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人体到底寄居着多少微生物？
如果按重量来算，中等体重的成年人身上大约有1.4千克的微生物。这个分量使微生物组成为人体内部最大的器官之一——与大脑重量相仿，比肝脏略轻。
我们已经知道，就细胞的绝对数量而言，人类体内的微生物细胞要远远多于人体细胞，比例高达10:1。如果用DNA来衡量会怎样呢？以这种方式来看，每个人身体里大约有2万个人类基因，但我们携带的微生物基因大约有200万到2 000万个。这意味着，从遗传的角度来说，我们所继承的基因99％都是微生物基因。
如果你想保留一点人类的尊严，那就把这当作一个严肃的问题来看待。每个人类细胞携带的基因数要多于微生物细胞数，但人体的微生物细胞基数甚大，这些微生物细胞所携带的不同种类的基因加起来，数目就要远超人类细胞基因数了。
我们携带的微生物数量繁多，种类复杂。大多数（而并非全部）微生物都是单细胞有机体，都属于生命树的三个主要分支。你可能会在自己的肠道里发现古细菌，这些单细胞有机体虽然没有细胞核，却能正常工作；其中最常见的就是产甲烷菌——这些没有氧气也可以生存的微生物，能帮助我们消化，并排出体内的甲烷（奶牛体内也有产甲烷菌）。再就是真核生物，如引发足癣的真菌，以及聚集在阴道、有时也寄居在肠道内的酵母菌。而其中最具优势地位的是细菌，如大肠杆菌，我们一般认为这是食用未洗净的菠菜而感染的一种疾病，但实际上它们存在于大多数人的肠道内，对人类有益无害。
在新技术的帮助下，我们每天都会发现这些微生物比我们已知的更加丰富多彩。这就与我们用粗眼拖网在大海里捕鱼，得到的结论是海洋生物只有鲸鱼和巨型乌贼一样。如今，我们在渔网之外发现了更多的鱼。例如，你可能会以为，寄居在你的肠道里的任何两种细菌都以你刚吃到肚子里的三明治为食，它们十分相似。事实上，它们的差别就如同海参与大白鲨的差别一样，这两种生物的行为方式、营养来源和生态作用都截然不同。
那么，我们身上所有的微生物到底寄居在哪里，它们到底在做什么呢？让我们通过仔细观察人类的身体来一窥究竟吧！
据说从战场返回的拿破仑一世，提前给约瑟芬皇后传去消息：“我明天晚上到达巴黎，你不要洗澡。”他喜欢心爱女人身上浓郁的气味。但是为什么身体会有味道呢？为什么我们不用肥皂、止汗剂、浴粉或香水的话，身体会发出臭味？这主要是因为微生物在尽情享用我们体表的分泌物，导致分泌物的臭味更浓郁。
科学家们仍在探讨，这些微生物在我们最大的器官——皮肤上寄居所产生的东西到底有什么用途。虽然用途方面尚不确定，但有一点是肯定的：它们让身体产生体味，包括那些吸引蚊子的气味。
蚊子之所以偏爱某些人身上的味道，微生物是始作俑者。这些微生物让皮肤产生的化学物质发生代谢变化，变成味道不同的挥发性有机化合物，蚊子对其中某些味道情有独钟。不同种类的蚊子偏爱不同的身体部位。对冈比亚按蚊 (一种主要传播疟疾的蚊子)来说，吸引它的味道来自手和脚而非腋窝。这就给了我们一个有趣的研究方向：在手脚上涂抹抗生素可能会抵御特殊蚊子的叮咬，因为只要杀死了微生物，就不会产生吸引蚊子的味道。
与身上其他的微生物一样，这些寄居在皮肤上的微生物也不是为了我们的利益而存在的。但是作为良性居民，它们实际上帮了我们很大的忙：只要它们寄居在我们的皮肤上，其他一些难对付的微生物就很难感染我们。不同身体部位的皮肤上寄居着不同的微生物，但寄居微生物的种类和数量并没有直接联系——腋窝和额头上寄居着许多微生物，但种类相对较少；相比之下，寄居在手掌和前臂的微生物虽然数量少，但种类很多。
女性手上的微生物组往往比男性手上的更加复杂，即便男人女人同时洗手，这种差异还是存在，这表明寄居的微生物组的不同可能源于寄主之间的差别，虽然具体原因目前尚不清楚。
