半数为人微生物母亲

长久以来我一直有个写科普的梦想，虽惨淡经营，可这套文章最终并未达理想中应有的水平，请各位容我再多磨练罢。

水平虽有限，但我愿为这里每一句话负责。我觉得，一旦涉及科学，我就不仅是个作者，还要对得起母校的科研训练。加之我的亲人、挚友都跟各位读的是一样的东西，所以于己于人，我都万不敢胡言乱语。

开始前，想用一节前言向大家交待一下主旨、体例、读时的注意事项。

本文涉及从微生物和人类「超越共生、合而为一」的视角，去看「生育」、「免疫」、「膳食」、「肥胖」这些边际模糊的热门话题。第一部分介绍生命如何因进化而必然走向复杂，是全文的生物学基础。第二部分说我们从母亲那继承的不仅是基因，还有一套内部生态。第三部分说体内微生物生态和我们这些年变肥的故事。

这个思潮近年的兴起，其技术背景是对大量微生物基因快速统计测序的16SrRNA（rDNA）技术的发展与成熟；时代背景则是「人类微生物组计划（humanmicrobiomeproject,HMP）」的第一个五年计划期间发现了大量惊人结果。近五年间，这些结果带来了崭新的研究思路、进入了教材、更通过众多的畅销书进入西方大众的生活视野。

是的，我想把自己看这些东西时感受到的心动分享给大家。但要整理短期内涌现的大量科研结果，需要扎实的基本功和第一线摸爬滚打的经验。我是物理学出身、去年才转行养绿藻的农民叔叔，所以眼界、能力、时间都成了掣肘，望各位阅读时，或有疑问、或见谬误、或对实验细节感兴趣，都与我联系。我对每句话负责。

考虑到篇幅，我太太建议我拆开写连载，这样不仅更易于理解消化，还能涨粉。考虑再三，还是只把文章又作删节，第一、二部一齐发了。若各位不嫌弃，不妨先分享收藏，一次读一半，可能会觉得更轻松些。

一．命运的轰鸣

一个声音在温柔的黑色里低语。

昏热的大海里，它们在低语。那些最早的「生灵」只有一个细胞，细胞里空空的像没钱买家具的新宅。那是三十八亿年前的事情了。它们互相吞噬、融合，静静等待着伟大的巧合发生。

图1：生命的进化树。椭圆心标志地球诞生，由古至今为从圆心向外。同一时间的复杂度（广义）沿顺时针方向递增。图来自TreeofLifewebproject，设计师LeonardEisenberg。

已经过去好久了啊。二十多亿年之后，一个单细胞生物吞下了另一颗细菌（变形菌，proteobacterium），后者正是「线粒体」这种为细胞提供能量的细胞器的祖先（Dyall,）。可能是吞噬者的酶不足以「消化」它的外壳，是以它在吞噬者的体内仍然活着。吞噬者体内的各种化学物质的浓度远高于外面的大海，于被吞噬的细菌而言，这便是摸得着的丰裕。也许体内的那颗细菌也给吞噬者提供了需要的东西——或许是能量源（Martin,）——它们就此开始了精诚合作。

从此，黑暗里的那个声音变得响亮起来——更多的能量，更大的细胞，更复杂的功能，更多样的形态，都在距今十五亿年前破海而出。

高中时的生物书上，一个真核细胞被切开一半，内质网、高尔基体、线粒体等等稀疏地排在里面——「喏，你身上的细胞原则上就是这样」。是，原则上是的；但实际上细胞内的拥挤程度却直逼上海北京：它有自己骨架（中间丝，IntermediateFilaments）和高速公路（微管，microtubule），几百种原材料和成品在不同的角落里生产，被装进集装箱（小泡，vesicle），运到每一个角落去。更让人吃惊的是：我活着，所以体内恒河沙数的细胞中绝大多数都运行得有条不紊。

图二：一个动力蛋白(dynein)正在拖拽着满载各种蛋白质的小泡(vesicle)，沿着细胞微管(microtubule)把东西运向目的地，过程中消耗能量。以细胞与北京市作一类比则可见细胞之复杂：一条微管的粗细（24nm）之于细胞（10um见方），正如一条宽20米左右的马路之于北京三环内市区（略大于10公里见方之面积）；加之，人类城市约只用了高度m以下的空间，此时若将「细胞所利用的高度」作比于宏观城市，则相当于把个北京内三环叠起来。于是将一细胞比之于一座城池，大约不为过。图片来源：“Theinnerlifeofthecell”,Harvarduniversity.

