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撰文 | Scott Solomon（演化生物學(xué)家，萊斯大學(xué)生物學(xué)系教授）

翻譯 | 郭懌暄

雖然并不愿意細(xì)想，但我們身上其實(shí)布滿(mǎn)了外來(lái)的小生命體。毫不夸張地說(shuō)，我們的皮膚完全被細(xì)菌和真菌所覆蓋，那些只有在顯微鏡下才能看到的小動(dòng)物們將腿伸向各處。假若我們隨便看向一個(gè)人的嘴里，就像每一位牙醫(yī)都會(huì)告訴你的一樣，將看到一個(gè)由細(xì)菌主導(dǎo)的完整的生態(tài)系統(tǒng)。而繼續(xù)向下到了消化道、胃，甚至更下面一點(diǎn)的小腸，就更是一片名副其實(shí)的微生物叢林。

有點(diǎn)諷刺的是，我們對(duì)人體解剖學(xué)和健康了解得那么多，但對(duì)自己與微生物之間的親密關(guān)系遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上對(duì)其他動(dòng)物與微生物之間相互關(guān)系的了解。許多動(dòng)物與微生物之間存在共生關(guān)系，意味著離開(kāi)了這些微生物它們將無(wú)法存活。其中一個(gè)例子就是中美洲和南美洲的切葉蟻，它們依賴(lài)真菌作為主要的食物來(lái)源。

在得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校（University of Texas at Austin）我曾進(jìn)行博士研究的實(shí)驗(yàn)室中，烏爾里克·米勒（Ulrich Mueller）帶領(lǐng)整個(gè)實(shí)驗(yàn)室走在了研究螞蟻和微生物之間相互作用的最前沿。博物學(xué)家和科學(xué)家早在一百多年前就知道了切葉蟻并非自己食用樹(shù)葉，而是有效地利用真菌作為外在的消化系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈冏陨頍o(wú)法消化植物物質(zhì)。除了真菌花園，蟻穴中的剩余部分是相對(duì)無(wú)菌的環(huán)境。螞蟻對(duì)清潔程度的要求非常嚴(yán)格，它們將死亡真菌的殘片和已死的螞蟻搬到遠(yuǎn)離珍貴作物的廢物室中。所以當(dāng)一位加拿大微生物學(xué)家卡梅倫·柯里 （Cameron Currie）——米勒實(shí)驗(yàn)室的一名博士后研究員，和我大約同時(shí)加入這個(gè)實(shí)驗(yàn)室——發(fā)現(xiàn)另一種真菌也與種植真菌的螞蟻間存在普遍聯(lián)系時(shí)，他感到大為吃驚。這種新發(fā)現(xiàn)的真菌是一種寄生蟲(chóng)，學(xué)名為Escovopsis。它如果大量出現(xiàn)于蟻穴的真菌花園中，就意味著這個(gè)蟻穴命不久矣。

在挖一些切葉蟻的巢穴時(shí)，我們偶爾會(huì)在花園里看到工蟻。它們幾乎完全是白色的，并不是在巢穴外常常見(jiàn)到的那種典型的鐵銹色。在其他種植真菌的螞蟻物種中，螞蟻的頸部下方可以看到一小塊白色?？吕锇l(fā)現(xiàn)那其實(shí)是在螞蟻身體外部生長(zhǎng)的一層細(xì)菌。但不同于他發(fā)現(xiàn)的那些寄生性真菌，這些細(xì)菌似乎對(duì)螞蟻無(wú)害。相反，它們還具有預(yù)防疾病的作用，通過(guò)產(chǎn)生抗生素來(lái)防止真菌性的病原體，比如Escovopsis的侵?jǐn)_。

