拿起一个地球仪，把蓝色的一大面转到自己面前，此时呈现在你眼前的正是浩瀚的太平洋。现在用手指戳在正中，然后往下一点，再往右一点：你的指尖正移到了莱恩群岛（Line Islands）。这是连成一条斜线的11座小岛，静静地躺在这个遥远且不为人知的地方。它距离加利福尼亚约5,633千米，距离澳大利亚约6,115千米，距离日本约7,886千米。这一串小岛完美地诠释了“与世隔绝”一词。它们与你的距离比任何地方都远，比它再远的地方恐怕得离开地球。而为了找到最美丽的珊瑚礁，福瑞斯特·罗威尔（Forest Rohwer）必须来到这个遥远的地方。

2005年8月，罗威尔从“怀特·霍利”号（White Holly）的甲板上走下来，踏入金曼礁的水域。那里位于莱恩群岛的最北端，也是这条沿斜线分布的群岛的最上头。 ^[1] 透过幽蓝清澈的海水，他看到一堵巨大的珊瑚墙从深处隆起，像地毯一样铺满海底。这是一片曾经登上过好莱坞银幕的珊瑚，皮克斯动画公司制作的《海底总动员》（ Finding Nemo ）里就有它的身影。这个美丽的生态系统拥有自然界顶尖的“演员”阵容：蝠鲼，海豚，如一堵移动的墙一样游动着的大群马眼鲹，成群结队、长着尖牙的巴西笛鲷，数量可观的鲨鱼，至少有50条灰礁鲨围着潜水员盘旋，每一条差不多有一个成年人那么大。但罗威尔和他的科学家同事对此并不在意，他们知道鲨鱼是一个健康珊瑚礁生态系统的指示，所以看到这么多鲨鱼就格外兴奋。此外，鲨鱼大多在夜间捕食，研究人员只要在日落前回到船上就没太大问题。他们的时间略微紧张，当最后一个科学家登上船时，太阳已经低垂在地平线上，正如罗威尔后来记录下的文字：充满恐惧的“有好多鲨鱼”，在那时已变成了“我的天哪，这鲨鱼也太多了吧！”的惊叹。

往东南走700千米左右就可以到达圣诞岛海域（Christmas Island，现名为 Kiritimati，隶属太平洋岛国基里巴斯），这里则展现了一幅全然不同的景象。在那里，罗威尔看到了他见过的“最死气沉沉的珊瑚礁”。原本充满活力、层次丰富的金曼礁海域，被鬼魂般覆满烂泥的珊瑚残骨取代，仿佛遭遇了神秘力量的横扫，生命的气息与丰盈的色彩被一股脑儿地席卷而光。水体浑浊，还悬浮着颗粒。鱼量稀少，也没有鲨鱼出没。潜了近一百小时，科学家们没有看到哪怕一条鲨鱼。

这里也不是一开始就是这样的。1777年，詹姆斯·库克（James Cook）到达圣诞岛时，他的领航员记录到了“无数条鲨鱼”。即使到了20世纪后期，这些大型捕食者仍活跃在周围，珊瑚礁也依然健康。这一切变化始于1888年，这些岛屿遭到大规模殖民。今天，岛上大约有5,500名居民。虽然这一规模并不庞大，但足以让鲨鱼和珊瑚礁都没了踪影。相比之下，金曼礁一直无人居住。那里的永久陆地只有三个足球场那么大，没有任何东西能让定居者留在此地。但是，贫瘠的陆地环境却造就了水下的世外桃源。对罗威尔来说，金曼礁是一个看向过去的窗口，透过它就能看到那些迎接库克船长的光彩夺目的珊瑚礁。圣诞岛则代表了一个荒凉、没有珊瑚的未来——我们还将看到，它与许多常见的人类疾病有着相似之处。

珊瑚是一种动物，柔软的管状身体一端有带刺的触角。你很少看到它们的本体，因为通常都藏匿在石灰石之间，而这些正是它们的骨骼。这些骨骼结合在一起形成巨大的礁石，在海下形成层层叠叠、高低起伏的地貌，为无数海洋动物提供家园。珊瑚从几亿年前就开始建造珊瑚礁，但这样的日子可能即将结束。加勒比海的珊瑚群落大面积溃败，澳大利亚的大堡礁也已经失去大部分珊瑚。1/3的珊瑚物种也因为受到多面的生存威胁而濒临灭绝。人类释放到大气中的二氧化碳把太阳的热量锁在其中，也使海洋变得温暖。在这些温暖的海水中，珊瑚不得不开始驱赶居住在其细胞内并一直为它们提供营养的藻类。与这些伙伴分手后，珊瑚变得虚弱，更濒临死亡。二氧化碳还会直接溶解在海水中，酸化水下环境，逐渐腐蚀珊瑚建造珊瑚礁所需的矿物质。飓风、船只和凶猛的海星只会更进一步地侵蚀它们。珊瑚挨饿、变得苍白、无家可归，可怜的它们被剥夺了建筑原料——珊瑚生病了。而在珊瑚间肆虐的瘟疫简直像调色盘一样丰富：白痘、黑带病、粉红斑病、红带病……一共有几十种这样的疾病，且近几十年来有愈演愈烈之势。

这种趋势并不寻常。一般而言，当宿主高密度地生存在一起时，疫病扩散的可能性更高，但是珊瑚的疾病似乎在随着宿主种群数量的减少而上升。这是因为其中只有部分疾病是由特定病原体引起的，其他疫病有着更复杂的起源：它们似乎是由大量协同工作的微生物，或者珊瑚微生物世界中的正常细菌引起的。正是这个微生物世界，吸引了罗威尔的注意。

罗威尔一头散乱的黑发，音调很高，举手投足间透着一股悠闲的气质。他穿着一身炭黑色，戴着银饰。他是宏基因组学领域的先驱——这是我们在第二章中提过的革命性研究方法，科学家通过测序所有基因来调查和识别微生物。罗威尔最先把这种技术应用在为开放海洋环境中的病毒编目上。然后，他把注意力转移到珊瑚上。其他科学家已经通过研究发现，珊瑚表面覆满了微观生命，每平方厘米的表面就生存着1亿个微生物，数量是人类皮肤或森林土壤表面的十多倍。珊瑚礁所包含的生物多样性可能早已为世人所知，但这些多样性在很大程度上是肉眼看不见的。忘记鳐鱼、海龟和鳗鱼吧：细菌和病毒构成了珊瑚礁的大部分生理机制，其中大多数从未被研究过。

这些微生物是做什么的呢？“首先，也是最重要的，”罗威尔说道，“它们占据了空间。”珊瑚的身体只有这么多地方可供微生物生存，只有这么多食物来源。如果有益的物种填充了这些生态位，危险的物种便不能侵入，如此多样的微生物群落只要简简单单地存在，就可以搭建起封锁疾病的网络。这种效应便是定植抗性（colonization resistance）。珊瑚一旦遭到破坏，就很容易感染疾病。罗威尔怀疑，这是对这么多珊瑚礁生态消失的根本解释。所有让珊瑚变弱的环境压力——海洋变暖，海水酸化和富营养化——破坏了它们与微生物之间的伙伴关系，使菌群变得不正常或贫瘠，也使珊瑚更易饱受疾病困扰，也许可以说，正是这种关系的破坏导致了疾病的产生。

为了验证这一猜想，罗威尔需要研究各种珊瑚礁，从原始状态到彻底崩溃，应有尽有。所以就有了“怀特·霍利”号之旅。这艘船花了两个月时间从莱恩群岛的北边一路下行经过四座岛屿，岛上的人类活动越来越密集，从无人居住的金曼礁到有几十人定居的帕尔米拉环礁，再到拥有2,500名居民的范宁岛，最后到人口数量达到5,500的圣诞岛。船上的其他科学家有的会调查鱼的数量，有的会把珊瑚舀上来研究，罗威尔和同事利兹·丁斯代尔（Liz Dinsdale）则研究微生物。他们从每个地点取一些海水样本，并用玻璃晶片过滤（这些玻璃晶片上分布着小到连病毒都挤不过去的孔）。然后，他们把玻璃筛滤出的微生物刮下来，用荧光染料染色，再通过显微镜观察发光的它们。罗威尔后来写道：“珊瑚的命运都写在这些小光点里，从中可以读出它们是否健康，或者正在经历衰老病死。”

丁斯代尔和罗威尔发现，随着人类分布得越来越广泛，微生物也越来越常见。从金曼礁到圣诞岛，如鲨鱼这样的顶级捕食者，从珊瑚礁的主角变成了跑龙套的，珊瑚覆盖率从45%下降到15%，水中的病毒和微生物则涨到了原来的10倍。所有这些变化趋势，都交织在一张复杂的因果关系网中。为了抢占地盘，珊瑚和一种名为肉质藻（fleshy algae）的古老竞争对手不断地循环斗争。

一些藻类是珊瑚的盟友。它们住在珊瑚的细胞里，为珊瑚提供食物，或形成珊瑚坚固的粉红色外壳，把分散的珊瑚群落连成一片坚固的整体。但肉质藻是与珊瑚竞争生存空间的敌人。如果肉质藻数量上升，珊瑚数量就会下降，反之亦然。大多数珊瑚礁中生活着龙舌鱼和鹦嘴鱼这样的食草鱼类，它们会像修建草坪一样啃食这些肉质藻，使它们保持在一定数量以下。但是，人类用矛、钩子和网杀死了这些食草鱼类。不仅如此，我们还杀死了鲨鱼这样的顶级捕食者，导致中型捕食者的群体数量急剧增加，进而捕食这些食草鱼类。无论如何，藻类都占了便宜。修剪好的草坪变成了杂草丛生之地，附近的珊瑚开始死亡。莱恩群岛远征队伍中的一员珍妮弗·史密斯（Jennifer Smith），通过一个简单的实验证明了这一影响。她在相邻的水族箱中分别放置了小块珊瑚和海藻碎片。这些水族箱相互连通，但中间由极细的过滤器隔开：微生物无法通过，但水中的化学物质可以通过。不到两天时间，所有的珊瑚都死了。藻类释放的某种物质杀死了它们。毒素？有可能。但是，当史密斯用抗生素处理珊瑚后，它们却活了下来。不是毒素，也不是微生物（因为它们没法通过过滤器）。藻类究竟做了什么，让珊瑚死于寄住其上的微生物之手？

事实证明，导致这一切的是溶解在海水中的有机碳（简写为 DOC），从本质上而言，就是水中的糖和碳水化合物。藻类在珊瑚礁上茂密生长时，会产生大量的 DOC，并为珊瑚的微生物提供充足的食物。这些藻糖通常会沿着食物链向上流动，被食草鱼类摄入，最后进入鲨鱼体内；一条鲨鱼体内含有数吨藻类储存的能量。但是如果鲨鱼死亡，这些糖类就不再为鱼类供能，而是滞留在食物链的底层，成为微生物细胞的组成部分。微生物大快朵颐，因为爆炸性地增长而消耗完了周围的氧气，也继而窒息了珊瑚。

