(1)
如果纯粹的有机体免受微生物的影响,人类的境况会更好。
(2)在创造人类美好的未来的过程中,人类(哺乳动物)基因组是最重要的生物因子。
1890年,德国内科医生微生物学家罗伯特科赫提出了后来被称为“科赫法则”的假说,该概念推动了人类医学传染病学案例的发展。简单地讲,微生物和疾病之间的四大标志形成因果关系。
(1)每当特定的疾病出现的时候,普遍认为必然会出现导致该疾病的同一种病原体(细菌和病毒)。
(2) 可以从病人身上提取该病病的样本,然后在实验室培养病原体。
(3)实验室培养的病原体可以被提取转移到一个健康的动物或人身上,然后形成相同的疾病。
(4)接种患病的动物或从人身上提取病原体样本,能够被证明与实验室培养的病毒样本一样。
根据科赫的标准,人们很快发现了特定的微生物能导致很多20世纪早期的致命疾病。包括伤寒、霍乱、结核病和流感。很快大家发现如果使用疫苗杀死致命病菌使人类免受这些致病菌的影响或者形成某些病菌保护性免疫力,可以降低致命性传染病所造成的伤害。
因此对某些病毒性疾病使我们进入了一个时代——用抗生素对付细菌所引起的疾病,用疫苗对付特定的病毒。然而二战期间,青霉素改变了游戏规则。受伤的士兵多死于随后的细菌感染。唯一可用的药物具有很大的毒性。但她可以防止战场上士兵死于坏疽病以及败血病。而抗生素有助于控制霍乱和伤寒,多数情况下它们取代了之前的细菌感染的致病性疾病,唯一的办法——对病人进行隔离,直至死亡。——19世纪到20世纪曾导致10亿人死亡的是结核病和麻疯病。开发出第二代抗生素(链霉素)。
病毒时时刻刻令人恐惧,刺激了疫苗的研发。脊髓灰质炎(小儿麻痹症)是一种病毒引起的疾病,攻击了脊柱中的中枢神经,形成一种可以致命的神经肌肉逐步衰弱的状况。1954年,匹兹堡大学乔纳斯索尔克博士开发出一种灭活病毒疫苗,此后小儿麻痹症很少抬头。
人类作为一个整体的健康人,本身就由成千上万种微生物和大约100万亿个细胞组成,但90%的细胞是微生物。若不分青红皂白的发动对微生物的攻击,等于我们针对自己的战争。18世纪瑞典生物学家卡尔林奈发现了可显示生物有机体身份和关联性的分类学领域,他将秩序带入看来混乱的生物学,而且他们成就2代进化论生物学指引了方向。而哈佛大学的斯蒂芬-杰-肖尔德 ,在分析微生物群系的过程中,认识到物种分类学的重要。假设人类是一个单一物种,使用林奈的分类法,可以将人类归类为智人、——一种高级的哺乳动物;但在操作上90%
是错误的,不仅在人们身体是如何构成的,而且传递到下一代基因都是错误的。在操作上的分类是将人作为单一的物种标记为人类哺乳动物;相反我们每一个人都是有机体,由无数物种构成的。
人类疾病的新面孔
21世纪人类疾病呈现出新的挑战,习惯叫作慢性病-非传染性慢性病,简称NCD。这些疾病一直在个体身上存在,不像病毒引起的感冒通常会会终生携带。非传染病包括过敏、癌症、心脏病、肥胖病等,或忧郁症,据世界卫生组织报告非传染性病致死人数占死亡率的68%,几乎是传染病的人数致死率的23%。非传染病整体说被零零散散的分割到各种计划、导向仅仅某一种类型。如癌病、肥胖病、心脏病、自闭症、或埃尔茨海默症相对这种流行病而言,解决非传染性慢性病综合性努力一直远远滞后。
旧生物学的终结——新生物学
“我们都是生存机器——作为运载工具人类程序是盲目编制的,为的是永久保存所谓基因这种禀性自闭的分子,这是一个让我震惊不已的事实。”