這些螞蟻至少與三種不同的微生物間存在相互作用：作為食物種植的真菌，另一種導(dǎo)致疾病的真菌，以及預(yù)防疾病的細(xì)菌。每一種都對(duì)螞蟻群落的健康和安樂(lè)狀況產(chǎn)生重要的影響。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有力證據(jù)表明，螞蟻與三種微生物共享了很長(zhǎng)一段歷史。兩種真菌，甚至連同細(xì)菌一起與螞蟻共同演化，完成了一曲演化之舞——隨著一個(gè)物種的改變，其他也相應(yīng)發(fā)生變化。幾百萬(wàn)年后，這就造成不同螞蟻種間的關(guān)聯(lián)模式與微生物之間關(guān)聯(lián)模式的緊密匹配。生物學(xué)家稱(chēng)這一過(guò)程為共同演化（coevolution）。

切葉蟻的共生非常有趣，但其實(shí)也沒(méi)那么特別。我們現(xiàn)在已經(jīng)知道許多動(dòng)物與微生物之間都存在復(fù)雜的相互關(guān)系：吸食植物的蚜蟲(chóng)依賴(lài)共生菌來(lái)提供全素飲食所缺乏的營(yíng)養(yǎng)素；珊瑚礁依賴(lài)微型藻類(lèi)將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為能量；短尾烏賊將產(chǎn)光細(xì)菌儲(chǔ)存在專(zhuān)門(mén)的器官中作為一種偽飾。這種令人瞠目結(jié)舌的相互作用還有很多，事實(shí)上，共生關(guān)系如今已被視為一種規(guī)律而非特例。我們看到的越多，就越會(huì)發(fā)現(xiàn)這些關(guān)系通常非常古老——敵人間的軍備競(jìng)賽和同伴間轉(zhuǎn)換陣營(yíng)的戲碼已經(jīng)上演了千年。

然而，將這些從其他物種身上學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用于我們自己卻花了不少時(shí)間。自從發(fā)現(xiàn)微生物是感染性疾病的罪魁禍?zhǔn)缀螅覀兯坪跻詫⑺鼈冓s盡殺絕作為首要任務(wù)。首先誕生了疫苗，接著是抗生素，隨后又陸續(xù)生產(chǎn)出殺菌皂和洗手液，在發(fā)達(dá)的城市地區(qū)比比皆是。我們不僅傾盡全力殺滅在體內(nèi)和體表存活的微生物，還試圖讓周?chē)沫h(huán)境變得無(wú)菌。我們的家、辦公室和學(xué)校被各種化學(xué)品揉搓、擦洗、浸潤(rùn)，就是為了不給任何微生物留下活口。我們已經(jīng)對(duì)微生物正式宣戰(zhàn)。

在某種程度上，我們所有的努力已經(jīng)見(jiàn)效。一些曾經(jīng)常見(jiàn)的疾病，比如天花等，早已被我們消滅，而像霍亂和結(jié)核病等疾病現(xiàn)在則主要集中在欠發(fā)達(dá)地區(qū)。很大程度上，對(duì)微生物的迫害使得人類(lèi)的死亡率驚人地降低，并主要是由于孩童時(shí)期死亡率的驟減，這也成了人口轉(zhuǎn)變的一個(gè)主要因素。

然而問(wèn)題是，我們直到現(xiàn)在才逐漸意識(shí)到并非所有微生物都有害。我們開(kāi)始了解到，一些微生物可能對(duì)我們是有益的、甚至是必需的。就像在其他動(dòng)物物種中存在著共生小伙伴一樣，許多微生物都已經(jīng)與我們共處了數(shù)百萬(wàn)年，并且有些可能已經(jīng)在人體之外的任何地方都難覓蹤影。它們已然成為人類(lèi)共同演化的伙伴，而如果我們?cè)趯?duì)微生物的戰(zhàn)爭(zhēng)中取勝，它們很快就會(huì)滅絕。失去了這些古老的伙伴很可能給我們的未來(lái)造成災(zāi)難性的后果。