但 DOC 不是无差别地滋养所有微生物。罗威尔把它们比作汉堡：高能量、易消化，会优先惠及快速生长的物种，尤其是病原体。在金曼礁附近的海域，只有10%的本地微生物属于可能导致珊瑚病的细菌。但在圣诞岛附近，一半微生物都属于这些科。“你不会想在那里游泳的，”罗威尔写道，“但不幸的是，珊瑚没有选择。”这也解释了，为什么圣诞岛的患病珊瑚，其数量是金曼礁的2倍，尽管前者的珊瑚总量只是后者的1/4。（后来的一份调查显示，圣诞岛周围依然有几片健康的珊瑚礁。它们位于前核试验场所，渔民因为恐惧辐射而远离那里，如此一来反而拯救了鱼和珊瑚。）那些水域仿佛满是病毒和细菌的医院病房，住满了免疫功能低下的病人。与这些患者一样，珊瑚很少被远道而来的异常病原体杀死；在大多数情况下，它们都因为自己的微生物组乘虚而入而衰亡，后者牺牲宿主，并尽可能地利用丰富的 DOC 滋养获取营养。

罗威尔描述的一系列事件形成了恶性循环。随着珊瑚死亡，藻类得以获得更多的空间，释放更多的 DOC，并滋养更多的病原体，杀死更多的珊瑚。最终，这个循环以极短的周期不断重复，把整片珊瑚礁从鱼和珊瑚的领地迅速转变为藻类的领地，而且很可能是不可逆的。“这很可怕，又如此迅疾，”罗威尔说，“一片珊瑚礁可以在一年内死去。美丽的珊瑚礁，眨眼间就不复存在。”

所有可以削弱珊瑚礁的环境压力，都能启动这一恶性循环。2009年，罗威尔的团队把珊瑚碎片分别置于更高温度、更偏酸性、增加营养物质以及更多 DOC 的不同环境中。变化很明显。珊瑚的微生物组从健康珊瑚礁上的生长类型，变成了在患病的珊瑚上茂盛繁殖的致病群落。它们还发现了更多存在毒性基因的证据（拥有这些基因的细菌能感染宿主），也发现了更多病毒（与导致人类疱疹的病毒相关）。疱疹病毒可以隐藏在宿主的基因组中，保持休眠状态，直到某种应力把它们重新激活。复苏之后，这些一度潜伏在人体内的病毒可以引发唇疱疹。现在尚不清楚它们会对珊瑚造成什么伤害，但很可能会导致某种疾病。

人类可以通过意想不到的方式开启这种恶性循环。2007年，一艘长约26米的渔船在金曼礁上搁浅，原因可能是发动机起火。这艘渔船从哪儿来、是什么号、船员怎样了，我们都不知道。出乎意料的是，它造成了令人瞩目的影响。船舶解体后，碎片落在底下的礁石上，制造出了长达一千米的“死亡区”。这些珊瑚并没有变成常见的白色碎块，而是覆满了深色的藻类，周围的海水也变得极其浑浊。这就是“黑礁”，就仿佛海底版的托尔金笔下的“魔多” 。铁矿落在营养不良的生态系统中后，通常会导致这一场景。作为肉质藻类的肥料，铁能使其疯狂生长，甚至连食草鱼类都没法在短时间内把它们吃回正常数量。接着，这些藻类会触发罗威尔的恶性循环：更多的 DOC，更多的微生物，更多的病原体，更多的疾病，更多的死珊瑚。

罗威尔的团队在莱恩群岛的其他地方也看到了黑礁，总是与沉船有关，并且总是在沉船碎屑的洋流下游发展。与珊瑚几乎均匀退化的圣诞岛等地不同，黑礁有可能出现在干净的水域。“请想象这是一块健康的礁石，”罗威尔指着一张桌子比画着解释道，“而这部分已经死了。”他一掌拍在桌子中间，“任何地方，只要有一块铁，即使只是一个螺栓，周围都会出现一小圈黑礁。”

2013年，美国鱼类和野生生物管理局从金曼礁移走了这条废船。一群工人徒手拎起数千千克的残骸，用等离子切割机和链锯把船体切成片，然后把碎片移出海域，只留下主发动机，即一块重达2,268千克的铁疙瘩。随着大部分沉船残骸被清除，珊瑚有可能恢复健康。

然而，其他礁石就没那么幸运了。它们的痛苦不是来自铁的一次性大量流入，而是来自人类活动持续不断施加的压力。罗威尔的团队评估了整个太平洋地区99个地点的人类活动水平，设计出了一个可以用来反映各地渔业、工业、环境污染、航运等综合影响的指数。针对同一个测量点，他们还计算了微生物化分值（microbialisation score），以此来衡量生态系统中进入微生物——而不是鱼——的能量比例。这两项指数呈非常明显的正相关。人类大举进入自然的同时，也打破了珊瑚与微生物自古以来形成的和谐关系。我们把鱼和珊瑚的天堂变成了一片荒凉的藻类沙漠，任它们浸泡在充满病原体的海水之中。

根据罗威尔的解释，这是珊瑚礁死亡的全过程：被各种各样的威胁因素削弱健康，最终被自己的微生物吞没。这不是珊瑚礁衰败的唯一原因，但十分引人注目，也解释得很彻底，堪称“珊瑚死亡的大统一理论”。在这个理论体系中，大到鲨鱼、小到病毒，都彼此相连。该理论告诉我们，珊瑚礁的不可见部分最终决定了它的命运。罗威尔很直白地表示：“即使珊瑚礁本身就非常复杂，微生物仍是其兴盛和衰落的主要决定因素。”

想想微生物导致的疾病，流感、艾滋病、麻疹、埃博拉、腮腺炎、狂犬病、天花、结核、瘟疫、霍乱和梅毒等。尽管这些疾病各不相同，但都遵循类似的发病模式。它们由单一微生物引起：感染细胞的病毒或细菌，以我们的健康为代价，不断繁殖，并引发可以预见的全身症状。这些致病因子可以经由人类鉴定、分离和研究，运气好的话，甚至可以被彻底消灭，终结病痛的折磨。

罗威尔的珊瑚研究为一种不同类型的微生物疾病提供了线索。该疾病没有一个明显的罪魁祸首， ^[2] 病状均由微生物菌群引起，后者从健康的构型转变为损害宿主的构型。单个细菌本身并不是病原体，但整个菌群合在一起就转入了致病状态。可以用一个词来描述这种状态：生态失调（dysbiosis）。 该术语描述的是不平衡与不和谐代替了和谐与合作的状态。这是共生的黑暗面，也是迄今为止我们关注过的所有主题的黑暗面。

请回想一下，每一种动物，无论是人还是珊瑚，本身都自成一个生态系统。每个系统在微生物的影响下发育、扩展，并持续地与微生物谈判、协调。这些合作伙伴的利益常常与宿主的利益相抵触，而宿主需要通过控制食物来源才能控制微生物，将其限制在特定组织内或置于免疫系统的监视之下。现在你可以想象一下，有什么东西打破了这种控制：改变微生物组的构型，改变其中各种微生物的比例，激活某些基因，分泌某些化学物质。改变后的菌群仍与宿主保持联系，但彼此的话事权已经改变。有时宿主容易发炎，因为微生物过度刺激免疫系统，或者进入了不该进入的组织。在其他情况下，微生物可能乘虚而入，开始感染宿主。

这就是生态失调。它不意味着某个个体不能抵抗某种病原体，而意味着共生的不同物种（宿主和共生体）之间出现了沟通问题；它把疾病重塑成了一个生态问题。健康的个体就像一片未经开发的雨林或者丰茂的草原，抑或是金曼礁那样的海域。生病的个体就像休耕的农田或者浮游生物肆虐的湖泊，抑或是圣诞岛周围那些失去生机的珊瑚礁。这些都标识了生态系统的紊乱。这种健康观比人们从前的认知更复杂，也提出了重要的问题。其中的最关键之处：这些变化是病因，还是仅仅是疾病所导致的后果？

“热水瓶里装着什么？”我问道。

我站在圣路易斯华盛顿大学的电梯里，旁边是杰夫·戈登与他的两名学生，其中一个拿着一个金属容器。

“一些小颗粒粪便而已。”她答道。

“这里有分别来自健康和营养不良儿童体内的微生物。我们把它们移植到小鼠体内。”戈登解释道，就好像在解释世界上最稀松平常的事情。

杰夫·戈登可以说是当今最有影响力的人类微生物组学家，也是极难接触到的一个人。我写关于他工作的文章写了6年，他才回复我的电子邮件，访问他的实验室更是破天荒的第一次。出发前，我已经准备好要和一个粗鲁、不近人情的人打交道。但恰恰相反，最终站在我面前的是一个可爱、亲切的科学家，弯弯的眼睛，脸上挂着亲切的微笑，举止有些小怪诞。他在实验室里走动时会称呼每个人为“教授”，包括自己的学生。他对媒体的厌恶不是出于冷漠，而是讨厌自我吹嘘。他甚至避免参加学术会议，希望远离聚光灯，只想待在实验室里。埋头做学问的他已经开展了很多项研究，关注微生物对我们健康的影响，以及，用他的话说：探究哪些关系是“严格的因果联系，而不是随意的联系（causal not casual）”。但是，当被问及他在这个领域的影响力时，他常常将其归功于过去和现在的学生以及合作者。

戈登在这个领域的领军地位非常显著。在打微生物的主意之前，他就已经是研究人类肠道发育的知名科学家。20世纪90年代，他开始猜想：细菌会影响肠道的发育过程。但在他也知道，验证这个想法要面对重重困难。当时，玛格丽特·麦克福尔-恩盖已经证明微生物可以影响乌贼的发育，但她的研究只针对一种细菌，人类肠道中的细菌则多达数千种。戈登必须逐步分离这个令人生畏的整体，并在严格控制的实验条件下研究它们。与许多科学研究一样，他需要一种关键的实验材料，且偏偏是自然条件下不存在的生物——控制组。简而言之，他需要无菌小鼠，很多很多的无菌小鼠。

