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​生命的法则(之四) 细菌——到底有多强大?

 爱游泳的黑熊 2020-03-15

导读:弱小和无知不是生存的障碍,傲慢才是。

生命的法则(之四)

细菌——到底有多强大

文 | 立峰


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病毒和细菌,是地球最原始的生命形式,也是38亿年来,始终贯穿地球生命演化历史的关键角色。没有病毒、细菌这些微生物,就没有今天的地球生物,同样也不会有我们人类。

说起微生物,我们一定觉得它们不足道。但真正主宰地球的,恰恰是那些肉眼不可见的微生物。在微生物中,病毒处于生命与非生命之间的灰色地带;而细菌,在真核生物诞生前的近30亿年间,则成了地球上唯一的生命形式

与细菌相比,人类的历史,才是真的不足道。如果细菌的历史有手臂那样长,那么只需轻轻锉一下指甲,就足以把人类的历史全部抹掉。

左下方小字:30亿年前 地球上出现最原始的生命结构

在地球的每个角落,无论天空、陆地、海洋,都充斥着各种细菌。据估算,仅仅是海洋细菌的总重量,就相当于2400亿头非洲象;而全球的人口,至今也不过才70亿。难关古生物学家斯蒂芬·古尔德StephenGould如此评价道:

这是微生物的时代,过去如此,现在如此,将来还是如此。

细菌对人类至关重要,举两个最常见的栗子🌰:

1、在自然界里,是微生物,将空气中的氮元素,转化成细胞可以利用的游离氮,让地球变得适合人类生存;

2、在加工食品时,无论是用传统方式制作酸奶、奶酪、火腿,还是在现代工业中生产酱油、味精,乃至于整个酿酒行业,全都建立在利用微生物对食品进行发酵的基本原理之上。

人的体表细菌模拟图

也许许多小伙伴都知道,人的皮肤表面,还有口鼻、肠道、阴道等腔道内,到处都细菌密布。

但是这只说对了一半。研究表明,人的呼吸道内部(支气管和肺里)也有细菌;不但如此,健康人的血液当中、眼睛表面,女性的输卵管、子宫和盆腔里,随处能找到细菌的踪影。甚至在被普遍认为绝对无菌的大脑,也发现了细菌。而所有这些细菌,并不影响人的健康。

体各处都分布着不计其数的细菌及无数细菌群落。比如,情侣的一次接吻,就会相互交换8000万个口腔细菌。而肠道内的细菌总数大约是100万亿个,并且涵盖了上千种类别。

体细胞的总数约30万亿个,然而,与人体共生的细菌总数,却要多出好几倍。虽然所有细菌都是独立于人体存在的,但从功能来看,这些细菌简直就像是人的另一些器官。可以说,细菌等微生物,从婴儿出生的那一刻起,就与人相互依存、休戚与共了。

林林总总、数量庞大的细菌,时刻维系着人体的生命活动。所以,我们的身体,根本就是个细菌俱乐部。

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当然,不止是人类,所有生物体内,都携带着特定种类的细菌和细菌群落。它们为宿主提供服务的同时,也从宿主那儿获取能量和居所。比如:

1、白蚁有能力消化木头,并非白蚁的消化能力特别强,而是因为它们的肠道里,住着特殊的细菌;

2、牛能从草料中获得营养,则同样归功于它四个胃里的特定细菌。


从左到右竖排依次为:
肠道细菌重量/消化道细菌比例/消化道表面积
细菌体型的尺度/细菌与细胞的大小之比

同样,人体内数量众多的常驻细菌,也从来都不是我们的敌人;它们不但与人类和平相处,两者还是一种共生关系。简单说,即相互惠互利、相依相伴。

以肠道细菌为例。肠道是细菌最大的聚集地,人体细菌总量的95%都集中在肠道内,其重量加起来多达约2公斤。人与众多的共生细菌相互依存,堪称一个超级生物体。那么,与我们朝夕相处的细菌,究竟是如何发挥作用的呢?