21世紀(jì)早初，隨著第一個(gè)人類(lèi)基因組的發(fā)布，就已經(jīng)有傳言說(shuō)下一個(gè)主要的基因組計(jì)劃將關(guān)注點(diǎn)放在與人體相關(guān)的微生物上。2001年，分子生物學(xué)家和諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)邌淌鎭啞とR德伯格 （Joshua Lederberg）首先提出了一個(gè)名詞來(lái)描述所有與我們緊密生活在一起的那些微生物——人類(lèi)微生物組（the human microbiome）。微生物學(xué)家、生物技術(shù)領(lǐng)域的先驅(qū)朱利安·戴維斯（Julian Davies）給《科學(xué)》（Science）雜志寫(xiě)了一封信，他在這封發(fā)表于2001年3月的信中指出，在所有為了解人類(lèi)生物學(xué)所付出的努力中，如果忽視了微生物組的存在，可能就忽略了影響人類(lèi)健康的一個(gè)重要因素。他表示，盡管人類(lèi)基因組中有大約三萬(wàn)個(gè)基因，但大概有超過(guò)一千個(gè)微生物物種（只是一個(gè)大致的估計(jì)，因?yàn)闆](méi)有人真的知道到底有多少）組成了人類(lèi)微生物組，并且可能包含多達(dá)四百萬(wàn)個(gè)對(duì)我們的健康狀態(tài)有所貢獻(xiàn)的基因。

2005年10月，在巴黎召開(kāi)的一個(gè)學(xué)術(shù)會(huì)議試圖將來(lái)自世界各地對(duì)研究人類(lèi)微生物組感興趣的研究者聚集一堂。下一代測(cè)序技術(shù)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)，科學(xué)家們寄希望于鳥(niǎo)槍法可以克服研究微生物多樣性時(shí)遇到的最大障礙。傳統(tǒng)的微生物技術(shù)從采集一些未知微生物的樣本開(kāi)始，然后嘗試在培養(yǎng)皿中進(jìn)行培養(yǎng)。然而從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，科學(xué)家們?cè)桨l(fā)意識(shí)到這種方法丟失了微生物世界中相當(dāng)大且有趣的部分：在微生物的所有種類(lèi)中，有相當(dāng)一部分不能在實(shí)驗(yàn)室條件下生長(zhǎng)。科學(xué)家們相信，鳥(niǎo)槍法測(cè)序可以完全繞過(guò)培養(yǎng)皿階段，直接從樣本中提取DNA進(jìn)行測(cè)序。

巴黎會(huì)議之后，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生院舉辦了自己的會(huì)議，考慮大規(guī)模投資微生物組研究。人類(lèi)基因組計(jì)劃已經(jīng)結(jié)束，而改善人類(lèi)健康作為其最主要的目標(biāo)之一還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。其中一部分原因在于，盡管我們已經(jīng)對(duì)人類(lèi)遺傳學(xué)知之甚廣，但對(duì)那些令我們生病的微生物們還了解得相當(dāng)有限。探索微生物組，包括那些致病的和許多其他的微生物在內(nèi)，將有望為我們補(bǔ)足缺失的線(xiàn)索。

人類(lèi)微生物組計(jì)劃（The Human Microbiome Project）于2008年啟動(dòng)，第一階段的預(yù)算是1.75億美元。它的首要目標(biāo)是為生活在健康人體內(nèi)和體表的微生物物種創(chuàng)建一份詳細(xì)的清單，稱(chēng)為核心微生物組（core microbiome）。研究者將關(guān)注的焦點(diǎn)集中在身體的五個(gè)主要部分：皮膚、口腔、上呼吸道、小腸和陰道。隨后，這個(gè)核心物種清單將與來(lái)自不同感染性和非感染性疾病患者的清單進(jìn)行比較。兩者之間出現(xiàn)的任何差異都可能是導(dǎo)致某些神秘疾病的原因，比如越來(lái)越常見(jiàn)的自身免疫病。

數(shù)十個(gè)受到人類(lèi)微生物組計(jì)劃資助的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始從志愿者中收集實(shí)驗(yàn)樣本。鳥(niǎo)槍法測(cè)序取得了成功，但研究人員很快發(fā)現(xiàn)核心微生物組的想法從根本上講就是個(gè)錯(cuò)誤。2012年發(fā)表的一篇文章對(duì)當(dāng)時(shí)得到的結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)：每一位取樣對(duì)象都擁有一套不同的微生物，在某些人體內(nèi)始終存在的常見(jiàn)物種可能在另一些人體內(nèi)就很少見(jiàn)。越來(lái)越多的證據(jù)顯示，人類(lèi)微生物組的差異可能正是個(gè)體差異的重要組成部分，因此試圖描述一套標(biāo)志著健康人體的微生物物種清單并不合理。