电梯门一打开，我就跟着戈登和他的学生带着一水瓶的冷冻粪便颗粒走进一个大房间。房间里布满了一排排由透明塑料搭成的密封室。这些隔离器营造了世界上最奇怪的环境：一个真正无菌的空间。唯一生活其中的生物就是小鼠。隔离器中含有小鼠生存所需的一切：饮用水，棕色块状的鼠食，睡觉用的秸秆芯垫子，以及白色聚苯乙烯泡沫塑料制成的小盒子——可以给小鼠提供私密的交配场所。实验室团队会对所有放进密封箱的物品进行照射消毒灭菌，然后放进装载缸；装载缸也要经过高温高压的蒸汽灭菌才能挂在隔离器背面的舷窗处，连接两个部分的套管也需要经过灭菌处理。全套工作十分烦琐，但能确保小鼠出生在一个没有微生物的世界中，成长全过程都不会接触到微生物。这完美地诠释了悉生（gnotobiosis，对应的希腊词原意为“已知的生命”）。我们知道这些动物体内生存着什么——什么也没有。不像地球上的其他小鼠，这里的小型啮齿动物就仅仅是一只小鼠而已，体内不含任何其他生物，好似一个空空的容器，一个没有经过填充的轮廓，一个个体的生态系统。它们不“包罗万象”。

每个隔离器的两处舷窗上都固定着一对黑色橡胶手套，研究人员可以套上它们操作隔离器内的东西。手套很厚，我套上没多久后就开始手心冒汗。我笨拙地拽起一只小鼠的尾巴：它紧贴着我的手掌，一身白色的毛皮，一对粉红色的眼睛。这种感觉很奇怪：我握着这只动物，但只是通过两只向内的黑手套才触到其中密封的世界。它坐在我的手上，却完全与我隔离。当我抚摸穿山甲巴巴时，我们彼此交换了微生物；但当我抚摸这只小鼠时，我们却没有交换任何东西。

现在世界各地共有几十处类似的无菌设施，它们是我们理解微生物组如何工作的最有力工具之一。隔离器技术开发于20世纪40年代，并在十年后经过改进，但在当时完全不受欢迎。 没有人使用过无菌动物。但戈登意识到，这些实验材料完美地契合他的需求。他可以为无菌小鼠植入特定的微生物，投喂配置好的食物，并在可控、可重复的条件下反复实验。他可以把它们作为活的生物反应器 ，分解微生物组令人费解的复杂性，把它们处理成可供系统研究的可控组分。

2004年，戈登的团队用无菌啮齿动物开展了一项实验，并由此把整个实验室引上了一条令人瞩目的研究路径。 他们从在一般条件下繁殖的小鼠中获取肠道微生物，再移植到无菌小鼠体内。通常无菌的啮齿动物无论吃多少都不会增加体重，但其肠道一旦被微生物定植，这种令人羡慕的能力就会消失。它们并不是开始多吃东西，如果一定要说有什么变化的话，那就是吃得还稍微少了一些，只是它们会把更多的食物转成脂肪，从而导致体重上升。小鼠当然与人类不同，但二者的生化机制类似。这种相似性足够使科学家把小鼠作为人类的“替身”，应用到从药物测试到大脑研究的各个领域；这同样适用于它们的微生物。戈登认为，如果这些早期的研究结果也适用于人类，那么我们的微生物也必然会影响我们从食物中获取的营养物质，从而影响我们的体重。这太令人着迷了，潜力无限，又和医学相关，戈登的团队全身心地投入了这项研究。

研究小组接着发现，肥胖人士（和小鼠）的肠道微生物群落不同于常人。 最明显的区别在于两个主要肠道细菌群体的比例：和精瘦之人相比，肥胖人士的厚壁菌（Firmicutes）更多，拟杆菌更少。而这里又明显存在另一个问题：到底是额外增加的脂肪把跷跷板的一边往厚壁菌和拟杆菌倾斜了呢，还是另一个更令人兴奋的结论：是跷跷板的倾斜反过来致人变胖？戈登的团队不能依靠简单的比较来回答这个问题。他们需要实验。

这时，彼得·特恩博（Peter Turnbaugh）登场了。那时，他还是该实验室的一名研究生。他分别从胖小鼠和瘦小鼠的肠道中获取了一些微生物，然后喂给那些无菌的啮齿动物。那些接受了瘦小鼠微生物的小鼠，脂肪含量增加了27%，而从胖小鼠那里获得微生物的小鼠，脂肪含量增加了47%。这是一个惊人的结果：通过移植微生物，特恩博成功地把肥胖症状从一个动物体转移到另一个动物体上。“这是一个会让人喊出‘噢，我的天呐’的时刻，”戈登说道，“我们十分惊讶，又备受鼓舞。”这些结果表明，肥胖个体肠道中的微生物组成不同，至少在某些情况下，这确实可以导致肥胖。微生物可能从啮齿动物的食物中获取更多热量，或者影响了宿主的脂肪储存方式。无论如何，结论都很明显，微生物不只是搭便车，它们有时也会抓住方向盘，左右整趟旅途的走向。

它们既能带向肥胖，也能引向瘦削。特恩博的实验显示，肠道微生物可以导致体重增加，而其他人发现，特定的微生物也可以触发体重减轻。一种名为嗜黏蛋白阿克曼氏菌（ Akkermansia muciniphila ） ^[3] 的细菌是一种较为常见的肠道细菌，在正常小鼠体内的数量比遗传性易胖小鼠多了近3,000倍。肥胖的小鼠摄入这种细菌后，体重会下降，且较少显示出 II 型糖尿病的患病迹象。肠道微生物也部分解释了胃旁路手术为什么能取得显著成功：这是一种根治肥胖的手术，把胃缩到鸡蛋大小，并直接连到小肠。术后，患者通常会掉几十千克体重。人们通常认为，这与胃部缩小有关。但这一手术也重组了肠道微生物组，增加了各种微生物的数量，包括上面提到的嗜黏蛋白阿克曼氏菌。如果把这些重组的菌群移植到无菌小鼠体内，它们的体重也会下降。

世界各地的媒体都把这些发现视为减肥人士的福音。如果能快速、简便地通过微生物减肥，为什么还要坚持严格的饮食呢？如果事实证明细菌能左右体重秤的数值，那为什么还要为摄入过多的热量而自责呢？“脂肪？不，真正的罪魁祸首是你的肠子”“体重超标？请怪微生物”，报纸纷纷拉出这样的标题。可是，这些都是错误的解读。微生物不能完全代替人们长期以来理解的肥胖诱因，也不完全矛盾；所有导致肥胖的原因都互相交缠。戈登的另一个学生瓦妮莎·里道拉（Vanessa Ridaura）用小鼠为瘦子和肥胖人士体内的微生物搭了一个“擂台”，让它们“互搏”。 首先，她把这些人类身上的菌群植入无菌小鼠体内。接下来，她把这些小鼠放入同一个笼子。它们很容易吃到对方的粪便，所以会不断地把邻居的肠道微生物装进自己的肠道。当这一切发生后，里道拉观察到，“瘦子”微生物入侵了已经被“肥胖”微生物占领的肠道，并阻止新主人增重；但是，反方向的入侵却从来没有发生过：只要周围有瘦子在，“肥胖”微生物永远无法在小鼠肠道内立足。

这并不意味着瘦子的肠道菌群在本质上更占优势。相反，用富含植物的鼠食喂养小鼠后，里道拉改变了“战局”，让这场战斗向瘦子倾斜。这些膳食中的复杂纤维，为带有相应消化酶的微生物创造了许多机会。用戈登的话说：“让它们填补空缺的工作岗位。”肥胖人士的菌群中只有很少的物种可以填补这些“岗位”，而瘦子菌群中包含了大量合格的候选人，比如纤维消化专家 B-theta。所以，胖子菌群进入瘦子的肠道后发现，每一小块食物都已经被吞噬干净，每个生态位都已被菌落占据。而瘦子菌群进入肥胖人士的肠道后发现了大量未被消化的纤维素，从而得到了充足的食物，可以蓬勃生长。直到里道拉给小鼠提供高脂、低纤食物，瘦子菌群的优势才彻底消失。这是西式饮食中最糟糕的极端代表。没有纤维素，瘦子菌群无法立足，也无法阻止小鼠增重。只有在小鼠维持健康饮食时，它们才能占据小鼠的肠道。所以，以前的健康饮食建议仍然成立，那些标题完全错了。

这就引出了重要的教训：微生物很重要，但它们的主人，也就是我们，同样重要。正如所有的生态系统，我们的肠道环境不仅取决于体内的微生物物种，也取决于流经此处的营养物质。雨林不仅因为其中的鸟类、昆虫、猿猴和植物才成为雨林，也因为有充沛的降水和充足的日照，以及土壤中丰富的养分。如果把雨林中的生物扔进沙漠，它们的境遇会很糟糕。戈登的团队不止一次地认识到这一教训的重要性，不仅在实验室里，也在非洲的马拉维。

马拉维是全世界儿童死亡率最高的国家，其中一半都死于营养不良。但营养不良也有不同的形式。有些孩子会得消瘦症（marasmus），最终变得极其憔悴、瘦骨嶙峋。另一些孩子会患夸希奥科病（kwashiorkor），组织间潴留过多水分，导致四肢浮肿、肝大、皮肤发炎。一直以来，后者的病因都笼罩在迷雾之中。一种看法是，这是由饮食中缺乏蛋白质所引起的，但是夸希奥科病患儿摄入的蛋白质通常并不比单纯消瘦症患儿的更少，甚至在吃了援助组织提供的富含蛋白质的食物后，其健康状况依然无法得到改善。究竟是为什么呢？一个孩子得了夸希奥科病，而他的双胞胎兄弟，即拥有相同的基因、生活在同一个村庄、吃同样的食物，却只得了消瘦症？

杰夫·戈登认为，肠道微生物的参与也许可以解释名义上完全相同的儿童（比如双胞胎）为什么会存在健康状况差异。当他的团队在肥胖实验上取得突破后，他开始猜想：如果细菌可以影响肥胖，那么它们是否也可能影响另一种极端状况，即营养不良？他的许多同事都认为这不太可能，但戈登力排众议，发起了一项雄心勃勃的研究。他的团队去了马拉维，定期收集一组婴儿从一岁到三岁的粪便样本。他们发现，健康婴儿肠道内的微生物有一个正常发育的过程，但夸希奥科病患儿却不曾经历这样的过程。他们的肠道菌群没有随年龄的增长而变得多样和成熟，内在的生态系统停滞不前。他们体内微生物的年龄很快就赶不上宿主自身的生理年龄。

当戈登团队把这些不成熟的肠道菌群移植到无菌小鼠中后，这些啮齿动物的体重下降了。不过这里有个必要前提，即这些小鼠的饮食缺乏营养，相当于马拉维的小孩吃的那些东西。如果小鼠只吃普通的鼠食，无论它们肠道中的细菌怎么变化，都不会减轻太多体重。正如里道拉的研究工作所展示的那样，只有当不良的食物和错误的微生物结合，才会产生效果。夸希奥科病患儿体内的微生物似乎干扰了促进细胞生长的化学反应链，让患儿更难通过食物获取营养，而这些食物本身所包含的能量已经很少。

标准的营养不良治疗方案，是提供一种含有丰富能量的花生酱、糖、植物油和牛奶的强化混合物 。但是戈登的研究团队发现，这种糊状物对夸希奥科病患儿的肠道细菌只会产生短暂的影响（这也许解释了为什么这种治疗方式并不总是有效的）。这些患儿一旦恢复惯常的马拉维饮食，其肠道微生物就会回归早期的贫瘠状态。为什么呢？