1、可想而知,聚集于消化道的大部分细菌,最要紧的工作,就是协助消化食物

典型肠道细菌(从左至右)
双歧杆菌/乳酸杆菌/肠球菌/大肠杆菌

人作为杂食性动物,饮食结构复杂,每天消化吸收的工作量,想必一定很不轻松。于是,在漫长的演化中,人类肠道便默认了共生菌群的存在,允许这些厌氧细菌作为助手,协助消化部分无法被消化酶所分解的多糖和蛋白质,并将分解后的营养还给肠道充分吸收。据统计,细菌因此提供人体的热量,竟达食物总热量的30%。

此外,细菌还承担着一些特殊的工作。比如,乳酸杆菌帮助合成人体必须的维生素B族、维生素K、泛酸、叶酸等,并促进了铁、镁、锌等矿物质元素的吸收,兢兢业业维护着人体的健康与平衡。

当食物残渣进入结肠,细菌还会进一步消化残渣中的纤维素,产生可被结肠吸收的短链脂肪酸,而这种特殊的营养素,对于维持结肠与直肠的正常功能,同样必不可少。

人体肠道内壁的细菌
2、但细菌最大的贡献,还在于为人体提供了额外的免疫力。微生物和免疫系统的合作,起始于婴儿出生的时刻,并且贯穿着人的整个生命历程。

一个3岁幼童体内的细菌群落,就与成人非常相似了,它们不但对人体形成了天然的免疫屏障、并帮助人体抵御外来细菌的入侵。 

1、既然肠道是细菌的住所,自然有大量菌群各居其位、黏附在肠道壁上,为肠道穿上了一层天然的铠,成为隔绝有害物质的有力屏障

2、当有益细菌在肠道安居乐业,最不愿看到的,就是外来“竞争者”侵占领地、抢夺资源。若真有入侵者硬要分一杯羹,肠道菌群自然不会妥协,它们会毫不犹豫、发起进攻、保护领地。共生细菌在赶走外来有害菌的同时,也保护了肠道的安全和健康

对于女性来说,阴道也是容易聚集细菌的地方。育龄女性的阴道里有一种乳酸杆菌,会分泌大量乳酸以降低阴道内的PH值。而乳酸菌所制造的酸性环境,对外来微生物却很不友好,因而很好地保护了阴道、免受外来真菌等病原体的侵害。

但有些特别“爱干净”的女生听信广告,没事就用含有杀菌剂的洗液冲洗阴道,结果却适得其反。当乳酸杆菌被杀死,阴道的酸性环境便被破坏了,反而引发了真菌感染,导致了真菌性阴道炎

有时偶然入侵的细菌,即便侥幸抢到一块立足之地,但不用多久,就被人体内常驻的共生菌群驱逐排挤、消失殆尽。因此,人体内的微生物群落,一般来说都相当稳定、甚至终身不变。

总之,人体就像一个充满细菌的超级生命体。长久以来,人体与细菌之间,达成了一种稳定的平衡。一旦平衡被打破,人的健康便会遭到威胁。

而打破平衡的,正是现代人对抗生素的滥用;以及日常生活中,过分的杀菌消毒。这对于健康人,尤其是孩子,非但无益、而且有害。当细菌没来捣乱,我们就不该频频出击,因为细菌,一直都是人类的朋友、而非敌人。

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自然界与人体有很多相似之处。比如,自然界的生态失衡、物种灭绝,会导致环境的破坏、出现意想不到的生态问题;而人体内的菌群失衡、菌群多样化的急剧减少,同样会导致各种疾病,威胁人的健康。

据报道,大堡礁2/3的珊瑚已经死亡

比如澳大利亚的大堡礁,它纵贯该国东北沿海,是全球最令人叹为观止的海底奇观,这里的珊瑚礁群,曾是最为完整的生态系统。但大堡礁的生态平衡却十分脆弱,气候变化、环境污染、微生物失调引发的珊瑚疾病,对这一自然奇观带来了巨大的破坏。

显然,大堡礁要保持活力,需要它的整个共生生物圈,都能保持生态平衡。同样,人体想要保持健康,最关键的,同样是人体内共生微生物环境的生态平衡。而自然环境的破坏、人体疾病的产生,从本质上看,都是打破了原有生态平衡的结果。