盡管如此，從研究中還是得到了一些非常驚人的發(fā)現(xiàn)。就像不同的棲息地，如沙漠、熱帶雨林和草原中存在著不同類(lèi)型的植物和動(dòng)物一樣，身體的不同部位也生存著不同的微生物種群。與預(yù)期得一樣，包括口腔和小腸在內(nèi)的消化系統(tǒng)擁有最大的微生物多樣性。有趣的是，盡管口腔中的微生物千奇百怪，絕大多數(shù)人口腔中的微生物類(lèi)型卻基本一致。陰道的情況則恰恰相反，微生物多樣性較低，但在不同個(gè)體間呈現(xiàn)出的類(lèi)型差別非常大。通過(guò)在同一個(gè)體上兩次取樣，研究者還發(fā)現(xiàn)，存在的微生物類(lèi)型會(huì)隨時(shí)間而發(fā)生變化。然而除了一些波動(dòng)外，每個(gè)人的微生物組都具有獨(dú)一無(wú)二的特征。

存在于不同個(gè)體微生物組之間的差異可能源于環(huán)境因素，比如飲食習(xí)慣。舉個(gè)例子，素食者的腸道微生物就與肉食者或高碳水化合物飲食的人有所不同。這些差異或許可以解釋為什么來(lái)自不同文化背景的人會(huì)擁有不同的微生物組（他們吃不同的食物），以及為什么家庭成員間的微生物組有更高的相似性（他們吃相似的食物）。但是也有證據(jù)表明，人類(lèi)微生物組之間存在差異也有遺傳因素的作用。一項(xiàng)針對(duì)同卵雙胞胎和異卵雙胞胎的微生物組進(jìn)行比較的研究顯示，雖然二者擁有大致相同的家庭環(huán)境和飲食習(xí)慣，但同卵雙胞胎的微生物組要比異卵雙胞胎更接近。鑒于同卵雙胞胎有著幾乎完全相同的基因組，而異卵雙胞胎只分享大約一半的基因，微生物組的區(qū)別基本上可以歸結(jié)于基因組的差異。

然而依舊沒(méi)有解決的問(wèn)題是，我們體內(nèi)的微生物，以及它們?cè)谏眢w不同部位建立起的群落是否為人類(lèi)所特有呢？如果答案是否定的，如果相同的微生物種群可能在大猩猩和人類(lèi)的腸道中均有發(fā)現(xiàn)，那么也就沒(méi)有理由相信微生物組與我們一同演化而來(lái)。但另一方面，如果人類(lèi)微生物組中有些特殊的地方，讓我們體內(nèi)的微生物與親緣關(guān)系最近的猿類(lèi)親戚有所區(qū)別，那么就值得對(duì)與微生物共同演化的歷史以及未來(lái)展開(kāi)一番思考。

對(duì)野生猿類(lèi)的微生物組進(jìn)行取樣可不像對(duì)人類(lèi)那么容易，但很幸運(yùn)的是，通過(guò)檢查糞便我們可以對(duì)生活在其腸道中的微生物有一定了解。由演化生物學(xué)家霍華德·奧赫曼（Howard Ochman）帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)正是這樣做的，他們從野生黑猩猩、倭黑猩猩和大猩猩的糞便樣本中提取DNA，測(cè)序后與生活在非洲城市和鄉(xiāng)村地區(qū)以及其他大陸上的人類(lèi)糞便樣本進(jìn)行比較。

