不能以“好”“坏”区分微生物

爱德·永++杨晓梅

人类最初害怕细菌，后来又迷信自身的微生物群，这两种态度都不是对生物学的正确理解。

19世纪70年代，德国医学家罗伯特·科赫致力炭疽病的研究，以控制其引起的当地牲畜大批死亡。那时其他科学家已经从染病的动物体内组织中发现了一种名为炭疽芽孢杆菌的细菌。科赫给实验小鼠注射炭疽杆菌后，小鼠很快死亡。他再次从死亡小鼠身上提取炭疽杆菌注射到另一只小鼠身上，这只小鼠也死亡了。科赫把这个残酷的实验进行了20次，每次都是同样的结果。这明确证明了炭疽病是由炭疽芽孢杆菌引起的。

显微镜下的炭疽芽孢杆菌

科赫以及路易斯·巴斯特等科学家通过实验证实了很多疾病是由微生物引起的。被人类忽视达几个世纪的微生物很快被认为是死亡的化身——它们是细菌、病原体、瘟疫的始作俑者。炭疽实验之后20年内，科赫等科学家发现麻风病、淋病、肺结核、伤寒、霍乱、白喉、破伤风、鼠疫都是由微生物引起的。微生物成了肮脏和疾病的代名词，成了人们避之不及、除之而后快的公敌。

现在我们知道这个观点是错误的——我在新书《包罗万象：从我们体内的微生物放眼看世界》中有解释。有些细菌的确会致病，但只是少数，大部分细菌是无害的，有些甚至对人体有益。现在我们知道我们体内数以万亿的微生物——所谓的“微生物群”——是人类生活中不可缺少的一部分，它们不但没有让我们得病，反而帮助我们抵抗疾病入侵。它们还能帮助我们消化食物、增强免疫系统，甚至改变着我们的行为。人们对微生物的认识已经改变，把它们看作需要保护的朋友。很多杂志也定期对读者进行科普：抗生素和清洁剂破坏人体的微生物生存环境，对人体有害。“消灭所有细菌”的观点逐渐被“细菌是保护我们的朋友”的认识所替代。

不过，“细菌有益”和“细菌有害”的观点一样，也是错误的。我们不能仅凭某种微生物生存在我们体内就认为它是“好的”。世界上根本就没有“有益菌”和“有害菌”之分。这种笼统的概念只存在于孩童的故事世界，存在于孩子们对“好人”和“坏人”的区分。对自然界复杂多变的共存关系而言，这些说法都是不准确的。

实际上，细菌仿佛生存在一个坐标中。如果对人体有害，我们称它们为寄生虫或者病原体;如果对人体无害，我们称之为共生;如果对人体有益，我们称之为“互利”。但是这些范畴都不是一成不变的。有些微生物可以从坐标一端滑向另一端，这是由微生物的类型和其宿主决定的。比如，约40%的昆虫都会感染沃尔巴克氏菌，对一些昆虫来说，这种微生物寄生在它们的生殖系统，导致雄性死亡或者受其控制（转雄为雌），而对另外一些昆虫来说，沃尔巴克氏菌会给宿主提供其食物中缺少的维生素。

另外一些微生物能同时充当致病菌和有益菌。很多人都知道幽门螺旋杆菌能引起胃溃疡和胃癌，这种细菌可以防御食道癌却并非广为人知。同一种细菌，对人体有利也有弊，我们很难给幽门螺旋杆菌定性，它既好也坏。

这些都说明了“互惠生物”、“共生物”、“病原体”和“寄生虫”这些说法不能用来标注微生物的好坏。这些说法如同“饥饿”、“清醒”、“活着”或者“合作”、“斗争”一样，是一种状态描述，一种相互行为描述，只能在特定时间特定地点具体发生在谁身上时来使用，而不能表明微生物自身的性质。

康涅狄格大学分子与细胞生物学助理教授尼古拉·布罗德里克发现了一个极好的例子。她在研究土壤中的苏云金芽孢杆菌时发现，这种微生物能产生毒素，使昆虫的肠道穿孔，从而杀死害虫。从20世纪20年代开始，农民开始利用这种特性，将苏云金芽孢杆菌用作活性杀虫剂，有机农业也在使用。这种微生物杀虫的效果有目共睹，但是数十年来，科学家并没有真正发现其中的奥秘。他们推测这种细菌的毒素会给害虫造成极大伤害，令其缓慢饿死。但这种说法有点站不住脚：研究表明，毛虫不进食一周以上才有可能饿死，但是苏云金芽孢杆菌只用一半的时间就能让毛虫死亡。