我们还发现，寄居在人类左手上的微生物与寄居在右手上的微生物也不尽相同。我们的双手会做相同的动作，如搓手、掰响另一只手的指关节以及触摸相同物体等，每个动作都能让不同的微生物组得以寄居。这激发了诺亚·菲勒（科罗拉多大学波尔得分校生态学教授，进化生物学教授）和我的兴趣，我们要尝试重现大规模生物学领域中最著名的发现之一。英国生物学家、人类学家阿尔弗雷德·罗素·华莱士等人提出了一个详尽的生物地理学理论，用来解释岛屿上生物的分布情况，以及物种多样性与岛屿面积之间的关系。
与达尔文同时代并且也提出了自然选择观点的华莱士，发现了一条至今仍存在于印度尼西亚和马来西亚国土上的分割线。这条分割线把亚洲动物区系（猴子、犀牛）从澳洲动物区系（鹦鹉、袋鼠）分离出来。我和菲勒都想知道，我们是否能够通过用户左手和右手触摸键盘而在键盘上留下的不同微生物来找到键盘上字母G和H之间的那条“华莱士分割线”，也就是区分键盘左右区的那条线。我们还想知道由于空格键比其他键要大，空格键上的微生物种类会不会比其他键上的多呢？
我们在研究中找到了那条分割线，但是我们惊讶地发现了一些更加值得注意的现象：每一个手指及其对应的按键上的微生物组本质上是相同的。我们现在能够把某个人的电脑鼠标与其手掌进行匹配，准确率超过90%。
寄居在你手上的微生物与其他人手上的是不一样的——就微生物的种类中值来说，你俩手上至少有85%的微生物是不同的——这就意味着每个人都拥有一套独一无二的微生物指纹。
我们做了进一步的研究，通过实验来了解人到底触摸某个物体多少次才会在上面留下可以被检测到的微生物痕迹。这个发现的科学性目前还得不到法庭取证方面的认可，但是犯罪类型的影视剧从这一发现中获得了灵感——我们应当说，影视剧稍微降低了取证标准——就在我们发表第一篇有关这个发现的论文之后，《犯罪现场调查：迈阿密》（
[CSI:Miami]
）就播出了一集以微生物法医学为前提的影视剧。
与此同时，法医微生物学家大卫·卡特最近从内布拉斯加州搬到了夏威夷州，他要在那里建立一个尸体农场。你可能会问，尸体农场？法医科学家在发现尸体时必须要弄清楚，该人已经死亡多长时间了。在法医实验室里，以不同的死亡场景摆放着捐赠来的尸体
，法医们每隔一段时间就检查一遍，以观察尸体到底是如何腐烂的。尸体上微生物的演替十分显著。就像裸露的岩石首先会被地衣覆盖，接下来按顺序会是苔藓、小草、杂草、灌木，最后是树木——植物腐烂的过程遵循着一个很容易就可以推测出的模式。
杰西卡·梅特卡夫是我在科罗拉多大学波尔得分校实验室里的一名博士后研究员，她用40只死老鼠建立了一个微型尸体农场（这些老鼠是在探索治疗心脏病和癌症方法的实验中死亡的）。她发现她能推算出放在玻璃箱里死亡3天以内的老鼠的具体死亡时间，这就像依据尸虫
来推算死亡时间一样精准。那么，为什么还要使用微生物来做推断呢？这是因为尸虫需要一定时间才能找到尸体，然而微生物一直都在人的身上，这可以让它们在没有尸虫的犯罪现场发挥作用。
接下来，让我们来观察一下人类的鼻子。人类的鼻孔里寄居着独特的微生物，其中就有金黄色葡萄球菌，这种细菌会给生病的人带来葡萄球菌感染。健康的人体内往往寄居着我们认为很危险的微生物。我们发现，人类鼻子里的其他细菌可以阻止金黄色葡萄球菌在鼻子里安家。另一个有趣的发现是，我们的生存环境极大地影响了寄居在鼻子里的微生物的类型。而且小孩子的鼻子里的微生物种类更多，例如那些住在农场或农场附近的孩子，长大后得哮喘症和过敏症的概率就很小。
事实证明，在泥里玩耍对健康是有好处的。
接下来说说肺部，我们通常只会在肺里找到死亡的细菌。
肺里接触空气的肺泡壁和毛细血管壁上含有多种抗菌肽，一旦有细菌附着在上面，这些微小的蛋白质就会将它们杀死。但是在病人体内，例如在那些患有囊胞性纤维症或感染人类免疫缺陷病毒 （艾滋病）的病人体内，有时医生们会发现一些诱发肺部疾病的有害微生物。