結(jié)果顯示，我們與關(guān)系最近的靈長(zhǎng)類(lèi)親戚在腸道微生物種群方面存在根本的不同，其中最顯著的就是猿類(lèi)和不同人類(lèi)群體糞便中微生物多樣性水平的差異。所有人類(lèi)種群腸道微生物的多樣性都顯著低于非人物種，而在不同人類(lèi)群體中，生活在城市環(huán)境的人比生活在鄉(xiāng)村地區(qū)的人多樣性更低。

人類(lèi)和猿類(lèi)腸道中不同微生物組合出現(xiàn)的常見(jiàn)程度也存在差異。猿類(lèi)的腸道中不同類(lèi)型微生物呈現(xiàn)更加平均的分布。而在絕大多數(shù)人類(lèi)腸道中，僅有非常少數(shù)的幾種細(xì)菌處于主宰地位，其他的數(shù)目都很少。奧赫曼和他的同事比較了不同微生物組合在一個(gè)特定物種中的出現(xiàn)頻率，發(fā)現(xiàn)單個(gè)宿主個(gè)體的親緣關(guān)系越近，腸道的微生物種群就越相似。這一模式不僅適用于同一物種內(nèi)，也適用于不同物種間。奧赫曼和他的同事使用這些數(shù)據(jù)繪制了兩個(gè)譜系樹(shù)，一個(gè)是腸道微生物群落，另一個(gè)是它們的猿類(lèi)宿主。猿類(lèi)譜系樹(shù)根據(jù)DNA序列來(lái)繪制物種間的關(guān)系，任何兩個(gè)物種親緣關(guān)系越近，在譜系樹(shù)上共享的分支點(diǎn)就會(huì)越多。而在腸道微生物譜系樹(shù)上，微生物群落越接近，共享的分支點(diǎn)就越多。對(duì)比兩棵譜系樹(shù)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，它們看上去幾乎完全一樣。

奧赫曼的團(tuán)隊(duì)從他們的數(shù)據(jù)中得到了如下結(jié)論：猿類(lèi)和人類(lèi)的腸道微生物組是與它們各自的宿主共同演化的，并且在最近的幾百萬(wàn)年間，人類(lèi)的腸道微生物組變化尤其巨大。這種在其他物種中極為常見(jiàn)的微生物與宿主共同演化的舞步，在人類(lèi)中也找到了存在的證據(jù)。就像在所有出色的舞蹈中一樣，共同演化需要每一方都對(duì)其搭檔做出反應(yīng)?；蛟S人體內(nèi)的微生物為了響應(yīng)我們已經(jīng)在不斷演化，而作為回應(yīng)，我們也相應(yīng)地完成了演化。對(duì)此我們尚不清楚。就如利塔·普羅克特所說(shuō)，人類(lèi)微生物組研究這個(gè)領(lǐng)域還太新，我們現(xiàn)有的問(wèn)題依然多于答案。但是截至2012年，在人類(lèi)微生物組計(jì)劃第一階段進(jìn)入尾聲的時(shí)候，人類(lèi)微生物組研究已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)話(huà)題，來(lái)自各個(gè)不同學(xué)科的科學(xué)家們都熱切地希望找到方法，將其納入自己的研究之中。

2008年，一架委內(nèi)瑞拉軍隊(duì)巡邏直升機(jī)在飛躍亞馬孫熱帶雨林的一片偏遠(yuǎn)地區(qū)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一堆從未出現(xiàn)在地圖上的小屋。這是亞諾馬米人（Yanomami）的領(lǐng)地，他們是當(dāng)?shù)氐耐林迦?，以傳統(tǒng)的狩獵-采集者方式生活在這片委內(nèi)瑞拉和巴西交界處的崎嶇叢林中，一些成員依舊保持著與外界隔絕的狀態(tài)。第二年，一個(gè)醫(yī)療隊(duì)重返該地區(qū)，成為第一批與村民進(jìn)行交流的非亞諾馬米人。在向有需要的村民提供疫苗和抗生素之前，醫(yī)療隊(duì)從54名村民中的34人那里收集了皮膚、口腔拭子以及糞便樣本，保存在液氮之中。