这份拥挤背后的精神是——哪怕是多利用毫厘的空间、进而获得微渺的优势，都可以经由无限长的繁衍、竞争变成胜者通吃。生命是一场军备竞赛，一切都在逆水行舟，环境对它做出选择，而它的选择，终于又成了别人的环境。

这个的趋势还有一种更学究气的解释[1]（篇幅限制，补充于文末），大意为：生命的演化可以抽象成计算，自我迭代的运算过程不断运行，把自己变得更复杂、更难以理解，直到达到环境与个体容许的限度。这个过程和封闭系统走向死寂的均一（熵最大化）一样不可逆转（Furusawa,;Adami,）。是以「生如夏花」和「归于寂灭」便如树冠与树根，一入云霄一入黄泉，势皆不可挡。

等某个细胞做到自己的功能的极限，便如人要分工、组团、建党，它们也要经由分化、联合，最终成一新集体，在更大的尺度上挥霍更多的能量、发挥更强大的功能。

目前，在几十亿年的合纵连横后，我们人类站到了复杂度的顶端。试想单一个细胞便已复杂如斯，而人体又内有二百余种形态功能各异（Vickaryous,）者，它们构成几十个不同功能的器官，后者又协作而成全一功能完整的「人」[2]。

当我说一棵树的时候，我并没有包括它根脉下的水土、表面的苔藓或是寄宿其上的鸟雀。是以此时它的边界是清晰的。但当我说一株倚仗虫豸传粉进行繁衍的花时，我言指的边界就开始变得模糊了——晴空下被吸引的那只胖胖的黄色蜜蜂，是它生命的一个部分么？它也参与了花繁殖啊。进一步，当我再说一只白蚁、一头乳牛时，它们须臾不能离开帮它们化食物为能量的微生物综[3]（BrockBiology13thEd.），那么后者算不算它们生命的一部分？

明白了这些，举一反三，当我再说「我」的时候，我便意识到自己或许不仅是一大群基因相同的细胞军团。除了这个军团，还有另一个和我差不多复杂的伙伴，它的细胞数量与我相当，形状与我相同；虽和我肝胆相照（取字面义），但又不完全听命于我；我若待之暴戾、离之须臾，自己就会变得肥胖、紧张、多病，一至有性命之虞。是了，要强作分类，正在写字的这个人，是「我」加「它」罢。

它的名字叫「微生物综」。下面是它的故事。

二．「母亲」和母亲

《10%human》（collen，）一书中作者引述众多新近研究，呼吁读者重新审视人的边界，并从人与微生物的角度，重新审视一个人的生活起居、饮食男女。除结构略混乱，读之不便外，这本书很值得看。在此向大家推荐。

图三：《10%human》封面照

要论证人和微生物综的关系「超越共生、合而为一」，大体可分为三个方面。其一，「人」是如何作用于微生物综，何以「人」不可或缺；其二，微生物综是如何作用于「人」，为何不能把细菌简单分为“病菌”和“益生菌”便草草了事；其三，强行割裂人与微生物综，会有什么样的后果。但划分角度只是为了串联知识、方便记忆，并非自然界真的泾渭分明地有着几个侧面。故以下的所有例子可同时以上述角度去审视，希望这种“与微生物超越共生的思潮”也能深入各位心中。

让我们从常识说起，一个人身上有多少细胞，又有多少细菌呢？此前流传的「人体内细菌十倍于自己细胞数量」的说法，其实不对。人体大约有30万亿个细胞（Biancoli,），约是世界人口的倍，而体内的细菌的数量略大于这个数字，但总体在伯仲之间（Sender,）。虽然广泛分布于人的每一个角落，但从数量上看，微生物综的绝大部分在大肠中（BrockBiology13thEd.）。