——《自私的基因》理查德道金斯著
1998年美国公共广播公司《信仰与理性》节目做了一期访谈,道金斯同时描述了人类或动物的行为如何为形成神经系统的基因的利益服务。这是达尔文进化论一个合乎逻辑的思路。但假设是人类哺乳动物的基因支撑着其神经系统。神经系统又反过来根据这些基因的利益做出各种行为。
作为新生物学的一部分,我们现在知道情况并非如此。现在大家都知道,我们的微生物基因或者叫第一基因,驱动细菌支持基因及繁殖行为(如食欲)。如果在人体真正存在大量的“自私基因”,那么很可能是微生物层面的而非哺乳动物层面的。这一点是旧生物学没有预测的。
……我们的微生物伙伴。即微生物系,显著影响了人类的行为。那么谁说了算?人类是否获得过微生物使之造就一个更好的人,或者微生物是否为了后代的利益而设计改造的一个更好的新载体。也许这就是之前遗漏的观点。我们知道成千上万个物种中一起搭建出现代人的超级有机体。最好的结论是我们多物种有机体一直占主导地位的合作协调的基因——而非自私的基因。缺乏微生物的人会生病,没有人类的微生物则没有家。
事实上甚至这种关系更复杂。作为哺乳动物的我们和微生物共享一些基因,甚至在细胞分子水平上也像一个有机体一样混杂在一起。现在我们身上的很多基因并不是从我们人类自古就有的,而是由过去的微生物伙伴捐献的,你是你生活的世界一个微观反应。
超级有机生态学
旧生物学将人类当作一个单种类的有机体,而新生物学将人类看作一个多种类超级有机体,之间差别是生态互动的一个强有力的网络活动。生态学是研究有机体与其栖息地或周围环境的互动涉及植物、动物及微生物,包括三者形成的混合物。
“生态位”是指一些有机体是如何繁殖的。在《自然杂志》上大卫瑞尔曼指出,在21世纪的曙光中出现了一个重要的生物医学课题:“人类的分子和遗传的基础是什么?”事实证明,我们的生物学和我们个人在很大程度上依赖于生活在我们体内或身体上的微生物——这一现实有望从根本上改变医药、公共卫生和基础科学的原则和实践。
我们描述物种之间不同互动类型时使用不同的标签。例如:如果是两个物种互动,而且对两者均有利,这种类型叫做互种共生型。如果一种物种受益,而对另一个物种是中性没有影响,则这种类型叫做偏利共生。最后,如果一个物种是在牺牲其他物种的条件下受益,则叫做寄生型。在你这个超级有机体内所有这几个类型的生态互动几乎每天都在发生。如果能妥善管理体内成千上万个不同的物种,则身体是健康的。多数情况下这已经在不知不觉中完成。整个生态系统按照自然规律以无以伦比的复杂方式运转。
两个生态概念可以完成自我假设:第一个词:偏利共生,指在同一桌子吃饭这正是与我们合作的成千上万种微生物种所做的事情。大多数微生物寄存在我们体表但通常形成感染,这种细菌叫做共生或共栖细菌,产生感染的被称为致病病菌或病原体。共生细菌术语形成于旧生物学期间。科学的这一领域研究土著文化及其药用植物。即传统的药物学“从抗癌制剂到天然抗菌学”。比如从金纳鸡霜树提取的(奎宁)或者青蒿素;从玫瑰色“长春花”提取的抗败血病药物。
20世纪90年代,康奈尔大学教授汤姆埃斯提倡在雨林中进行化学研究。这一思路涉及人体生态的保护。理由是热带雨林是如何分层的;高高的大树遮天蔽日枝叶茂盛达上百英尺。树冠接触到大量阳光和降水,而且光合作用上特别有效。繁茂的枝叶上野生动物很多,包括猴子、树懒、鹦鹉和蝴蝶。在健康的热带雨林中,较低层的植物只能接收穿过树荫少量的阳光和很少的强烈风,直接光合作用很少。