试想象把一个球放入一个山谷，两边是陡峭的山坡。往一边推球，球滚上斜坡，然后减速，最终落回起始位置。要使球一直沿着斜坡滚到顶部再滚入相邻的山谷，就需要非常用力地一推，要不然就必须连推好几次。这就是生态系统的工作原理：应对变化，生态系统有一定的抵抗力，如果要把它们推入另一种状态，必须克服这种抵抗力。比如，如果把健康的珊瑚礁比作球，那么升高的海水温度就相当于轻轻地推了一把珊瑚礁，藻类的入侵给了它另外一推，掉入的一块铁片则把它推得更高；最后，鲨鱼的消失让它越过坡顶，进入另一个山谷，落到另一边的谷底，进入被藻类主导的全新状态。这是不健康的，甚至是失调的。但即使如此，该生态系统还像以前一样具有一定的恢复力。你可以把它从藻类的领地变回健康的、鱼群环绕的珊瑚礁，但前路漫漫。

同样的变化也发生在人体内。现在，上面提到的这个球变成了一个孩子的肠道。不良的饮食改变了内部的微生物，也损害了孩子的免疫系统，削弱了其控制肠道微生物组的能力，让有害的感染有机可乘。而这又进一步扰乱了菌群。这些菌群一旦开始破坏肠道，就会阻止营养的有效吸收，导致更严重的营养不良与免疫问题，以及更混乱的微生物菌群……球不断地往坡上滚去，直到越过顶峰，滑入下一个失调的山谷。一旦微生物组落入这般境地，就很难把它们拉回来。

我桌旁的墙上安着一个恒温器。挺旧的仪器，只有一个转盘，没有数字显示屏：往下转，房间里会变得凉丝丝的；往上转，房间会变成一个火炉；只有调到中间的某处，必须十分精准地调到完美的那点，才能令房间维持理想的温度。我们错综复杂的免疫系统就很像这块表盘。它的工作原理像一个“免疫恒温器”，不过需要恒定的不是温度，而是我们与微生物的关系。 它管理与我们生活在一起的万亿个有益微生物，同时阻止有传染性的少数菌群入侵。如果这个“免疫恒温器”的标准设得太低，整个系统会变得过于宽松，失去对有害细菌的威胁，致使我们感染疾病。如果标准设得太高，则会变得过于活跃，错误地攻击有益的微生物，引发慢性炎症。必须在极端之间谨慎地调节出一个精确的状态，在诱导和抑制炎症的分子和细胞之间经营一段平衡的关系。免疫系统必须对威胁有所反应，但不过度反应。可是在过去的半个世纪，我们通过提高卫生标准、开发抗生素、结合现代饮食，逐渐把“免疫恒温器”的标准调得更高，结果导致我们的免疫系统在无害的东西面前也变得十分“暴躁”，比如灰尘、食物中的分子、体内的常驻微生物，甚至是我们自身的细胞。

炎症性肠病（inflammatory bowel disease，缩写 IBD） 就是这种情况。它会引发严重的肠道炎症，表现为慢性疼痛、腹泻、体重减轻和疲劳。患病的通常是青少年和年轻的成年人，在各人生命的全盛期击中他们，让他们饱受社会歧视，迫使他们经受艰难的治疗。即使药物和手术可以控制住症状，人们仍然终身生活在复发的阴影之中。IBD 的两种主要类型——溃疡性结肠炎和克罗恩病——已经存在了几个世纪。但是自第二次世界大战以来，特别是在发达国家，患病率一路飙升。

IBD 的病因尚不清楚。科学家已经确定了160多种与该疾病有关的遗传变异，但是这些变异常见于一般人群，并且出现概率非常稳定，所以无法解释患病率的急剧上升。不过，科学家指出了另一个罪魁祸首。这些基因大多参与了黏液的分泌，帮助密封肠道内衬细胞或调节免疫系统。这些都是维持微生物秩序的手段。人类基因变化得不够快，无法解释 IBD 患病率的突然升高，但微生物的变化可以。

科学家早就怀疑，IBD 背后的微生物是导致疾病的罪魁祸首。但是，尽管他们进行了广泛的调查研究，还是没能成功揪出任何特定的致病病原体。而问题的根源更可能与罗威尔的珊瑚和戈登研究的营养不良的孩子一样，在于一个正常的微生物菌群走向了失控状态。IBD 患者的肠道微生物组与健康同龄人的肠道微生物群不同，但是新的研究进展揭示，潜在的“嫌疑名单”似乎一直在变。这不奇怪，因为 IBD 非常多样。然而，一些普遍的模式一再出现。与健康人群体内的菌群对比，IBD 患者的微生物组常常缺乏多样性，也更不稳定。它缺乏抗炎的微生物，包括帮助纤维发酵的普拉梭菌（ Faecalibacterium prausnitzii ）和脆弱拟杆菌。占据它们位置且旺盛生长的，是诸如具核梭杆菌（ Fusobacterium nucleatum ）的炎性物质，以及大肠杆菌的侵入性菌株。

这些微生物显然起到了关键作用，但整个生态系统并不是由单一物种破坏的。这种疾病看起来更像是生态失调所致。整个菌群变得更加容易发炎，把宿主的“免疫恒温器”调到了最敏感的状态。这些菌群是如何形成的呢？是某种类型的饮食滋养了这些引发炎症的微生物？还是抗生素杀死了负责消炎的微生物？还是变异的基因修改了宿主的免疫系统，破坏了后者管理微生物的能力？最后这个答案似乎最有可能：温迪·加勒特（Wendy Garrett）的研究已经表明，缺乏重要免疫基因的突变小鼠，其肠道微生物菌群会变得不正常；并且，把这些菌群移植到健康的小鼠体内，可以引发 IBD 的症状。这也表明，微生物组也可以导致疾病，并不是简单地对疾病做出反应。 但是，这些微生物是引发炎症的罪魁祸首，还是只是在炎症出现后把这种状态维持下去？如果它们只是维持炎症，那最初又是什么致使肠道发炎？是感染，环境中的毒素，破坏肠道内壁的食物，还是使宿主的免疫系统变得容易过度反应的遗传变异体？

以上诸因皆有可能。但是这个谜题解起来十分棘手，尤其是没有人能提前知道谁会患上 IBD。如果不能事先预见，就几乎不可能观察到微生物菌群随疾病的出现而发生变化的过程，因而也无从辨明这之间的因果关系。目前可以得出的最好结论，是表明了在新近诊断出的 IBD 患者中，微生物已经失调。 几乎可以肯定，并不是单一因素触发了 IBD，不管是微生物还是其他疾病源。可能需要击打好几次，才能把体内的生态系统之“球”推入炎症状态的“山谷”。

赫伯特·“斯基普”·维京（ Herbert ‘Skip’ Virgin）发表的一项案例研究，恰到好处地支持了以上这一想法。 他的实验小鼠身上有一种突变基因，该突变在克罗恩病患者身上十分常见。这些啮齿动物的肠道会发炎，但只有在满足以下条件时才会发生：第一，感染了一种病毒，会破坏免疫系统的一部分；第二，暴露在一种引起炎症的毒素中；第三，肠道菌群是正常的。缺失任何一个条件的小鼠都可以保持健康。IBD 是遗传易感性、病毒感染、免疫问题、环境毒素和微生物组等因素的综合产物。这种复杂性有助于解释，这种疾病为什么如此捉摸不定。每个病例都有自己的复杂故事。

这些原则也适用于其他炎症性疾病，包括 I 型糖尿病、多发性硬化症、过敏、哮喘、类风湿性关节炎等。 所有这些，都与误以为存在威胁而过于“热心”的免疫系统有关，它们发起了错误的攻击。戈登团队的前成员贾斯廷·松嫩堡（Justin Sonnenburg）说道：“其中的一个共性，是宿主的身体一直处于轻度炎症中。这是所有问题的核心。在一些条件下，促进炎症的一侧加剧，抗击炎症的一侧削弱。为什么西方人一直处在这样一种高炎症的状态下？”以及，为什么像 IBD 这样的病症会在过去的半个世纪内突然抬头？也正是在这一段时间内，曾经罕见的疾病变得更加常见，这又是为什么呢？“面对这些‘现代瘟疫’，所有线索都指向同一个方向，”松嫩堡补充道，“所有趋势都一样。在我们的现代生活方式中，一定存在几个主要因素，能够在很大程度上解释这个问题。并不是我们在做的30件不同的事情导致了30种不同的疾病。我猜测，有三五件，甚至可能只有一件事情，就可以解释90%的病例。似乎存在一个能够归根结底的原因。”

1976年，一位名叫约翰·杰勒德（John Gerrard）的儿科医生注意到，加拿大的萨斯卡通市（Saskatoon）正流行着一种特殊的疾病模式。他在这座城市居住了20年。原住民梅蒂人（Metis）与城里的白人相比，更容易患上哮喘、湿疹和荨麻疹等过敏性疾病，后者则更经常受到绦虫、细菌和病毒的感染。杰勒德想知道这其中是否存在一定的相关性，过敏性疾病是否是“白人社区为消灭病毒、细菌和（蠕虫）所付出的代价”？1989年，在大西洋的另一边，流行病学家大卫·斯特拉坎（David Strachan）研究了17,000名英国儿童后得出了类似的结论。拥有哥哥姐姐的儿童，得花粉症的可能性更低。“也许可以这样解释……哥哥姐姐带来的细菌可能会使儿童所处的环境变得更不卫生，因此使得他们受到感染，但也从而帮助他们预防了花粉症。”斯特拉坎在一篇题为《花粉症、卫生和家庭规模》的文章中写道。标题中间的“卫生”至关重要，“卫生假说”正来源于此。

这一假说现在持有的主张是，发达国家的儿童不再经历曾经困扰上一代的传染病，所以免疫系统缺乏“经验”，变得过于“神经质”。 它们能在短期内更有效地保持健康，但对无害的触发物（如花粉）会产生过度的免疫应答。这个概念描述了传染病和过敏性疾病之间难以忽视的利弊，仿佛我们注定要经受其中一种折磨。新版的卫生假说把重点更多地从病原体转移到人体内有益的微生物上，即那些“教育”我们免疫系统的微生物，以及潜伏在我们周围的泥土和灰尘中的微生物，甚至是让人体产生持久但可耐受感染的寄生虫。自人类诞生之时起，它们就成了我们的“老朋友”； 在人类的演化史中，它们一直是我们生命中的一部分。但是最近，它们在我们生命中的存在感日渐淡化。