人的喉咙里是否寄居着独特的微生物组，或者那些只是口腔微生物经过喉咙时所做的短暂停留，在科学上仍然是一个颇有争议的话题。
但是，我们可以证明，吸烟的人喉咙里的微生物和不吸烟的人喉咙里的微生物是不一样的——这大概可以证明吸烟不仅对人体有害，而且对生活在我们体内的微生物也有害。
你可能听说过寄居在口腔里的有害细菌，这些细菌会引发龋齿和牙周疾病。有一种有害细菌叫变异链球菌，它们喜欢腐蚀我们的牙齿。伴随着人类农业的发展，微生物也得到了进化，
我们饮食中的碳水化合物越来越多，尤其是糖类。就像我们不经意间驯化了老鼠，让它们习惯了以垃圾里的食物为生那样，寄生细菌也已经习惯在我们的身体里生活。幸运的是，大部分寄居在口腔里的微生物都对我们有益，它们会形成菌膜来抵挡有害细菌。口腔内的微生物通过生成一氧化氮（一种与氧化亚氮有关的化学物质，你可能在看牙医的时候接触过）这种化合物来放松我们的动脉，甚至帮助我们调节血压。
另一种细菌，被称为具核梭杆菌，通常存在于健康的口腔中，但也会诱发牙周疾病。
有趣的是，在罹患结肠癌的病人体内的肿瘤中也发现了具核梭杆菌。
我们不知道到底是具核梭杆菌引发了肿瘤，还是具核梭杆菌只是简单地适应了肿瘤所处的环境。寄居在口腔里的微生物种类也十分丰富。甚至同一颗牙的不同侧面也有自己独特的微生物组，这可能受许多因素的影响，包括与氧气的接触和咀嚼方式等。
胃里是一个高度酸性的环境，就像汽车的电池一样，只有少数几种微生物能在这里生存。但这些微生物非常重要，其中尤为重要的是幽门螺旋杆菌（或简写为H. pylori），这种微生物很久以前就寄居在人类的胃里了，所以我们可以依据胃里幽门螺旋杆菌的菌株来源判断人类种群的亲疏关系，以及他们在迁移时到底与哪些人群有过接触。
幽门螺旋杆菌在溃疡的形成过程中起了很大作用，这些胃溃疡或小肠溃疡是由于胃壁粘膜和肠道粘膜被破坏，胃酸腐蚀人体组织而引起的。最初的症状表现为口臭、胃部有灼烧痛感，严重时会出现恶心、胃部两端出血等症状。多年以来，医生们把溃疡的成因归咎于压力和饮食，建议患者注意休息，禁食辛辣食物、酒精以及咖啡，并推荐牛奶和抗酸剂。虽然病人们的症状得到了缓解，但是极少有人完全康复。
在20世纪80年代，澳大利亚医生巴里·马歇尔和罗宾·沃伦发现，大多数溃疡实际上是由幽门螺旋杆菌感染引起的，可以用针对细菌的抗生素或化学药品铋来治疗。马歇尔对此结论信心十足，为了证实这一发现，他喝了含有幽门螺旋杆菌的培养液。这一行为虽然导致他得了胃炎，但他和罗宾·沃伦最终获得了诺贝尔生理或医学奖。
然而今天我们了解到，几乎超过半数的人体内都寄居着幽门螺旋杆菌。那么为什么不是所有人都会得溃疡呢？看起来幽门螺旋杆菌只是引起溃疡的许多危险因素之一：必要但不充分。其实很多人身上都寄居着幽门螺旋杆菌以及许多与疾病息息相关的细菌。微生物学的挑战和承诺之一，就是要弄清楚这些微生物突袭我们的方式及原因。
接下来，让我们观察一下肠道。我们认为肠道是人体内最大也是最重要的微生物组聚居地。假设你是一个寄居在人体的微生物，那肠道就是身体这座大厦里的豪宅，有6～9米长，里面遍布角落和缝隙。这个环境对微生物十分有利：气候温暖、食物丰富、水源充足，还有一个便利的废物处理系统。我们的肠道拥有庞大的微生物种群和丰富的可用能源，就像繁华的纽约和盛产石油的沙特阿拉伯一样。
小肠负责吸收食物中的大部分营养，然后把它们输送到体内循环的血液中。大肠负责吸收水分，这里的有益微生物让来自小肠却未被消化的食物纤维发酵。这将释放更多的能量供人体使用。因为肠道与消化系统一起工作，所以肠道微生物在许多方面都在为我们的新陈代谢把关。它们有潜力来支配我们吃什么，可以从食物中吸取多少热量，能接触到哪些营养素和毒素，以及如何被毒品影响。