在對(duì)這些人的微生物基因組序列進(jìn)行分析后，領(lǐng)頭科學(xué)家瑪麗亞·格洛麗亞·多明格斯—貝略 （Maria Gloria Dominguez-Bello）大吃一驚：樣本中包含的腸道微生物多樣性是已知人類(lèi)基因組中最高的。出生于委內(nèi)瑞拉，在英國(guó)學(xué)習(xí)微生物學(xué)的多明格斯-貝略以前也曾見(jiàn)到過(guò)來(lái)自其他相對(duì)孤立人群的微生物組構(gòu)成，那些人群的結(jié)果都很相似。她的團(tuán)隊(duì)和其他團(tuán)隊(duì)的研究一致發(fā)現(xiàn)，生活在鄉(xiāng)村環(huán)境的人比城市人具有更高的微生物多樣性，但此前從未與外界有過(guò)接觸的亞諾馬米人，擁有極端迥異的微生物組。數(shù)據(jù)顯示，人群與工業(yè)化隔絕得越遠(yuǎn)，他們腸道中的微生物多樣性就越大。

換句話(huà)說(shuō)，西方城市人口是地球上人類(lèi)腸道微生物多樣性最低的族群。如果以森林和草原是植物和動(dòng)物的棲息地進(jìn)行類(lèi)比，那么我們的身體就是微生物的棲息地，因而這些多樣性上的差異就變得非常重要。生態(tài)學(xué)家一致發(fā)現(xiàn)，生物多樣性越強(qiáng)的棲息地，其功能性越強(qiáng)，在面對(duì)變化時(shí)復(fù)原的能力也越強(qiáng)，這也就意味著多樣性低的環(huán)境可能是不穩(wěn)定的。盡管對(duì)微生物種群我們知道的還很少，但一些研究發(fā)現(xiàn)，微生物群落中多樣性的減低也會(huì)造成功能性降低，與已知的植物和動(dòng)物群落的方式非常類(lèi)似?，F(xiàn)代化，似乎已經(jīng)在我們體內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)中留下了記號(hào)。

欠發(fā)達(dá)地區(qū)的居民不僅擁有更具多樣性的腸道微生物，并且其腸道微生物群落的組成與發(fā)達(dá)地區(qū)之間也存在差異。寄生性的蠕蟲(chóng)，包括蛔蟲(chóng)、鞭蟲(chóng)和鉤蟲(chóng)，在衛(wèi)生環(huán)境較差地區(qū)的人群中尤其常見(jiàn)，這些寄生蟲(chóng)的卵在土壤中發(fā)育，被人們吞下或在赤腳走路時(shí)通過(guò)足部皮膚進(jìn)入體內(nèi)。此外，停留在腸道中的細(xì)菌的特定種類(lèi)也有所不同。有一種叫作密螺旋體（Treponema）的細(xì)菌，在南美和非洲以傳統(tǒng)方式生活的人們的腸道中非常常見(jiàn)，但在西方人體內(nèi)難覓蹤跡。野生猿類(lèi)的腸道中也有密螺旋體的存在，表明它們可能從我們的祖先開(kāi)始就存在于體內(nèi)了。一項(xiàng)由來(lái)自俄克拉荷馬大學(xué)（University of Oklahoma）的人類(lèi)學(xué)家塞西爾·劉易斯（Cecil Lewis）領(lǐng)銜的研究發(fā)現(xiàn)，至少有五種存在于按照傳統(tǒng)方式生活的人們腸道中的密螺旋體，在過(guò)著城市生活、有著工業(yè)化生活方式的人群體內(nèi)沒(méi)有找到。將這些密螺旋體與在其他宿主中找到的近親進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，它們可能對(duì)復(fù)雜碳水化合物的消化起著作用。