“卫生”一词往往代表着更严格的清洁程度，但这并不能完全解释微生物的消失，导致这一现象的也可能是城市化所带来的各种陷阱：规模更小的家庭，从泥泞的乡村迁移到水泥森林的城市，更愿意使用经过氯化消毒的水、灭过菌的食品，渐渐远离牲畜、宠物和其他动物。所有这些变化都与更高风险的过敏性和炎性疾病紧密相关，同时也减少了我们能接触到的微生物种类。其实，养一条狗就能产生巨大的影响。苏珊·林奇（Susan Lynch）收集了16个家庭的灰尘，发现那些没有毛茸茸宠物的家庭堪称“微生物沙漠”，而那些养猫养狗的家庭会有更多的微生物物种。 原来，宠物作为人类最好的朋友，也让人类的老朋友微生物搭了便车。

狗把微生物从户外带入室内，为我们提供了一个更大的物种库，丰富了正在发展的微生物组。林奇把这些与狗相关的尘埃中的微生物喂给小鼠，发现这些啮齿动物变得对各种过敏原都不那么敏感。这些灰尘大餐让小鼠的肠道增加了100多种细菌，且其中至少有一种可以保护小鼠免受过敏原侵害。这便是卫生假说及其衍生学说的言下之意：接触更广泛的微生物种群可以改变生物体内的微生物组，并抑制过敏性炎症。至少，这在小鼠实验中成立。

但宠物不是我们的老朋友，微生物的最重要来源还是我们的母亲。婴儿从子宫中分娩出来的过程中，母亲的阴道微生物会定植在他们体内。这条传播链世世代代相传，但现在也正在遭到改变。目前，英国约有1/4的婴儿、美国约有1/3的婴儿都通过剖宫产出生，而这其中有不少都是非必要的。玛利亚·格洛丽亚·多明格斯-贝洛（Maria Gloria Dominguez-Bello）发现，如果婴儿通过母亲的腹部切口出生，那么起始的微生物均来自母亲的皮肤和医院环境，而不是阴道。 这些差异可能造成的长期影响尚不清楚，但是正如岛上的第一批殖民者会影响最终定居的物种，婴儿身上的第一个微生物可能会产生波及未来整个微生物菌群的影响。这可能解释了，为什么剖宫产的婴儿更容易患上过敏、哮喘、乳糜泻，甚至长大之后更容易肥胖。“婴儿的免疫系统在出生时就像一张白纸，会无条件地接受‘第一堂课’，”多明格斯-贝洛说道，“如果给它们上课的不是正常的好家伙，而是错误的家伙，那么免疫系统就可能受到损害，从而影响之后的整段生命历程。”

非母乳喂养可能会加剧这些问题。正如我们前面提到的，母乳像工程师一般地打造了婴儿体内的生态系统：为婴儿的肠道提供更丰富的微生物菌群，以及滋养婴儿的共生伴侣：婴儿双歧杆菌的 HMO （母乳中用于喂养微生物的糖类）。母乳提供的这些好处可能可以弥补剖宫产造成的任何初始差异，但是，“如果剖宫产后还不用母乳喂养，我敢肯定，（你的宝宝）会走上不同的成长之路。”母乳专家大卫·米尔斯说道。断奶并开始喂辅食后，如果我们那时还不能为微生物伙伴提供正确的食物，那么人体的成长轨迹可能会进一步偏离。饱和脂肪能滋养各种可能导致炎症的微生物，两种用来延长冰激凌、冷点心与其他食品保质期的常见添加剂 CMC（羧甲基纤维素）和 P80（吐温80），也有这种效果：它们会同时抑制抗炎的微生物。

膳食纤维则具有相反的效果。膳食纤维是一个统称，即指我们的微生物可以消化的各种复杂植物碳水化合物。自从爱尔兰传教士、外科医生丹尼斯·伯基特（Denis Burkitt）注意到纤维素以来，它一直是健康饮食建议中的主角之一。伯基特注意到，乌干达农村的村民摄入的纤维素比西方人高出7倍，他们的粪便比后者重5倍，但是通过肠道的速度快了2倍。20世纪70年代，伯基特四处推广以下观点：乌干达人很少患糖尿病、心脏病、结肠癌以及其他在发达国家更常见的疾病，因为他们的饮食富含纤维。但其实造成这种差异的原因之一，无疑是这些慢性疾病在年纪较大时更常见，而西方人的预期寿命更高。不过，伯基特的确说中了一些事。“美国是一个饱受便秘困扰的国家，”他无奈地表示，“如厕事小，就医事大。”

他并不清楚具体的原因。他把纤维素想象成肠子里的“扫帚”，会清理肠道中的致癌物质与其他毒素。他并没有想到微生物。我们现在知道，细菌分解纤维素时会生成一种化学物质，短链脂肪酸。这些物质会聚集并激活大量的抗炎细胞，使反应过度的免疫系统恢复平静。如果没有纤维素，我们的“免疫恒温器”会被调高，使我们更容易患上炎症性疾病。更糟糕的是，如果没有纤维素，我们肠道内饥饿的细菌会吞掉它们能找到的其他任何东西，包括覆盖肠道的黏液层。随着黏液层的消失，细菌更接近肠道内衬——在那里，它们可以触发其下免疫细胞的反应。如果没有短链脂肪酸加以限制，这些反应很容易走向极端。

缺乏纤维素也会重塑肠道微生物组。正如之前提到的，纤维素十分复杂，必须通过多种微生物提供正确的消化酶才能分解。这一整套工作需要设立许多“职位”。如果长时间不为这些职位发布招募信息，那么“申请者”的规模也会缩小。贾斯廷的妻子，也是他的同事埃丽卡·松嫩堡，在一个实验中给小鼠连续喂养了几个月的低纤维饮食，以此证明了这一点。 小鼠肠道微生物的多样性急剧下降。当小鼠恢复富含纤维的饮食后，微生物的多样性逐渐恢复，但没有办法完全恢复。许多擅离职守的微生物就这样一去不回。这些小鼠繁殖的幼崽，体内的微生物菌群也较为贫瘠；而如果幼崽也食用低纤维食物，那么会有更多的微生物掉队脱退。如果就这样一代代地往下传，越来越多的“老朋友”会离开生物体。这可以解释，为什么与来自布基纳法索、马拉维和委内瑞拉农村的村民相比，西方人的肠道微生物多样性低得惊人。 西方人不仅少吃了很多植物，即使真的吃下去了，其中很多也是经过精加工的食物。例如，把小麦研磨成面粉的过程除去了麦粒中的大部分纤维。用松嫩堡的话说：“（填饱了肚子，）却让我们的微生物挨了饿”。

我们先是切断了微生物抵达的路径，然后让已经抵达的那些挨饿。但这还不是最糟糕的，我们甚至还攻击剩余的幸存者。这个终极破坏者就是抗生素。微生物自诞生之日起，本身一直在使用这些物质作为武器，以此来相互争斗。1928年，人类首次（而且是偶然地）叩开了这个古老军械库的大门。从郊区度完假回到实验室的英国化学家亚历山大·弗莱明（Alexander Fleming）注意到一个霉菌落在了他的细菌培养皿里，发现它杀死了周围的微生物。弗莱明从那个霉菌中分离出了一种化学物质，并将其命名为青霉素。十几年后，霍华德·弗洛里（Howard Florey）和恩斯特·查因（Ernst Chain）发明了一种大规模生产该物质的方法，继而把这种毫不起眼的化学物质变成了第二次世界大战期间无数盟军的救星。抗生素时代就此拉开序幕。随后，科学家们开发出了一种又一种新型抗生素。新药的发展速度迅猛，把许多致命疾病碾在脚下。

但是，抗生素是一种极具震慑性的武器。它们杀死了我们想要消灭的细菌，同时也杀死了那些我们想要保留的细菌。就好像往城市投了一枚核弹，但其实只是为了消灭一只老鼠。有时候，我们甚至不需要亲眼看到老鼠就可以开始肆意屠杀：大量抗生素被毫无必要地开进处方，只为对付根本没可能遇上的病毒感染。抗生素滥用到了何种程度呢？发达国家每天都有近1%～3%的人使用某种抗生素。一项统计数据表明，平均每个美国儿童2岁前都会使用近3个疗程的抗生素药物，10岁前平均会使用10个疗程之多。 同时也有其他研究表明，即使短暂地使用抗生素，体内的微生物组也会发生变化。一些菌种会暂时消失，总体多样性锐减。一旦我们停止服用这些药物，微生物菌群很大程度上会恢复过来，但无法回归原状。就像松嫩堡的纤维素实验，每次敲击都能在生态系统的“铁皮”上凿出一个凹坑；敲得越多，凹坑也就越多越深。

颇具讽刺意味的是，这种治疗手段的副作用可能会为更多疾病的入侵人体铺平道路。请记住，丰富、繁荣的微生物菌群能够构成对抗入侵的病原体的屏障。当我们的“老朋友”消失后，这道屏障也随之消失。屏障的缺失使更危险的物种得以利用体内余存的营养，占据空缺的生态位。 能够导致食物中毒和伤寒的沙门氏菌就是这样的一个机会主义者，能够引起严重腹泻的艰难梭菌（ Clostridium difficile ）也不相上下。这些细菌像杂草一样在体内茁壮成长，填补一个萎缩的微生物菌群剩下的空白。没有了原有的竞争对手，它们肆意地吃着剩下的残羹。这就是为什么艰难梭菌影响的主要是服用过抗生素的人，同时也解释了为什么大多数感染发生在医院、疗养院或其他医疗建筑中。有些人称其为“人为疾病”，把这些疾病与本来用于维持人类健康的机构联系起来。这是不加区分地杀死微生物而无意间导致的后果，就好像用杀虫剂抹平花园中丛生的杂草，人们希望看到的是鲜花盛放，而不是杂草丛生。但通常，你最终只会得到一园子杂草。

即使是微量的抗生素，也可能产生不可预见的后果。2012年，马丁·布莱泽（Martin Blaser）开展了一项实验，给幼鼠喂食抗生素，使用的剂量低到根本无法治疗任何疾病。然而这些药物还是改变了这些啮齿动物的肠道微生物，让那些能更好地从食物中获取能量的菌群繁盛生长。于是，小鼠变胖了。接下来，布莱泽的研究小组分别在小鼠出生或断奶时给它们喂食低剂量的青霉素，然后发现，停药后，前一组小鼠增加了更多体重。它们肠道中的微生物变得正常，但体重仍有所增加，而当研究人员把这些小鼠肠道中的微生物菌群移植到无菌小鼠体内后，受体小鼠的体重也有所增加。这为我们揭示了一些重要的事实。首先，动物的早期生命阶段有一个关键的窗口期：在此期间，抗生素可以发挥非常显著的效果。再者，这些效果取决于体内微生物组的变化，但当微生物大体恢复正常时，这些效果依然延续。第一个结论早已得出，第二个发现也依旧重要。自20世纪50年代开始，全球各地的农民就一直在无意间开展相同的实验：他们用低剂量的抗生素育肥了家畜。无论使用哪种药物或喂养哪种牲畜，结果总是相同：家畜生长得更快，体重飙升。每个人都知道这些“催肥素”的作用，但没有人真正理解其中的原理。布莱泽的研究给出了一种可能的解释：药物破坏了体内的微生物组，导致体重上升。