这种生态失衡,源头可能在最不易觉察的地方,比如人体菌群失衡所引发的连锁反应,可能就是从根本上破坏了人与细菌的共生关系。如同池塘里蓝藻泛滥、田野中杂草丛生;当人体内的有益菌群遭遇大批破坏,有害菌便趁虚而入、兴风作浪,并占据统治地位,彻底摧毁原有的生态平衡。

无疑,部分疾病来自单个病原体,如致病细菌或病毒的入侵,比如鼠疫或艾滋病。但多数疾病,并非由单个病原体导致,而是体内的整个菌群发生了变化,这通常会让问题变得更为复杂。

而这种整个菌群失调,呈现诱发疾病的状态,即菌群失调。比如,导致肠胃炎的原因,并非因一种致病细菌的入侵而引起,而是多种原因导致的、整个消化道的菌群紊乱,进而引发炎症。


不幸的是,近几十年来,因为卫生条件的改善、特别是抗生素的滥用,导致人体的微生物环境,如同大堡礁一样遭到破坏。大量有益菌群濒临灭绝,直接威胁到人体的菌群多样性,造成人体消化代谢功能紊乱、免疫系统失调等等,许多意想不到的健康问题。

一般来说,因严重感染,而大量使用了抗生素的病人,很容易继发耐药细菌感染、真菌感染等,而这些因菌群失调、自身免疫功能遭破坏所引发的疾病,往往很难医治。

更为麻烦的是,人体菌群多样化的减少,也给了外来致病菌可趁之机。生物学里有一个名词叫殖民抵抗,也叫免疫屏障,即只要生物体内拥有茁壮成长的多元化菌群,就会大大减少外来致病菌入侵的空间;有益菌群的种类、数量多了,自然形成对外来致病菌的威慑和抵抗。但如果情况相反,则会对健康造成隐患。

我们都知道,自然分娩和母乳喂养对婴儿有利,这同样可以从培养婴儿体内菌群多样性的角度来理解。

自然分娩时,宝宝经过母亲的产道,带上了母亲的细菌。而母乳喂养时,孩子同样接触到了大量母亲的细菌。宝宝最早接触到细菌的数量和种类,对他体内菌群的发育非常关键。

而我们从鼓励细菌多样性的角度,让孩子多接触自然、亲近泥土、与宠物玩耍,不要因为他们弄脏了自己而大惊小怪。而接触各种外来细菌的过程,也在无意之中锻炼了孩子的免疫系统,大大提高了他们对抗外来微生物的能力。

因为,没有对抗就没有和平,这是自然和生命的法则。

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说到细菌,抗生素显然是个无法跳过的话题。我们都知道,人类发明的第一种抗生素是青霉素。

亚历山大·弗莱明Alexander Fleming 英国生物化学家
他1923年发现溶菌酶 1928年首先发现青霉素

1928年,英国的弗莱明博士Alexander Fleming在实验室发霉的培养基中,偶然发现了青霉素。青霉素的发明,让他与另两位科学家分享了1945年的诺贝尔医学奖。

青霉素,这种抗生素的发明,显然是件永载史册的大事。1944年盟军诺曼底登陆时,不仅准备了武器弹药,还准备了10万支青霉素,挽救了无数伤员的生命。

青霉素杀菌的原理,是它干扰了细菌细胞壁的合成。而人体细胞没有细胞壁,所以青霉素既有很好的杀细菌效果,又不会对人体细胞造成伤害。

白色的是霉菌 而霉菌的周围 没有细菌存活

青霉素的发现固然伟大,但发现的过程却纯属偶然。弗莱明博士有一次发现,他的一只细菌培养皿里意外长出了霉菌,这显然是实验中的某一疏漏所致。而他却从中发现了一个特别现象——在霉菌的周围,细菌消失了。

我们知道,霉菌是一种真菌,它的周围之所以不长细菌,一定是真菌分泌的某种物质,抑制或者杀死了细菌。而这个现象,属于一种物种间的竞争。(不同生物间为争夺生存资源,抢占地盘、相互竞争。)