目前有普遍共识的细菌分类有五十「门」[4]，潜在未发现、未分类的可能有千门之数。尽管自然界中多种多样，但人体的肠道菌综的构成却惊人单一：四门细菌便占了98%。相比于门层面的单一，在「属」「种」层面，人的肠道菌综却有着令人咋舌的多样性、特异性——几乎人人不同。并且每个人的菌综构成比较稳定，短期内少有变化，故不妨说「菌综与人一样各有性格」（BrockBiology13thEd.;Collen,）。

但不论如何，于细菌而言，人体内都是个理想世界：定期的食物供应，终生不断；残渣、废物会自动排空；各处温度都很宜居，不辨寒暑。

试想只要我们有的吃，他们就有的吃；而我们吃什么，他们就吃什么。若把它们看成宠物，则我们每天吃饭、排泄，无不是对它们「爱的供养」。另外玩笑一笔：由于成年人粪便的干重的三成左右是细菌（Sender,），所以对于它们而言，每天奔腾而出的还是「诗与远方」嘞。

最后，生化大都需要酶作催化剂，而酶只在特定的温度下才有效率。哺乳动物打造了一套巧夺天工的保温机制，保证自己机能正常的同时，也为细菌们打造了个天堂般的度假村。我养的绿藻为了找光和营养，要过一辈子逐水草而居的游牧生活，就这样体内的酶还总不在状态，毕竟寒来暑往。细菌到好了，「躲进小楼成一统，管他春夏与秋冬」，望肠子里一瘫——「舒坦！”」

既然人体不啻为细菌的小伊甸，那它们是何时来的，又从何而来呢？

读相关资料时，除了对这一过程之精密惊叹不已，我还始终沉浸于一种脉脉的幸福感。我得到的答案是：「出生」，「妈妈」。

当生命在昏暗而温暖的羊水中从慢慢有了形状，母亲体内零星的细菌便慢慢游了过来，与他为邻为伴[5]（Funkhouser,）。脑海中，这一过程伴随着大提琴低沉而期待的轰响。终于当这个生命彻底有了头面手脚，期待着接下来一生的冒险时，母亲已经早为他收拾好了启程的行装。

怀孕后，母亲阴道内的菌综便发生了巨大的变化：它变得更单一、极稳定、像预备一场决战般，把兵力集中到四种对新生儿至关重要的乳酸杆菌（Lactobacillus，属名）上（Digiulio,）。

一个孩子从产道里拿上母亲准备的军火，静静等着世界扑面而来。粘液里的细菌布满他身体各处，更第一时间开始保护他的消化道。粘液里的乳酸菌会以最快的速度占据绝大部分的消化道表面，是以众多对新生儿极有害的病原，诸如艰难梭状芽胞杆菌（Clostridiumdifficile）、假单胞菌属（Pseudomonas）、链球菌属（Streptococcus），完全无法立足。

这种「占领即保护」的做法，是微生物于人之助益中常见而重要的一面。但它们的作用不止于此。在「消极占领」的同时，它们还会分泌抗生素（Bacteriocins，是以其原本在阴道内就有杀菌、保护的作用）杀灭其他细菌。简言之就是——「全给我滚」。

同时，是谁在给它们补给，让它们可以持续保护婴儿呢？显然，还是母亲。在出生的最早几个月里，母乳在喂养的不仅是这个新生命，还有他的「小伙伴」。

乳酸菌的食物是乳糖（lactose），正合于母乳。乳糖比葡萄糖大一些。正常人消化乳糖，要先分解为葡萄糖、半乳糖，后者再由小肠吸收。但婴儿自体消化功能不强，母乳中的许多乳糖未经分解就通过了小肠，让大肠里的乳酸杆菌得以天天大摆宴席。

在「人菌合一」的语境下，我们不妨把「出生」看成一种「一个稳定而成熟的生态系统，哺育一个新生脆弱系统」的过程。

孤证不证，所以在此我再罗列几项在生命最初发生的故事。

经过一段时间，一方面，婴儿有消化更复杂食物的需要；另一方面，母亲也有要把关键菌综传递给孩子的任务。这个任务从时间上可分为三个部分。

第一步在分娩时。使子宫收缩的激素同时兼有促进排泄的功能，是以顺产的母亲多有失禁现象。当婴儿的头先出产道、等待下一次收缩时，失禁时的排泄物会把消化道里的菌综装备给新生儿。