布莱泽一再提出，过度使用抗生素可能“导致肥胖等疾病患者急剧增多”，更不用说其他的“现代瘟疫”了。但真是这样吗？在布莱泽的实验中，增重效果其实相对较小：喂食了抗生素的小鼠，体重的确有所增加，但只增加了10%，相当于一个70千克的人只增重了7千克，BMI（身体质量指数，用体重除以身高的平方可得）只增加了2个单位。即使不强调小鼠不同于人类，结论依旧模棱两可：关于人类的相关研究表明，抗生素与肥胖之间的相关性更为模糊。布莱泽自行开展的一项研究就表明，摄取一定剂量抗生素的婴儿，7岁前超重的可能性并没有显著升高。基于动物的研究也表明，结果并不一致：科学家在其他小鼠实验中发现，发育早期摄取高剂量的某种抗生素会阻碍生长或减少身体脂肪。

因此也可以推测，如果幼年时接触抗生素，那么在发育的关键时期，人体内的微生物组会发生变化，从而增加过敏、哮喘和自身免疫疾病的患病风险。但是与肥胖一样，这些风险仍然是模糊且不精确的。相反，抗生素的好处则表现得更加明显。用诺贝尔奖得主巴里·马歇尔（Barry Marshall）的话说：“从没有人因为服用了我开给他们的抗生素而死亡，但我知道，很多人会因为没有得到抗生素而死去。” 应用抗生素之前，由单纯的擦伤、咬伤、肺炎发作或分娩而导致的死亡人数多得惊人；自抗生素诞生之后，这些潜在的危及生命的事故都变得更加可控，人类的日常生活也因此变得更安全。抗生素让具有致命感染风险的医疗程序变得可行或更加普及，例如整形和剖宫产，又例如可以对肠道等含有丰富细菌的器官动各种手术，还比如癌症化疗和器官移植等需要抑制免疫系统的治疗，另外还有肾透析、心脏搭桥手术或髋关节置换等任何涉及导管、支架或植入物的治疗。现代医学的大部分都以抗生素为基础，可是那些基础现在即将崩塌。我们用抗生素用得太过随意，这使得许多细菌都演化出了相应的抗性。一些拥有超强抗性的菌株，面对任何药物几乎都可以做到刀枪不入。 ^[4] 与此同时，我们完全没有开发出新药以替代已经过时的抗生素。我们正在进入一个可怕的“后抗生素时代”。

滥用抗生素所带来的问题，比适度使用大得多；前者既会破坏我们体内的微生物组，也会促使细菌产生抗药性。解决方案并不是妖魔化这些药物，而是在面对实际需求且完全了解其风险和益处的情况下，明智地使用它们。“直到现在，我们对待抗生素的态度还是积极的。医生可能会说：它可能帮不上你，但不会伤害你，”布莱泽说道，“但是你一旦改变想法、认为它可能带来伤害，那么一切都必须重新评估。”罗布·奈特的女儿出生后便感染了葡萄球菌，因此他十分清楚这个权衡利弊的过程：“我想，一方面，这种感染可能危及生命，而且正在折磨她的小生命，使用抗生素可以很快消除这种痛苦；但另一方面，她8岁时可能会超重。所以一般情况下，我们试图避免让她接触抗生素，但当抗生素真正起作用时，效果的确惊人。”

面对其他的微生物破坏者，我们同样需要权衡。现在，得当的清洁卫生措施已经是公共卫生中不容置疑的基本要求，这也的确避免了许多传染病的扩散。但我们已经沿着这个方向走得太远。“以前人们还只是把清洁奉为一种神奇的手段，现在则成了一种宗教，”西奥多·罗斯伯里于1969年写道，“我们正在变成一个为整理床铺、擦洗和除臭而神经过敏的国家。” 现在的情况更糟，随便在各大电商上搜索“抗菌”，就可以找到湿巾、肥皂、洗发水、牙刷、梳子、洗涤剂、餐具、床上用品，甚至袜子等商品。三氯生（Triclosan）作为一种抗菌化学品，广泛地用于消毒牙膏、化妆品、除臭剂、厨房用具、玩具、衣服和建筑材料等消费品。我们想要一个清洁的世界，即一个没有微生物的世界，却没有意识到这么做会带来怎样的后果。我们长久以来一直在打击微生物，让这个本应包容我们生存所需的微生物的世界，变得充满敌意。

马丁·布莱泽不仅担心人们会缺乏一些重要的微生物，还深切地关注可能完全消失的某些微生物。以他最喜欢的幽门螺杆菌为例。20世纪90年代，布莱泽也曾破坏过幽门螺杆菌的声誉。当时的科学界已经知道它会引起胃溃疡，而布莱泽和其他人证实，幽门螺杆菌还会增加人类罹患胃癌的风险。直到后来他才意识到，这种微生物也有有益的一面：它会抑制胃酸回流、降低食管癌，甚至是哮喘的患病风险。现在，布莱泽一谈起幽门螺杆菌就充满感情。它是我们最古老的朋友之一，和人类纠缠了至少58,000年。

可是，它现在却出现在了“濒危微生物”的名单上。因为人们把它视为病原体，所以付出了大把努力，几乎成功地清除了它。（《柳叶刀》的一篇评论文章曾写道：“唯一好的幽门螺杆菌，就是死去的幽门螺杆菌。”）它曾一度无处不在，现在仅西方国家而言，只出现在6%的儿童体内。布莱泽写道，在过去的半个世纪里，“这个古老、固执、几乎无处不在、占据统治地位的胃中居民，现在已经基本消失。”它的退场意味着溃疡和胃癌患者的减少，这显然是一件好事，但如果布莱泽后来的研究是正确的，那么这又可能引起胃酸反流和食管癌患者的增加。是它带来的好处重要，还是坏处更重要？似乎，两方面的影响都不重要。在一个以近一万人为研究对象的大型项目中，布莱泽表明，幽门螺杆菌的存在与否，不会影响各年龄人群的死亡风险。那么，幽门螺杆菌逐渐消失的事实，是否也不值一提？事实也许并非如此。布莱泽认为，它的消失或许是其他类似微生物消失的先兆。幽门螺杆菌容易检测，就好像煤矿中的金丝雀 。它警告我们，其他微生物可能正在我们眼前消失。

婴儿双歧杆菌，这种通过母乳滋养并定植在婴儿体内的细菌，也可能正处在危险之中。大卫·米尔斯的研究小组最近注意到，在孟加拉国或冈比亚等发展中国家，60%～90%的婴儿体内含有婴儿双歧杆菌，但在爱尔兰、瑞典、意大利和美国等发达国家，占比只有30%～40%。 母乳喂养与否并不能解释这种差异，因为该研究团队收集的几乎所有数据都来自经由母乳喂养的婴儿。剖宫产也不能解释这些差异，因为孟加拉国的大多数婴儿——携带婴儿双歧杆菌的比率最高——都是通过剖宫产出生的。尽管现在还没有得到证据确凿的解释，但米尔斯还是提供了一个推断。他指出，婴儿双歧杆菌似乎在成年阶段从肠道中消失，这意味着母亲可能无法把它传递给孩子。这在人类历史中的大多数时候都不成问题，因为女性常常会互相帮助，喂养彼此的婴儿。米尔斯说：“（一个大家族中）总有需要喂奶的婴儿，婴儿双歧杆菌在他们和他们的母亲之间传递。”但是，随着现代家庭的育婴过程变得更加孤立，传递细菌的链条被打破了。也许，这就是为什么微生物开始从西方国家的人群中消失，即使通过母乳喂养的婴儿也难以幸免。如果婴儿双歧杆菌一开始就不存在，母乳也无法滋养它。无论这个推断是否正确，可以肯定的是，婴儿双歧杆菌正一步步地趋近濒危微生物的名单。

这项研究强调了一条重要的原则：只有通过大量跨多个人群的研究，我们才能了解发达国家的人们是否真正缺乏重要的微生物。直到最近，人类微生物组的大多数研究都集中在所谓“WEIRD”国家的人群身上，即西方的（West）、受过教育的（Educated）、工业化的（Industrialised）、富裕的（Rich）和民主的（Democratic）国家 。这些国家的人口只占世界人口的1/8——只关注他们，就像了解城市的运作方式时只研究了伦敦或纽约，而忽视了孟买、墨西哥城、圣保罗和开罗。认识到这个问题后，微生物学家如今已经分析了来自布基纳法索、马拉维和孟加拉国农村的人群体内的微生物组。还有其他一些科学家研究了狩猎—采集人群，包括委内瑞拉的亚诺玛米人（Yanomami）、秘鲁的马斯特斯人（Matsés）、坦桑尼亚的哈扎人（Hadza）、中非共和国的巴卡人（Baka）、巴布亚新几内亚的阿萨罗人（Asaro）和绍西人（Sausi），以及喀麦隆的俾格米人（Pygmies）等。 这些群体至今仍保持着传统的生活方式，通过狩猎获取食物，其中能接触到现代医疗的人屈指可数。（就他们的生活时间而言）他们仍然是现代人、携带着现代的微生物、生活在今天的世界，但他们至少能提供一些线索，即没有饱受工业化生活困扰的微生物组是什么样的。

这些人群所携带的微生物群，都比西方人的更多样。他们体内包罗的“万象”，无论是数量和种类都高于后者，甚至还包括在西方的人群样本中检测不到的物种和菌株。例如，哈扎人和马斯特斯人体内有一种名为密螺旋体（ Treponema ）的细菌，数量很多（这类细菌中还包括引发梅毒的菌种）。他们体内的密螺旋体菌株与引起疾病的菌株无关，但与消化碳水化合物的无害亲属有关。这些菌株存在于狩猎—采集者与一些猿类中，但不存在于工业化社会的人群中。也许，我们祖先的体内共有一套包含这种细菌的古老微生物组，但它们却在某个时间点与发达国家的人群分道扬镳。关于粪便化石的研究也表明，来自前工业时代的人们，比今天的城市居民拥有更丰富的肠道微生物。

这是否意味着我们变得不健康了？一些证据表明，多样的微生物组能够更好地抵抗包括艰难梭菌在内的入侵者，而缺乏微生物组多样性通常伴随着疾病的到来。由奥卢夫·佩德森（Oluf Pedersen）领导的一个大型欧洲团队开展了一项研究：他们从近300人的肠道中取样，并通过测量微生物的基因数量来判断各自微生物的多样性。 与具有高微生物基因数量的志愿者相比，低微生物基因数量的志愿者更有可能变得肥胖，也更容易表现出罹患炎症和出现代谢问题的迹象。不过还是回到了同样的问题，越来越稀少的微生物菌群可能是身体不健康所导致的结果，而非相反的因果关系。截至目前，还没有研究表明，微生物组多样性程度较低的人更容易患病。并且，在有些情况下，拥有多样微生物组的人更有可能携带某些肠道寄生虫。