显微镜下的苏云金芽孢杆菌

布罗德里克几乎是非常偶然地发现了事情的真相。她怀疑毛虫体内的肠道菌能帮助抵御苏云金芽孢杆菌，就给毛虫使用了抗生素，然后使用这种活性杀虫剂。因为毛虫肠道菌群已被破坏，布罗德里克预计毛虫死亡的速度会更快。但结果出乎意料：毛虫都活了下来。她进一步研究发现，正是毛虫肠道菌群充当了活性杀虫剂的“杀手”。当正常存在于昆虫消化道内时，这些菌是无害的，但当苏云金芽孢杆菌造成昆虫肠道穿孔时，它们随之会进入昆虫的血液。毛虫的免疫系统会发现这些“游走”的内脏菌，并开始反击，然后昆虫全身出现炎症，损害各个器官，引起血流

显微镜下的沃尔巴克氏菌

不畅，正是这种全身性的脓毒症很快杀死害虫。

同样的情形每年在成百万人类身上出现。人类同样受到病原体的感染，当消化道受到损伤，消化道菌群进入血液时，人类也出现感染症状。和毛虫一样，同类微生物存在于消化道时是有益的，但是进入血液就非常危险。“有益菌”是它们生存在了合适的部位。同样的道理，“条件致病菌”正常情况下在人体内是无害的，但是当人的免疫力低下时就会引起致命的感染。由此可见，细菌生存的环境决定了它的好坏。

就连最古老的微生物都有可能制造麻烦。线粒体——给动物细胞提供能量的细胞组织——原本是一种细菌，数十亿年以前已经成为动物细胞的一部分，它是生物学上“共生”最好的例子，但如果出现的地方不对，同样会惹乱子。当身体受伤和受到挤压时，有些细胞会破裂，线粒体的组织就会进入血液——这些组织仍然保留着它们古老的细菌特性。当我们的免疫系统检测到这些细菌时，就会错误地认为身体被感染，进而发起强烈反击。如果外伤严重，大量线粒体进入血液，人体就会陷入致命的状态，出现全身炎症反应综合征（SIRS）。这种状态比外伤本身要严重得多，令人难以接受的是，这种致命的状态仅仅是由于身体错误地对微生物做出过激反击引起的，而这些微生物20亿年以来一直存在于人类细胞中。

正如花儿种错了地方会被当成野草，我们体内的微生物在一个器官上的作用不可替代，而出现在另一个器官上就会造成威胁;在细胞内发挥关键作用，而一旦到细胞之外就有致命之害。“如果免疫力降低，它们就能杀死你，然后吃掉你。”圣地亚哥州立大学珊瑚生物学家佛罗斯特·罗勒指出，“它们从不在乎。微生物和人体之间并不是和谐相处的，这只是生物科学而已。”所以，在人和微生物共生的世界，我们的朋友可能背叛，敌人可能帮忙。在这个世界，只需几毫米的距离，“互利”就可能转化为伤害。

为什么这种关系如此脆弱？为什么微生物能在“致病”和“有益”之间从容穿梭？首先，这些角色并非相互矛盾。试想，“有益”肠道菌如何在其宿主上落脚：它必须生存下来，依附在肠道不被扫地出门，还要和宿主的细胞有所“交流”。“致病”菌同样需要做这些。所以，无论有益菌还是有害菌、英雄还是恶魔，它们用同样的分子以达到同样的目的。有些分子被冠以贬义的名字，比如“毒性因子”，因为它们是在疾病中首次被发现的。但正如利用它们的微生物一样，这些分子本质是中性的。它们就像计算机、钢笔和刀子这类工具，既能用来创造，也能用来伤害。

就是有益的微生物在扮演常规正面角色的过程中也会给宿主间接带来伤害。它们自身的存在就会给寄生虫和病原体可乘之机。蚜虫赖以生存的微生物会释放一种气体分子，吸引果酱食蚜蝇。这种黑白相间的食蚜蝇看上去像黄蜂，是蚜虫的致命天敌。从幼虫到成虫，它们可以吃掉上百只蚜虫，而成虫会闻“味”而来——这种蚜虫特有的“微生物香水”——以确保其子孙有足够的食物。

自然世界中到处是这种无意的“吸引”，此时此刻我们都会散发出一些气味。一些细菌会使其宿主吸引传播疟疾的蚊子，而另一些会帮助宿主抵御血吸虫。为什么两个人穿越满是飞蚊的森林，一人被咬得满身是包，而另一人安然无恙？个人携带的微生物群是一个很重要的因素。