第二步是在母亲有奶水之后。母乳约含种低聚糖（oligosaccharide，也译为寡糖）。这些「特种糖」，牛乳等其他奶水并不具备（McVeagh,），成人也通常不会摄入，却对新生儿极要紧。它们发挥着两个重要作用：一则滋养婴儿体内特定菌种，一则阻碍病原体的结合位点。

于前一项，以双歧杆菌（bifidobacterium，属）为例，它们于消化、免疫多有助益，而其唯一食物来源便是低聚糖，。于后一项，细菌病原若想在消化道内立足，首先要通过特定的生化反应抓住小肠壁。不同的菌种抓的位点不同。位点之于细菌的抓手，正如形状各异螺帽之于螺丝。母乳中种类众多的低聚糖抢在细菌之前先占坑，当「螺帽」被无害的低聚糖塞满，有害的细菌便不能停留了。

第三步至关重要、亦最直接。母乳本身含有许多菌种，其组分因母亲健康、哺乳期前后各异。神奇的是，自然生产的妈妈，与其母乳菌综构成最接近的，竟不是她的口腔、皮肤，而是肠道（详见图五，Cabrera-Rubio,;Collen,）。所以母乳不仅是一份长期量身定制的滋养，还是在最初的几个月里，为孩子拷贝母体微生物环境的一份努力。

总言之，生育是「母亲和她的细菌共和国」一起利用神乎其技的战术配合，保障新生命降生的过程。这个创世纪故事的一面记录着一个人类小生命的诞生，背面则写着一个复杂精密的微生物共和国的建国史。

对了，我想感叹一句：「爸爸能刷点存在感么？」

以上母亲对新生命的助益好像天衣无缝，但总归需要「顺产」、「母乳喂养」作为前提。

近二十年来，除非因为文化、政策等原因刻意控制的国家，各国的剖腹产比例都急剧升高[6](Gibbons,)。这里面有很多并非必要(Gibbons,;Osterman,;Macfarlane,)。世界卫生组织估计，因为身体状况等医学原因而不得不进行的剖腹产的母亲大约占所有产妇的10%至15%(WHO-HRP,)，是以该值可作为衡量剖腹产是否被滥用的参考。

剖腹产之于顺产，关键差别并非臆想中「孩子受过的压力」，而是健全菌综的建立。实验表明，不论生产方式如何，婴孩全身的菌种组分都很均一。顺产者，全身皆与母亲阴道菌群类似，剖腹产者则与母亲皮肤菌群类似(详见图四，Dominguez-Bello,)。

图四：九位母亲（四位顺产）特定部位菌综与其婴儿菌综的构成的比较，数据为平均值。不同颜色代表不同的菌种。一条色棒的颜色构成直观地代表菌综的构成。可见，顺产的婴儿全身菌综之平均构成更接近母亲阴道，剖腹产儿则似母亲皮肤。图片来：Dominguez-Bello,。

造成这种局面的原因不仅是新生儿首先接触到的部位不同，母乳中所含菌种更是决定性的影响（Dominguez-Bello,;Cabrera-Rubio,）。「生产的剧痛」对于母体的作用极微妙：凡经历过此种痛苦的产妇，即便中途因故最终剖腹生产，母乳中菌综构成也会与直接进行剖腹产的产妇大相径庭（见图五）。这种差异可持续长达半年，进而对新生儿体内菌综的建立与稳定产生重要影响（Cabrera-Rubio,）。

图五：不同生产方式的母亲其产后「肠道菌综组分」和「母乳菌综组分」之比较。同图四，不同颜色代表不同菌种。在同一张图的三条色棒中，最后者未曾经历过产中剧烈的疼痛。比较可见（实心双向箭头），前两者虽最终生产方式不同却组成相近，与最后一种大异。同时，比较A、B两图中相应的色棒还会发现，经过生产的剧痛，母乳的菌综竟不知为何与肠道菌综趋同了——这便是母亲直接在给孩子「灌功」了。与之相比，未经剧痛的产妇其两处的菌综构成，相差就比较大了。来源：Cabrera-Rubio,。