还有迹象表明，人类微生物组在抗生素时代，甚至在工业革命之前就已经开始萎缩。虽然农村居民拥有比城市居民更多样的肠道微生物菌群，但黑猩猩、倭黑猩猩和大猩猩的菌群比人类的更多样。当我们在演化道路上与猿猴渐行渐远时，我们的微生物组就在慢慢萎缩了。 也许我们只是能更有效地清除肠道寄生虫而已。此外，我们的饮食结构也已经改变。黑猩猩、倭黑猩猩和大猩猩会吃很多植物。农村居民也相对地吃更多蔬菜，但他们已经通过烹饪分解了食物，也就是替体内的微生物分担了一部分消化工作。而美国人更少吃蔬菜，即使吃，也会先去掉其中的纤维，这样一来就更少依靠微生物帮助消化。动物最终只留下所需的微生物组，随着对微生物需求的减少，合作伙伴的储备也相应减缩。

但这些改变发生在几千年间，给了宿主和微生物足够长的时间去适应新生境。目前令人担心的状况是，我们正在加快改变的脚步，只用了几代人的时间，就打破了我们和微生物长久以来的合作关系。双方最终将适应彼此的新现状，但可能要经过很多代人才行。“我们正处在这个问题的中间期。”松嫩堡说道。他指的是现在。

布莱泽也有同样的担忧。他写道：“我们体表和体内微生物多样性的丧失，正在让我们付出可怕的代价。”他把这比作一场即将来临的灾难，“如此凄凉，像暴风雪席卷过冰封的大地，这是我们的‘抗生素之冬’。” 他描述得略显夸张。不过很显然，我们的确正在改变身上的微生物组，但布莱泽描述的可怕末日场景是否可能发生，相关的迹象依然微乎其微。但是，想要抢先一步防止最终灾难的降临，就必须超越现有的证据，提出挑战。布莱泽也接受这样的应对方式。他已经视自己为微生物界的预言者卡桑德拉 ，大声宣告迫在眉睫的恐怖预兆。当然，和卡桑德拉一样，他也招致了不少怀疑。

2014年，乔纳森·艾森（Jonathan Eisen）“授予”了布莱泽一个“过分吹嘘微生物奖”，因为布莱泽向《时代》杂志表示：“抗生素正在灭绝我们的微生物组，改变人类的发育过程。” 这是一个线上的“奖项”，旨在“奖励”（实则指责）那些把微生物组研究现状夸大其词，或者把猜想当作事实的科学家或记者。至今已有38名“获奖者”，包括《每日邮报》和《赫芬顿邮报》。“我个人认为，抗生素可能导致许多个体微生物组的混乱，而这种混乱会导致各种人类疾病的增加，”艾森写道，“不过，‘灭绝’？还差得太远。”

这个“奖项”看起来只是一句轻微的责骂，特别是因为艾森自己就是一名积极、温和又热情的微生物大使。不过尽管如此，他仍适度地加以克制。他认识到，关于我们的微生物伙伴，还有惊人的未知等待进一步解开。他担心，科学态度的钟摆会从一个极端——“所有微生物必须被消灭”，荡向另一个极端——“微生物是解释并解决我们所有弊病的方案”。

他的担心是有根据的。生物学领域长期以来总是迫切地希望寻找到复杂疾病背后的统一原因。古希腊人认为，许多疾病都由四种“体液”（血液、痰、黑胆汁和黄胆汁）的不平衡引起。一直到19世纪，该解释框架仍然拥有十分牢固的地位。另一个致病理论认为，疾病是由“糟糕的空气”或“瘴气”所致——这也持续了很长时间，直到最终被细菌理论否定。到了20世纪60年代，癌症学家在鸡的体内发现了一种致癌病毒，这使得他们相信，所有的肿瘤都是由病毒造成的。 科学家常把“奥卡姆剃刀”原则挂在嘴边，即推崇简单、优雅的解释。我认为，科学家也和其他人一样，找到简明的解释理论后会感到无比舒畅。他们向我们保证，这个杂乱无章的世界其实是可以理解，甚至可以操纵的。他们承诺，我们最终可以畅言不可言喻之事，把控不可控制之物。但历史告诉我们，这个承诺往往不切实际。相信癌症病毒假说的人，自那时起便开启了漫长的征程，结果十多亿美元打了水漂。我们后来发现有几种病毒可以导致癌症，但只能解释所有病例中的一小部分。所谓统一的原因，即所有疾病背后的规律，原来只是一个更大难题的冰山一角。

在考虑微生物的医学用途，或者与之相关联的那串长到不可思议的疾病列表时，我们至少应该对此抱有谦卑之心。 这个列表包括（但不限于）克罗恩病、溃疡性结肠炎、肠易激综合征、结肠癌、肥胖症、I 型糖尿病、II 型糖尿病、乳糜泻、过敏和特异反应、夸希奥科病、动脉粥样硬化、心脏病、自闭症、哮喘、特应性皮炎、牙周炎、牙龈炎、痤疮、肝硬化、非酒精性脂肪肝、酒精中毒、阿尔茨海默病、帕金森病、多发性硬化症、抑郁症、焦虑症、心绞痛、慢性疲劳综合征、移植物抗宿主病、类风湿性关节炎、牛皮癣和中风。讽刺网站“葱”（ The Allium ）的一位撰稿人曾写道：“事实上，没有什么东西对我们的健康起过重要的作用，微生物除外。它可以击退癌症、解决饥饿问题、缓解营养不良、恢复被截肢的肢体，简直万能。”

就算先把讽刺撇到一旁，疾病与微生物的真实关联大多也只是相关性。研究人员经常把患者的状况与健康的志愿者进行比较，只是发现他们的微生物组存在差异，然后就没别的信息了。这些差异暗示此处存在着一种关系，但并不揭示这种关系的本质或者因果方向。不过，之前描述过的关于肥胖、夸希奥科病、炎性肠病和过敏的研究，已经在此基础上更推进了一步。研究者通过在无菌小鼠身上移植微生物而重现了这些健康问题，以此来试图回答微生物的变化如何导致了健康问题。他们发现，实验结果强烈暗示了这其中的因果关系。不过，这些实验提出的问题多于答案。是微生物组的改变导致了这些症状，还是只是让本来就很糟糕的状况变得更糟？是一种还是一组微生物在发挥影响？到底是某些重要微生物的存在，还是其他微生物的缺席所导致的结果，还是二者兼而有之？即使实验表明，微生物可以在小鼠和其他动物体内引发疾病，我们仍然不知道人体内的致病机制是否也是如此。抛开实验室的受控环境，以及实验用啮齿动物的非典型身体状况而论，微生物的变化是否真的会影响我们日常的健康？微生物能从多大程度上解释21世纪兴起的疾病？与污染或吸烟等导致“现代瘟疫”的其他潜在原因相比，微生物又有多重要？从简单的“一种微生物—一种疾病”的模式转移到混乱且涉及多种因素的“生态失调”模式，你会发现原因和结果间的关联变得越来越难捉摸。

说到“生态失调”，到底怎样才算生态失调呢？如何判断生态系统是否紊乱？艰难梭菌的大量繁殖导致了严重的腹泻，这是一个明显的问题，但对于其他大多数菌群来说，就不那么容易加以区分了。没有婴儿双歧杆菌的肠道算生态失调吗？如果人体内微生物组的物种比狩猎-采集者的少，这算生态失调吗？这个术语的确精彩地表达了疾病的生态性质，但也成了微生物学版本的“是艺术还是色情”问题：这很难定义，但你看到后就会清楚。可是许多科学家似乎武断地把微生物组的任何变化都标记为“生态失调”，这毫无帮助。

这么做没什么意义，因为微生物组与周围的环境密切相关。 在不同的情况下，相同的微生物与宿主之间的关系可以非常不同。幽门螺杆菌既可以是英雄，也可以是坏人。有益的微生物穿过黏膜壁并穿透肠道内壁后，会引发使人衰弱的免疫应答。看似“不健康”的菌群，有可能是正常的，甚至是必要的。例如，孕妇的肠道微生物会在第三个妊娠期经历巨大的变化，结果就像代谢综合征：这是一种涉及肥胖、高血糖，以及增加糖尿病和心脏病患病风险的紊乱。 对孕妇而言，这不是问题：当你正在孕育一个不断长大的胎儿时，囤积脂肪和积累血糖是有意义的。但是，如果单看这些微生物菌群，你可能会得出“它们的主人即将患上慢性疾病”这样的结论，而实际上，她们只是即将为人母。

即使微生物组发生变化，其中的原因也可能十分令人费解。阴道内的菌群可以在一天之内迅速变化，时而呈现出致病状态，时而又恢复正常，但却没有明确的成因或不良影响。如果试图通过分析阴道微生物来确定一位女性的健康状况，那将很难解释测得的结果，并且该结果可能已经过时。针对身体其他部位的测试也是如此。

微生物组不是恒定的实体。它是一个集结了成千上万个物种的聚合体。这些物种不断地互相竞争，与它们的主人交涉、谈判，时时发展、变化。它以24小时为周期波动，一些物种在白天更常见，另一些物种则在夜间增加。从去年到今年，你的基因几乎肯定没怎么变过，但你的微生物组已经改变，可能是因为你的上一顿饭，也可能是因为太阳刚刚升起。

如果存在一个所谓“健康”的微生物组，并以此为生存目标，或者如果可以用一种明确的方式把特定的菌群分类为健康或不健康的，那么问题就更容易解决。但是没有。生态系统复杂、多样、不断变化，而且与具体的环境密切相关，而这些特点都是简单分类的大敌。

更糟糕的是，一些关于微生物组的早期发现几乎肯定错了。还记得肥胖人士和小鼠与各自的瘦子同伴相比，前者均含有更多的厚壁菌和更少的拟杆菌吧？这个结果就是 F/B 比率（F 是厚壁菌，B 是拟杆菌），是微生物领域最著名的一条规律，但也就是一片海市蜃楼罢了。2014年，有两项研究尝试重新分析过去的结果，结果发现，F/B 比率与人类的肥胖不存在稳定关联。 你可以在任何一项研究中区分胖子和瘦子的微生物组，但是这些研究之间并不存在一致的差异。这并没有否认微生物组与肥胖症之间的相关性。你依旧可以把肥胖小鼠（或人）的微生物移植到无菌小鼠体内，使后者增重。这些菌群中的部分细菌的确会影响体重，但并不只是影响 F/B 比率，或者说至少并不总是这样。令人沮丧的是，经过十年的努力，科学家在识别与肥胖明显相关的微生物上并没有取得显著进步，尽管这一实验引起了微生物组研究者的极大关注。主导上述重新分析的凯瑟琳·波拉德（Katherine Pollard）说道：“我认为每个人都逐渐意识到，很遗憾，一个非常显著而简单的生物指标（比如某种微生物的百分比）并不足以解释像肥胖这样的复杂状况。”