即使在那些住在城市的西方人和以農(nóng)業(yè)化傳統(tǒng)方式生活的人體內(nèi)都存在的微生物中，特定微生物種群的常見(jiàn)程度也存在著巨大差異。另一種名為普雷沃氏菌屬（Prevotella）的細(xì)菌，也可以促進(jìn)消化富含纖維素和復(fù)雜碳水化合物的飲食，在以傳統(tǒng)方式生活的人體內(nèi)非常常見(jiàn)，但在居住于城市的西方人中則極其罕見(jiàn)。相反，城市中的西方人表現(xiàn)出比傳統(tǒng)生活方式者擁有更多擬桿菌屬（Bacteroides）細(xì)菌的傾向，它們構(gòu)成了近四分之一的小腸微生物物種。

對(duì)比如今健在的傳統(tǒng)生活方式者和城市工業(yè)化生活方式者，我們可以清晰地發(fā)現(xiàn)，城市化的西方人已經(jīng)失去了很大一部分曾經(jīng)存在于我們祖先體內(nèi)的微生物多樣性，很可能還包括與我們共同演化而來(lái)的微生物。但是，擁有傳統(tǒng)生活方式的現(xiàn)代人也依舊是現(xiàn)代人，他們與同時(shí)代的其他人一樣擁有足夠的演化時(shí)間，盡管他們生活的方式與我們的祖先更相似，但從生物學(xué)角度來(lái)看也許并非如此。為了徹底弄清古代人微生物組的情況，我們需要直接對(duì)他們進(jìn)行取樣。

盡管目前對(duì)于人類(lèi)微生物組的研究還處于初期階段，但這一領(lǐng)域發(fā)展迅速。我們知道得越多，就越是意識(shí)到最近一萬(wàn)年來(lái)——從發(fā)展農(nóng)業(yè)到工業(yè)革命——人類(lèi)所經(jīng)歷的改變對(duì)共同演化的微生物造成的巨大影響?，F(xiàn)有的證據(jù)表明，生活在現(xiàn)代城市中心的人們擁有的微生物組與我們的祖先差別最大，無(wú)論是多樣性還是特定物種的存在方面。尚不清楚究竟有多少與我們相濡以沫的微生物分別是有害的、有益的，或者只是一路相隨的。大量數(shù)據(jù)顯示，一些自身免疫病，包括I型糖尿病和克羅恩病等，與當(dāng)前腸道蠕蟲(chóng)的缺乏有關(guān)，腸道蠕蟲(chóng)的存在似乎可以防止免疫系統(tǒng)反應(yīng)過(guò)度。幽門(mén)螺桿菌、密螺旋體和普雷沃氏菌屬都是我們腸道微生物組中最先被仔細(xì)研究的物種，它們似乎表明，隨著世界變得更加發(fā)達(dá)、城市化程度更高，對(duì)抗生素和剖宮產(chǎn)的依賴(lài)性更強(qiáng)，我們已經(jīng)站在了徹底失去這些數(shù)千年來(lái)共同演化的物種的邊緣。

我們還不知道失去了這些長(zhǎng)期的伙伴會(huì)給我們演化的未來(lái)帶來(lái)什么樣的影響。想要找到答案，最好的辦法就是看看在那些失去了微生物伙伴的動(dòng)物身上發(fā)生了什么。比如珊瑚，它們?cè)陂L(zhǎng)達(dá)數(shù)千年的時(shí)間里都依賴(lài)著叫作蟲(chóng)黃藻（Symbiodinium）的微小海藻。蟲(chóng)黃藻可以進(jìn)行光合作用，將陽(yáng)光轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，與珊瑚宿主共享。如果條件不夠理想，比如當(dāng)水溫迅速升高，就像近些年反復(fù)多次出現(xiàn)的那樣，蟲(chóng)黃藻就會(huì)離開(kāi)珊瑚群落，造成白化現(xiàn)象，最終可導(dǎo)致珊瑚的死亡。

白蟻同樣依靠共同演化的微生物提供生存所需的營(yíng)養(yǎng)素。實(shí)際上，它們那狼吞虎咽吃木頭的能力應(yīng)該歸咎于生活在其腸道內(nèi)的數(shù)十億細(xì)菌和其他微生物。事實(shí)上，為白蟻帶來(lái)益處的微生物大約組成了它們平均體重的40%。實(shí)驗(yàn)表明，將靶向微生物的抗生素喂食白蟻蟻后，其生存率和繁殖成功率均有所降低，并且該影響會(huì)進(jìn)一步波及整個(gè)白蟻種群。