树下植物通常需要更高的湿度和凉爽的气温,因为它们一般需要森林和地面当作自己的家。这里的主旋律是植物材料的分解物。生活在较低层的真菌促进了营养循环,用来支撑热带雨林最底层的植物和动物生长。
这种分层的生态系统在现代世界中会受到很多人为破坏、砍伐、和修路导致森林退化。将森林一片片分割成农田。诸如森林退化让森林失去了其微生物的多样性以及乱砍滥伐的整体效果。一系列的事情为我们提供了一个有用的模型,如果我们人体内的生物多样性衰退,会有怎么样的结果呢?同样也影响到物种的多样性,产生多米诺骨牌效应。几年来,一个跨州研究团队在研究雨林与耕地边界处的植物和菌类时,发现了这种关系的精确类型。
珊瑚礁
珊瑚礁与海藻是共生关系。海藻给珊瑚提供了氧气,同时通过光合作用提倡能量。此外海藻还产生糖分。作为珊瑚在营养匮乏之时的营养物质,而珊瑚以二氧化碳形式给海藻提供无机碳并让当地的环境酸化。为海藻的光合作用提供便利条件。珊瑚礁里面和周围生活着几百万个物种,其生存与珊瑚的活力密不可分。如海马、龙虾及各种鱼类、海绵体动物。海螺、鳗鱼、海星、海胆和蛤蜊。像人类一样,珊瑚也有各种菌类和病毒伙伴,对珊瑚礁内部复杂的相互作用研究,为人类如何与微生物伙伴协作,以及我们理解体内微生物多样性退化带来的风险提供了有用的指导。珊瑚礁是共生功能体。
珊瑚对环境变化特别敏感,被潜水鳍片或船锚轻轻一碰就会受破坏,水污染、传染病过度捕捞,清淤捕鱼、海啸、风暴和气候变化也会影响到珊瑚的健康像热带雨林一样,对珊瑚礁说来增加了生病和和退化、珊瑚的颜色是否褪色,失去了原来的颜色;海藻的过度繁殖污染了海水和人类营养过剩有关。大多营养时自身生态系统中发生各种变化,引入以这些特定的肥胖营养学为食的。这在很多方式上同人类与肥胖有关的炎症差不多
,吸收太多的营养会在自身生态系统中产生各种变化。
自己家的花园
真菌和病毒的集合来自生命的三个主要领域:真核全物、古菌和细菌。大家以为皮肚上大约有1千种不同的细菌,放线菌门的细菌分布最广。人的肠道估计可容纳3万1千种,大多数个人仅仅拥有其中的一个部分。有些细菌种类每一种可能有多个菌株,复制数量多少有些不同的基因和特征。某种菌株变化很大,四分之一的基因都被改变了。
人类皮肤大约有400个不同的位置的微生物区系,结果展示出用一种生态的方法研究寄居微生物所在身体部位辨认的优点。脸、背和胸部不同部位有不同的细菌占主导部位。这些地方有很多分泌油脂的腺体。细菌比腹股沟这样的部位要多。腹股沟有自身环境,水分相当高,比较温暖。身体的部位像是不同的生态区,酸氧含量、温度、食物供应和水分各不相同。这种环境差异影响了可以在特定身体部位茁壮成长的微生物群组合。对微生物来说,这种环境差异影响就像生活在佛罗里达的迈阿密或阿拉斯加的巴罗角一样,即使属于一个人的肠道、口腔、大肠和小肠寄生的微生物概貌也不同。
看不见的人类超级有机体
据科学家估计,人体的微生物细胞超过自身哺乳动物细胞的十倍,他们发现从遗传学角度来看,我们甚至更微生物化。人类只有大约22000个哺乳动物基因,但却携带1千万种微生物基因。盲肠(肠道的一部分)通常占啮齿动物体重的6%——15%,但如果缺少全部肠道细菌,盲肠会膨胀到整个体重的20%——25%,而且并发症会导致死亡。随之发生的是心脏缩小,血流及供氧减少。正如热带雨林和珊瑚礁一样,恶化或破坏人类微生物群系会带来各种后果。
——未完待续