人体微生物中,不仅有细菌,还有真菌。在百万年的演化过程中,人与细菌、真菌形成了一种既相互依存、又相互竞争的关系。

平时大家和谐共处,这是共生;但当真菌与细菌展开竞争,真菌分泌的青霉素,就会杀死细菌。青霉素是人类发现的第一种抗生素。

1、抗生的意思,即一种微生物抑制、杀灭另一种微生物;

2、用青霉素治疗细菌感染,就是用真菌分泌的物质去杀死细菌,巧妙地利用了物种间天然的竞争关系

——此乃青霉素杀灭细菌的原理。

人类在动物饲料中滥用抗生素

但青霉素的出现,却带来了一个抗生素时代。青霉素以后,其它抗生素也被接二连三地发明出来,它们作用的原理,除了干扰细胞壁的合成,有影响细菌蛋白合成的、还有阻碍细菌DNA合成的。抗生素为人类对抗细菌,提供了一件利器。 

抗生素发挥作用的原理

那么,自从有了抗生素,人类在与细菌的战争当中,是否就能战无不胜了呢?

显然,人类想多了,事情远没那么简单。事实证明:

1、长期、大量使用抗生素,造就了耐药细菌

2、抗生素杀死了人体内的细菌,却让真菌过度生长,导致了真菌的二次感染

3、特别是广普抗生素的使用,破坏了人体正常的微生物环境,引发了更为复杂、难以对付的肠胃炎。

所有这些问题,从抗生素被发现之时起,就埋下了种子。

超级细菌 Superbacteria

也许人们忘了,抗生素的原理,只是利用了物种间天然的竞争关系,但既然真菌、细菌都是天然物种,它们就会自发产生变异、以努力适应不友好的新环境。每次人类研制出新的抗生素,细菌都会很快地演化出与之相适应的耐药性,甚至出现了什么抗生素都不害怕的超级细菌。

这种耐药细菌仅仅通过接触,就能将耐药性传递给周围细菌;或经繁殖,遗传给它的后代。人类研发新型抗生素,要耗费大量时间、经费,而细菌却能在几小时内,就完成一次进化和迭代。而一旦出现超级细菌的大范围传播,人类就会重回没有抗生素、面对细菌感染束手无策的年代。

除了耐药问题,更为麻烦的是,抗生素会打破人体与细菌共生关系的平衡。而本质上,这依然是关于物种间竞争的问题。

据美国CDC通报 至去年4月美国共出现超级细菌病例587例

总之,过度使用抗生素所带来的问题,不但是细菌耐药、继发真菌感染,而更为可怕的,还是人体的菌群紊乱,所造成的系列、复杂的健康问题。

其实,生病后出现发烧、咳嗽、腹泻等症状,其本质,都是人体免疫系统为了清除外来细菌,所做出的自我防御应激反应。只要身体的防御不算过度,就应该尽量不去压制。因为,现有的医疗手段太过有限,而要打败外来微生物的侵犯,真正关键、有效的,还是人体自身强大的免疫力

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在神奇美妙的自然世界里,在精妙绝伦的生命万物前,如果最高的学历是博士,那么仅凭人类现在那点可怜的认知,恐怕还不到小学生水平。自然界的神奇奥妙难以参透,而人也注定战胜不了天,任何因无知而引发的傲慢与狂妄,所带来的恐怕只有万劫不复的命运。

病毒和细菌,在地球已经存在了超过了30亿年,而人类来到地球的历史,若光看我们的祖先智人,满打满算也只有20万年。

病毒和细菌,尽管体形微小、结构简单、有的只有几小时的寿命,但它们却是地球生命当之无愧的创造者和主宰者。

微生物的生存策略,首先以数量取胜。它们除了能高效繁殖,还善于抢占地盘、让同类遍及每一个角落。但是微生物的高明之处,还在于它们审时度势、适应环境,能在新环境中,迅速变异迭代的本领。