病原菌也会利用人体内的微生物来发起进攻。脊髓灰质炎病毒就是一个很好的例子。这种病毒能抓住肠道细菌的分子，就像抓住缰绳一样，让它们把自己带入宿主的细胞。这种病毒能借助肠道细菌，在人体温暖的环境中更好地控制哺乳动物细胞，更好地生存下来。肠道细菌无意中为病毒的入侵扮演了“助攻”的角色。

必须提及的一点是，“共生”的微生物不是无偿提供服务，就在它们帮助宿主的同时，也会带来“安全漏洞”。这些微生物需要食物、空间和传播，这些都耗费宿主的能量。更为重要的是，和其他有机体一样，它们有自己的利益——这种利益经常和宿主的利益发生冲突。沃尔巴克氏菌只能在母女之间遗传，所以如果它消除雄性，在短期内可以得到更多宿主，但长期来看，这有使宿主灭绝的风险。如果我的肠道菌为了更好地生长而抑制免疫系统，我就会得病。

几乎所有的生物伙伴关系都是这样的。欺骗、背叛都是常态。伴侣可能一开始配合默契，但是如果一方能够以更省力的方式得到同样的好处，那么背叛另一方在所难免，除非受到惩罚和监督。20世纪30年代，赫伯特·威尔斯在《生命的科学》中写道：“所有的共生在某种程度上都暗藏敌意，只有恰当的规范和复杂的调整能够维持互利状态。尽管人类被赋予智慧，知晓互利意味着什么，人与人之间的互利关系也是不易保持的。低等生物没有智慧来帮助维系互利关系，所谓的互利和其他关系一样，都是随机进行的相互适应，在无意识状态下形成的。”

人们总是记不住这些。我们喜欢角色分明的故事，好人坏人一目了然。“共生”的词义已经被扭曲，原来“一起生存”的意思由中性变为褒义，甚至有了一些愉快合作的内涵。但是进化过程并非这么理想化，尽管都能得到好处，“合作”不一定受到自然的青睐，在自然界，最和谐的关系也会出现冲突。

如果我们脱离微生物世界，也许能更好地理解这种关系。比如生活在撒哈拉以南的牛啄鸟，它们寄居在长颈鹿和羚羊身上，被认为是“清洁工”，帮助宿主清除身上的蜱虫和其他吸血寄生虫。但是它们也啄食开放性伤口——这种行为会延缓愈合过程，增加感染的风险。这些鸟嗜血成性，它们只是满足自己的需求，并不关心对宿主有利或有弊。

类似的关系也出现在大海中。清洁工小濑鱼在海底珊瑚礁开设“天然疗养中心”。“客户”大鱼登门，小濑鱼吸食它们下巴和腮部的寄生虫。清洁工得到食物，客户得到保健。但有时清洁工也偷偷啃食大鱼身上的黏液和健康组织，这时大鱼就会游离此处，让小濑鱼失去生意。小濑鱼群体也有纪律，它们会惩戒那些惹恼“客户”的“同事”。

在南美，金合欢树依赖蚂蚁来抵御野草、害虫和食草动物对自身的伤害。作为回报，金合欢树给蚂蚁提供含糖分的食物和中空的树刺做住所。表面上这是平等互惠的关系，真相却是金合欢树会分泌一种特殊的酶，蚂蚁食用之后就不能消化其他形式的糖分，蚂蚁是受益者，也是签约仆人。

在教科书和野生动物纪录片中，以上这些都是互利关系的典型例子。但是读者和观众很难知道每对关系中都有冲突、控制和欺骗。“‘重要和‘友好不是一个意思。”阿姆斯特丹自由大学的托比·迪尔斯指出，“微生物群的确非常重要，但这不是说它们是友好的。良好的合作伙伴关系实际上是相互利用的关系。双方可能都会受益，但两者之间定有紧张关系，共生是一种冲突，永远难以解决。”

但是这种互利关系也能稳定下来。人体内部对有益菌和有害菌没有概念，只是逐渐找到处理与微生物相互冲突的方法，或者设法让对方服从我们。人体可以设置物理障碍或者化学禁区来限制微生物的活动范围。我们可以用胡萝卜政策，用专门的“食物”为所需微生物提供营养;也可以使用大棒，动用免疫系统让它们不敢轻举妄动。人类已经进化出了选择自身需要的微生物的方法，并能够控制它们的行为，让它们利大于弊。

人体控制微生物的方法揭示了事物的本质：自然界没有天生的和睦互助，良好的关系需要努力和付出。