由于预算紧张、技术手段不精确，在某个研究领域的早期发展中出现这些矛盾的结果并不奇怪。研究人员会进行小规模的探究，通过数以成百上千计的手段，在少数人或动物中进行比较实验。“问题在于，这些研究结果的呈现方式仿佛塔罗牌，”罗布·奈特说道，“你可以用各种牌随意组合出一个好故事。”试想象，我在街上拉了十个穿蓝衬衫的人，十个穿绿衬衫的人。如果向他们询问足够多的问题，我敢保证，至少可以在这两组人身上找出两个明显的区别。穿蓝衬衫的可能喜欢喝咖啡，穿绿衬衫的喜欢喝茶；穿绿衬衫的脚比穿蓝衬衫的更大。我可能会说，穿蓝衬衫会使人对咖啡产生渴望，让人的脚收缩。但是，如果我拉到两百万人，每组一百万，那就更难找到他们之间的随机差异。不过，一旦找到差异，我更有信心说，这些差异是有意义的。最终还是会回到这个困境上，即我们需要时间和精力找到上百万的人作为研究对象。人类遗传学家曾经面临同样的问题。21世纪初，当技术还没有追上研究人员的野心时，他们发现了许多与疾病、身体特征和人类行为有关的遗传变异。但是，基因测序技术变得足够廉价、强大到足以分析数百万个样本，而不是当初的几十或几百个后，早期研究中的许多结果都被证明是“假阳性”的。人类微生物组的研究也在经历相同的初期问题。

微生物组十分多变，实验室小鼠如果属于不同品系、来自不同的供应商、出生自不同的母亲、在不同的笼中饲养，它们体内的菌群可能就会不同。这种多变性可以解释，为什么不同的研究之间无法保持一致或者出现所谓的“幽灵模式”（指看上去存在，但实际并不存在的模式）。还有污染问题。 微生物无处不在，它们可以进入一切物体，包括实验中会用到的化学试剂。

但这些问题正在一一得到解决。微生物组的研究人员越来越能理解那些在实验中影响结果准确性的怪事。他们正在设定标准，保证未来研究的质量。他们已经厌倦了无休止的相关性，所以更呼吁揭示因果关系的实验，并告诉我们微生物的变化如何导致了疾病。他们正在越来越细化微生物组的研究，所采纳的技术可以鉴定群落内的具体菌株，而不只是停留在物种层面。他们不仅测序微生物的 DNA，还研究 RNA、蛋白质和代谢物：DNA 可以揭示存在着哪些微生物，以及它们能做什么；但其他分子会揭示这些微生物在做什么。研究人员正在通过机器学习程序，识别可能参与疾病的复杂微生物菌群，而不仅仅是关注一两个孤立的物种。 随着测序成本的降低，他们能够开展更大规模的研究。

研究人员还在开展更长周期的研究。不是给微生物组“截图”，而是尝试观看整部“电影”。这些菌群如何随时间变化？它们能承受多少次冲击而不崩溃？什么使它们具有恢复能力，又是什么导致它们处于不稳定状态？是否能根据它们的恢复能力预测一个人的患病风险？ 一个团队正在招募一组志愿者，一共100名，每周收集他们粪便和尿液样本，持续9个月，同时规定他们摄入特定的饮食，或在固定的时间点服用抗生素。其他团队也在开展类似的项目，以孕妇（看微生物是否导致早产）和具有 II 型糖尿病患病风险的人（看看微生物是否会影响疾病风险，是否能使其发展为真正的疾病）为研究对象。杰夫·戈登的小组一直试图描绘：在一个健康发育的婴儿体内，其微生物是如何正常发展的；以及在夸希奥科病患儿的体内，这种发展是如何停滞的。他们使用近两年收集自孟加拉国儿童的粪便样本，创建了一个评分系统，据此评估他们肠道菌群的成熟程度，并希望预测暂时没有出现症状的婴儿是否有患上夸希奥科病的风险。

所有项目的最终目标是尽早发现疾病的迹象。就像布满藻类的珊瑚礁：一个退化的生态系统很难再次恢复。

“普拉纳教授！”杰夫·戈登问候道，“最近怎样？”

他正在和他的学生乔·普拉纳（Joe Planer）打招呼。乔站在一个标准的实验室工作台前，上面的移液管、试管和培养皿等都密封在一个透明的塑料帐篷中。那里看起来像是一个无菌设施的隔离装置，但其目的是排除氧气而不是微生物，这能让研究团队培养许多厌氧的肠道细菌。戈登开玩笑道：“即使只是在一张纸上写下氧气二字，都能使这些细菌一命呜呼！”

从一个患夸希奥科病的马拉维儿童的粪便样本开始，普拉纳用厌氧室培养尽可能多的微生物。他会从这些成品中挑选单个菌株，并单独放入隔室中生长。他把一个孩子肠道内混乱的生态系统变成了一个井井有条的图书馆，把无序的群体排成整齐的行和列。“我们知道每个隔室中的细菌的身份，”他说道，“然后告诉机器人，哪些细菌需要结合在一起。”他指向塑料帐篷里的机器，只见一堆黑色的立方体和钢棒。普拉纳可以通过编程来吸取特定隔室中的细菌，并像调鸡尾酒般把它们混在一起。他可以对机器下指令：抓住所有的肠杆菌科（ Enterobacteriaceae ）细菌，或者所有的梭菌（ Clostridia ）。然后他可以把这些细菌移植回无菌小鼠体内，看看它们是否会产生夸希奥科病的症状。是否是整个菌群在起作用？培养起来的细菌有效吗？是一个科，还是一个单一的菌株？这种方法既有还原性，也确保了整体性。他们先打破微生物组，再重组它。戈登表示：“我们正在努力弄清楚，哪些细菌应该对疾病负责。”

几个月后，当我再次看到普拉纳和机器人一起工作时，他们的团队已经把夸希奥科病的致病菌群缩小到了11个微生物的范围内，仅凭这些细菌就能在小鼠身上重现许多疾病的症状。 这个小集团包括一些熟悉的面孔，比如 B-theta 和脆弱拟杆菌。它们单独存在时都是无害的，只有一起行动才会引起问题，或者更准确地说，只有当老鼠因为饥饿而营养不良时。该团队还从没有患上夸希奥科病的健康双胞胎身上收集了菌群并加以培养，从而确定：两种细菌能抵消11种致命微生物所造成的损害。其中一种是前面提到的阿氏菌，这个属的细菌看起来能够执行多种任务，既能对付营养不良，也能监控肥胖。第二种是梭状芽孢杆菌（ Clostridium scindens ），这种梭菌能够通过刺激调节性 T 细胞而减轻炎症。

塑料帐篷台的对面有一台搅拌机，可以用不同的原料做成代表各种饮食结构的粉末状鼠食，然后投喂实验用的啮齿动物。搅拌机上贴着一条胶带，上面写着“Chowbacca”。现在，戈登的实验室可以在试管或无菌小鼠中探测阿氏菌和梭状芽孢杆菌的行为，并计算出它们所需的营养。这使得他们的团队可以比较同一种微生物在马拉维或美式饮食下的影响，或者它们分别会如何影响母乳中滋养特殊微生物的糖类（戈登正与布鲁斯·杰曼以及大卫·米尔斯一起合作研究这一课题）。哪些食物滋养了哪些微生物？微生物触发了哪些基因？戈登的团队可以摘取任何一种微生物，并可以创建一个具有成千上万个突变体的库，其中每个突变体都包含一个单一破碎基因的副本。他们可以把这些突变体引入小鼠体内，看看哪些基因关乎在肠道中存活，哪些能够与其他微生物发生联系，以及是否能引起或防止夸希奥科病的发生。

戈登建立的是一条展示因果关系的通路。他希望采用一系列工具和技术，通过更有力的证据来说服公众：微生物会如何影响我们的健康。他会带领我们从各种猜测和推测走向真实的答案。夸希奥科病只是一个开始。相同的技术可以用于研究受微生物影响的任何疾病。

我们谈论的不只是人类疾病。动物园里的许多动物因为未知的原因生病。 猎豹因为一种近似幽门螺杆菌的细菌而患上胃炎。狨猴（一种可爱的小猴子）患有狨猴消瘦综合征（症状顾名思义）。这些疾病是否也是生态失调所引发的？这些动物是否会因为不寻常的饮食、过度消毒的人工环境、不熟悉的医疗手段或者囚禁育种而发展出的怪癖，从而遭受微生物问题？如果动物失去了天然的微生物，那么放归野外后还能怎样过活？它们有合适的消化细菌吗？没有兽医的帮助，它们的免疫系统是否会经过正确的校准，从而可以对抗疾病？我们知道微生物可以影响行为（无菌的啮齿类动物更少遭受焦虑的困扰），这些放归野外的生物是否足够警觉，从而能在布满捕食者的世界中生存？

是时候追问这些问题了。我们的星球已经进入人类世。这是一个全新的地质时期，人类的影响导致全球气候变化、自然环境丧失、生物多样性急剧下降。微生物也难逃此运。无论是在珊瑚礁上，还是在人类的肠道内，我们正在破坏微生物与宿主的关系，让已经合作了数百万年的物种分道扬镳。像戈登与布莱泽这样的科学家正在努力了解，甚至是预测，这些长期的合作伙伴关系会如何结束。同时还有另一群人，他们更感兴趣于这种合作伙伴关系是如何开启的。

[1] 罗威尔在《微生物之海》（ Microbial Seas ，Rohwer and Youle，2010）一书中描写了莱恩群岛的探险之旅，细节丰富，读起来风趣盎然。除了下面提到的实验，也可以在那本书关于珊瑚礁的段落中找到本章提到的其他细节。

[2] 部分珊瑚疾病是单个微生物造成的：比如白斑病是黏质沙雷氏菌（ Serratia marascens ）造成的（这种细菌在废水和土壤中均有发现）。但是这样的例子更多是例外，而不是规律。

[3] 属名 Akkermansia 来自荷兰微生物学家安东·阿克尔曼斯（Antoon Akkermans），种名 muciniphila 意为“嗜好黏液蛋白的”。——译者注

[4] 玛丽恩·麦肯纳关于“后抗生素”的未来：McKenna，2013；以及她的著作《超级病菌》（ Superbug ，McKenna，2010）。如果你想了解这个主题，这些是必读读物。 6FV98AITUVku9iF/kOEIs8E5+2g/cBgHgzLGQheffPMcTxMVgusJ9bA3LpaAHvNj