于是,几十亿年来,病毒和细菌在严酷生存竞争的考验下、在物种间的战争中,历尽艰险、却生生不息,成为地球上最古老而坚韧的居民。

 电影冰河世纪里的猛犸象、前齿虎

而在地球生物的演化史上,又曾经有多少的庞然大物,在演化的路上,貌似顺风顺水、勇往直前,发展出无比庞大的体型、不可比拟的竞争优势,如恐龙、猛犸象、剑齿虎。但是,它们如今它们安在哉?如此彪悍强大的动物,却因为生态环境中的一点风吹草动而全军覆没。

但是病毒、细菌,几十亿年来,历经沧海桑田、世事变迁,却依旧生生不息、欣欣向荣,并在总的数量和质量上,牢牢占据着地球生物的榜首。难道物种间的战争,是仅凭力量、便能分出胜负的吗?那么,物种间的竞争,又凭借什么取胜呢?

电影冰河世纪里的猛犸象、前齿虎

那些在体型、智力、能力等各方面,似乎占据全面优势、轻易能够碾压对手的物种,比如人类,如果不懂得敬畏自然、尊重规律,则完全可能被小小的病毒或细菌,彻底摧毁。而当人类自以为有了秘密武器,并对细菌、病毒拼命追杀,试图将其斩尽杀绝时,那么人类所面临的,也许将会是灭顶之灾。

外表的强悍,并不意味着真正的强大,而生命的法则,则在于不断地竞争对抗、妥协合作,进而适应环境、达成平衡。而最终,只有懂得敬畏自然生命、尊重客观规律的个体,才是笑到最后的强者。

傲慢的人们,请千万不要小看细菌,因为细菌的水实在太深了,而渺小的人类,似乎还差得很远。

就拿因肠道菌群失调、可能导致的疾病来说,就可谓是千奇百怪、数不胜数。比如:

1、肥胖;

2、过敏性疾病(包括荨麻疹、湿疹、哮喘、鼻炎等);

3、精神问题(包括焦虑、抑郁、自闭)

4、自身免疫病(类风湿性关节炎、红斑狼疮);

5、癌症(尤其是结肠癌)。

不知有多少已知、未知的疾病,都与肠道的细菌息息相关。

胖子之所以胖,是因为体内的“胖菌”较多。胖菌分解食物,会产生乙酸,而乙酸让人产生饥饿感,人便不停吃吃吃。糖之所以让人变胖,是糖能阻止拟杆菌发挥作用,而拟杆菌却是种“瘦菌”。所以,减肥最好的办法,是伺候好体内的“瘦菌”。而那些以为靠管住嘴、迈开腿,就能减肥的人,无一不是屡败屡战、终难如愿。

 小白鼠的体型 多半由它们的肠道细菌决定

再比如,5-羟色胺是让人产生快乐的物质,但人体95%的5-羟色胺是细菌合成的。所以肠道菌群紊乱,不但容易引起身体疾病,还常会引发焦虑、抑郁、自闭症等精神问题

类似的栗子🌰实在举不胜举,大自然的和谐来自于平衡,生命的健康更在于平衡;而蝈家的安宁、䈣權的稳定,又何尝不是呢?

无论外表差异多大,所有的生命和物种,本质上都是平等的。外表再强大的物种,在微生物面前,都应保持谦卑、平等相待。这显然对双方都有好处。而一个蝈家,在对待看似弱小的国民时,如果一味蛮横霸道、蔑视打压,而弄得民怨沸腾、民不聊生,那么这个蝈家,也必将面临穷途末路、万劫不复。

年轻的华裔作家所写的 一本关于人体细菌的科普书

每个物种间的自由发展、平等相处、合作共赢,才是自然生命欣欣向荣的不贰法则;而一个健康向上蝈家,又何尝不是强大的權力、与无处不在的社会有机体之间,互惠互利、合作共赢的超级生命体?

就像作家刘慈欣在小说《三体》中说的:弱小和无知不是生存的障碍,傲慢才是。

1、《我包罗万象》 I Contain Multitudes,作者:埃德·杨 E.D.Yang,美籍华裔科普作家。

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