从科学上讲，肠道微生物组非常重要，而且我们很容易就能采集到样本。微生物们会自行抛弃一批微生物，这些微生物无论是死是活，通常会随着清晨的粪便排出体外。排泄物中所包含的微生物大多来自大肠末端，这些微生物距离肛门很近。
虽然寄居在大肠和小肠内的微生物之间存在差异，但通过对比不同个体，我们发现这些差异是极其微小的。
这就意味着，排泄物能很好地证明每个人的肠道内都存在着独一无二的微生物。
当然，从某些方面来看，我们对从排泄物中检测到的微生物的理解不够全面。例如，字面上看起来不好的大肠杆菌，已经获得了许多关注。它们偶尔以自己的方式从不太干净的餐厅厨房进入食物，但是它们本身并不具什么威胁性。我们听说过大肠杆菌，只是因为在排泄物中很容易就能找到它们。（如果你在肉类或蔬菜中发现大肠杆菌，这就意味着它们已经被排泄物污染了。）事实上，大肠杆菌并不是肠道活动的主要参与者，在大多数健康人体内，大肠杆菌只占万分之一。
其成名的原因是，它像杂草一样，生命力十分顽强，可谓细菌中的战斗机。同大肠杆菌一样，其他许多细菌在培养皿里也被培养得十分成功，这对我们理解微生物组起到了极为关键的作用：我们之所以能了解它们，是因为它们能在实验室里被培养。
肠道里的绝大多数微生物很容易发生变化，因此我们到现在还不知道如何在体外培养（即在实验室里培养）它们。这些肠道微生物，主要来自厚壁菌门和拟杆菌门这两大细菌群体，
它们对于消化食物和代谢药物来说十分重要，但也与许多疾病相关，包括肥胖症
、炎症性肠病、结肠癌、心脏病
、多发性硬化
以及自闭症
。这就是新一代基因测序技术掀起一场革命的原因——我们终于有能力看到以前无法看见的微生物了。
首先，我们得承认人类的无知：我们对阴茎携带的微生物还不甚了解。对于第一个观察到精子的荷兰科学家安东尼·范·列文虎克（对他的详细介绍，见后文延伸阅读“微生物简史”）所建立的微生物学领域来说，现代微生物学并没有更细致地观察男性的生殖器。然而，人们当前已经在此方面取得了一些进展。
我的一个同事针对青少年性传播疾病的风险，进行了一项非常重要的研究。他的工作的一小部分内容，就是观察青春期男孩阴茎内部和表面的微生物组。为此，他需要定期收集样本，在青少年每次发生性行为之后也要收集。他接到来自样本采集者打来的电话时，就会打扮成朋克风格——戴上他的长假发，穿上皮夹克，戴上金链子，然后开着研究专用的白色面包车去采集青少年阴茎上的样本。当然，这一切都是为了科学。而且孩子们所做的一切，都是由头脑冷静的家长签署了知情同意书并允许的。可能是因为会遭到嘲笑，这个领域的研究并不多；这就意味着我的这位同事在阴茎微生物组方面的研究，会在前列腺健康方面发挥重要作用。
然而，有关阴道微生物的研究却十分广泛。有欧洲血统的健康成年女性阴道内的微生物主要是几种乳酸菌。这些乳酸菌与酸奶中的乳酸菌不一样，但工作机制大体相同，它们可以产生乳酸来保持阴道酸性。马里兰大学微生物学和免疫学教授雅克·拉威尔的实验表明，某位女性阴道内的主要微生物组会随着时间的推移发生变化，比如在其经期，一种叫脱铁杆菌属的代谢铁细菌就会出现在阴道内，以经血为食。
女性阴道内的微生物，在其与新的性伴侣发生性行为后也会发生改变。
直到最近，许多针对阴道微生物的研究才开始关注性传播感染。科学家们已经研究了阴道微生物在细菌性阴道疾病中的作用，同时也检查了阴道微生物是否会帮助或阻止各种性传播疾病的蔓延，比如艾滋病病毒。
但事实证明，健康的阴道微生物组看起来各不相同。最新研究表明，不同的人种——如西班牙人、非裔美国人、高加索人和亚洲人——所拥有的健康的阴道微生物组是不一样的。正如我们看到的那样，从某些方面来说，阴道微生物决定着我们的命运。