小鼠和其他動(dòng)物可以在無(wú)微生物的條件下飼養(yǎng)，它們?cè)跓o(wú)菌條件下通過(guò)剖宮產(chǎn)出生，然后在一個(gè)嚴(yán)格控制、配有無(wú)菌水和食物的環(huán)境下長(zhǎng)大。比較無(wú)菌小鼠、兔子和那些在一般環(huán)境下正常飼養(yǎng)的小鼠和兔子就會(huì)發(fā)現(xiàn)，完全去除體內(nèi)的微生物組會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物從食物中獲取能量和營(yíng)養(yǎng)素，以及處理廢物的能力發(fā)生改變，同時(shí)還會(huì)影響到功能性免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，甚至影響它們的行為。由此可知，哺乳動(dòng)物的正常發(fā)育依賴(lài)于完整的微生物組。

我們對(duì)微生物伙伴們所承擔(dān)的角色了解得越多，也就越清楚地認(rèn)識(shí)到我們演化歷史的一部分是外包的—一部分本可以由我們自己的基因在內(nèi)部完成的工作，卻由微生物伙伴們攜帶的基因代勞了。這是一種有利的安排，部分原因在于微生物組含有的微生物基因數(shù)目是我們自己基因組的一百倍，也就意味著它們所能執(zhí)行的功能遠(yuǎn)多于我們。

有人進(jìn)一步提出，我們應(yīng)該廢棄過(guò)去的概念，即明確地區(qū)分動(dòng)物（或植物）宿主和它們的微生物共生體，改以全新的全基因組理論（hologenome theory）取而代之。該理論認(rèn)為宿主和共生體應(yīng)作為一個(gè)整體考慮，或者叫作共生功能體（holobiont），這個(gè)整體具有改變演化的能力。全基因組理論旨在告訴我們，盡管我們自己的基因組基本上是穩(wěn)定的（我們無(wú)法擺脫那些在受精的一剎那就被賦予的基因），但我們的微生物組是動(dòng)態(tài)的，幾天之內(nèi)就可能改變它的組成。也就是說(shuō)，攜帶基因的微生物物種有能力面對(duì)不同的任務(wù)，比如保護(hù)宿主免于特定類(lèi)型的細(xì)菌感染，從而為宿主-微生物共同體帶來(lái)益處。也許更重要的是，我們的微生物組的演化速度遠(yuǎn)超過(guò)我們，大約在一代人的時(shí)間里可以繁殖十萬(wàn)代。這意味著，除了不同微生物種間的替換外，存在于特定宿主身上的微生物在許多代后仍可以對(duì)環(huán)境的改變做出快速的適應(yīng)。

我們需要這種全能性，當(dāng)今人類(lèi)所面臨的環(huán)境變化比歷史上任一時(shí)期都更加迅速。隨著高熱量、高脂肪的加工食品取代了我們祖先高纖維、低熱量的傳統(tǒng)食物，我們的飲食已經(jīng)發(fā)生了巨大的改變。感染性疾病在我們的演化歷史中一直扮演著重要的角色，就像我們?cè)诘谝徽轮锌吹降模薮蟮娜丝跀?shù)量與全球交通網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合使得我們對(duì)新疾病的蔓延尤其易感。我們將自己置于這樣一種境地，即新型、潛在有害的微生物更加常見(jiàn)，而真正的微生物伙伴卻不斷被消滅。結(jié)果就是，在與有害微生物的對(duì)抗中，我們可用的武器少之又少。就像所有的生態(tài)系統(tǒng)一樣，當(dāng)我們的身體充滿(mǎn)復(fù)雜多樣的生命時(shí)，才可以更好地運(yùn)轉(zhuǎn)，尤其是充滿(mǎn)那些已經(jīng)在體內(nèi)存在、演化了數(shù)千年的物種。