀(jì)律，它們會(huì)懲戒那些惹惱“客戶”的“同事”。

在南美，金合歡樹(shù)依賴螞蟻來(lái)抵御野草、害蟲(chóng)和食草動(dòng)物對(duì)自身的傷害。作為回報(bào)，金合歡樹(shù)給螞蟻提供含糖分的食物和中空的樹(shù)刺做住所。表面上這是平等互惠的關(guān)系，真相卻是金合歡樹(shù)會(huì)分泌一種特殊的酶，螞蟻食用之后就不能消化其他形式的糖分，螞蟻是受益者，也是簽約仆人。

在教科書(shū)和野生動(dòng)物紀(jì)錄片中，以上這些都是互利關(guān)系的典型例子。但是讀者和觀眾很難知道每對(duì)關(guān)系中都有沖突、控制和欺騙?！啊匾汀押貌皇且粋€(gè)意思?！卑⒛匪固氐ぷ杂纱髮W(xué)的托比·迪爾斯指出，“微生物群的確非常重要，但這不是說(shuō)它們是友好的。良好的合作伙伴關(guān)系實(shí)際上是相互利用的關(guān)系。雙方可能都會(huì)受益，但兩者之間定有緊張關(guān)系，共生是一種沖突，永遠(yuǎn)難以解決?！?/p>

但是這種互利關(guān)系也能穩(wěn)定下來(lái)。人體內(nèi)部對(duì)有益菌和有害菌沒(méi)有概念，只是逐漸找到處理與微生物相互沖突的方法，或者設(shè)法讓對(duì)方服從我們。人體可以設(shè)置物理障礙或者化學(xué)禁區(qū)來(lái)限制微生物的活動(dòng)范圍。我們可以用胡蘿卜政策，用專門(mén)的“食物”為所需微生物提供營(yíng)養(yǎng);也可以使用大棒，動(dòng)用免疫系統(tǒng)讓它們不敢輕舉妄動(dòng)。人類已經(jīng)進(jìn)化出了選擇自身需要的微生物的方法，并能夠控制它們的行為，讓它們利大于弊。

人體控制微生物的方法揭示了事物的本質(zhì)：自然界沒(méi)有天生的和睦互助，良好的關(guān)系需要努力和付出。