早在十几年前，全世界就开始记录比较两种生产方式对产儿、产妇的影响。结果对剖腹产儿颇不乐观。要之，产儿更易过敏、肥胖，更易罹患强迫症、一型糖尿病、孤独症等身心疾病（Collen,）。

而话分两端，不仅生产方式近年出了问题，母乳喂养近年来也常被配方奶粉取代。美国卫生部07年结题的调查（Ip,）结果显示，两种喂养方式对幼儿健康的影响亦十分显著：母乳喂养的孩子，罹患肠道感染、急性中耳炎、哮喘、肥胖症、糖尿病、新生儿白血病的比例都比奶粉喂养的孩子低；同样是母乳喂养的孩子，多喂少喂三个月间的差别亦颇可观。此间差别之大，可多达五成。正是基于上述事实，世界卫生组织正式呼吁遏制不必要之剖腹产(WHO-HRP,)，并呼吁有能力的母亲对自己的孩子进行至少六个月的母乳喂养。至此，我想感谢我妈生我生了那么久，又喂了那么久，您真是条好汉！

菌综的第一个故事到此便告一段落，愿各位读完会觉得有趣。

如果有趣之余，还能想到——人类之于细菌，一定不单是个恒温伊甸园；细菌之于人，亦定不只扮演着养料供应者、出生亲卫军这些角色——就太好了。事实上，在接下来漫长的生命里，「它」将愈发变成人不可割裂的部分——比方说为什么我们成了一群胖子。

下一篇《内外复合肥》也请捧场。

备注：

「进化」的概念并非仅局限于「生命」，任何可以复制自己、中间会发生变异、变异可以遗传的过程都适用「进化」的概念。以电脑程序打个比方，如果一段程序的内容是：

i.用记事本打开自己。

ii.复制所有的代码，粘贴在末尾

iii.保存、关闭

可以想见，它会一直运行，直到用完所有能用的空间。没错，这是一种电脑病毒。变异在这里是「复制过程中的读、写出错」。举两例：若「复制『一』遍」错写成了「两遍」，那后代抢占空间就更快了；若多加句「删除邻近文件」，那它甚至可以删除与它竞争的病毒。

生物遗传物质本身也是一种程序代码，只不过是用碱基对（而非电脑内存）拼起来的。它里面也写了「复制」的条目，并终生不断地执行自己，过程中经常出错。只要明白了这样的类比，那么生命不啻就是一场计算游戏。科学家通过动态计算模型，发现复杂性的恒增是这种自我复制的计算在特定环境中的根本特征之一（Furusawa,;Adami,）。

加竖引号的「人」指单体遗传信息相同的细胞集合，不包括菌综。

人体内的Microbiota指众多不同种、属的细菌构成的联合生态体系。其中有于人有益、有害、或无关的细菌皆有。从细节看，其构成繁复；以总体看，却总以一些特定的功能换得与「人」密不可分的内共生（endosymbiosis）。该词目前有两种翻译：「微生物丛」（网络词典）与「微生物相」（台湾）。但余以为前者生硬，后者有歧义。「相」本是个物理概念，强调均一、因而可以几个物理量描绘，并兼有临界骤变的「相变现象」。Microbiota则更偏重于复杂、连续的生态综合体。以「信」以「达」，便译为「微生物综」。对消化道而言，99%以上微生物为细菌，故本文中肠道微生物综（gutmicrobiota）也译作「肠道菌综」。

细菌的命名和翻译相对植物动物非常混乱，但仍服从「域、门、纲、目、科、属、种」由大到小的顺序。

此前认为子宫和羊水内是一个无菌的环境这一说法，近年已被证伪。婴儿在子宫内接触到细菌数量很少，但并非没有。

文化原因比较复杂，不单是崇尚自然生育，也有医患关系的影响。其中北欧四国、荷兰、日本等都在15%左右；激增者，如美、中、德、意、巴西等，皆高于30%。有数据说中国高达五成，但经反复查证其来源，窃以为其数据误差极大，不足取信，但升高之趋势确凿。

参考文献：

Dyall,S.D.etal

Ancientinvasions:fromendosymbiontstoorganelles

Science

Martin,W.etal

TheoriginofMitochondria

NatureEducation3(9):58

Furusawa,C.etal

Originof







































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