生物学家曾认为，人体就像一座生理之岛，完全可以自行调控身体内部的运转。我们的身体能分泌消化酶消化食物，合成营养物质维护身体组织和器官;可以感受到自身发出的信号，比如饥与饱;免疫细胞能识别危险的微生物(病原体)，向它们发起进攻，同时避免伤害到自身组织。

但在过去十多年中，研究人员发现，人体并不是一座自给自足的世外小岛。它更像一个复杂的生态系统，一个庞大的社会。在我们的身体内，住着数以万亿计的细菌和其他微生物。它们寄生在我们的皮肤、生殖器、口腔，特别是肠道等部位。正如诺贝尔奖获得者莱德伯格所说，这些微生物与人体共同构成了一个“超级生物体”。

▲不管是细胞数量，还是拥有的基因数量，寄生在人体表面和内部的微生物都远超人体本身

微生物才是地球之王?

从人和动物的肠道，到植物、土壤、海洋，微生物无处不在。最新研究认为，地球是1万亿种微生物物种的家园，其中只有0.001%的物种已被人们发现。

聚焦到人体之中，我们都知道，细胞是构成人体的基本单位。一个成年人的细胞数量大约是数十万亿的量级，也就是1后面13个零的数量级。但实际上，人体细胞并不是人体内数量最多的细胞，共生细菌的细胞数量可以达到人体细胞的10倍。而它们编码的基因数量可以是我们自身基因数量的10~100倍。我们身体上的任何一个地方，包括眼睛，都会存在微生物，只是它们太小，肉眼无法发现。

微生物是一大类生物群体，包括细菌、真菌、放线菌等诸多类群。而与人类共生的微生物绝大多数是细菌，其中以肠道中的微生物数量最多、种群最丰富，大约80%的人体正常微生物都集中在这里，总重量超过1千克，接近人体肝脏的重量，种类有500-1000种，绝大部分是不需要氧气的厌氧细菌。

不管是细胞数量，还是拥有的基因数量，寄生在人体表面和内部的微生物都远超人体本身。随着研究的深入，科学家甚至开始了“疯狂”的思考：掌控人体的，到底是我们还是那些共生微生物?

从对手到伙伴

提到身体内的微生物，人们通常会想到病菌。的确，在人类历史上，那些臭名昭著的细菌和病毒曾经带来过诸多不堪回首的黑色记忆。

几十年前，通过对动物肠道消化作用和合成维生素的研究，人们第一次发现，细菌可以造福人类。20世纪80年代，研究人员发现，维生素B12可以帮助人体细胞产生能量、合成DNA、制造脂肪酸，但形成维生素B12的酶必须依赖细菌才能生成。

中国科学院院士、中国疾病预防控制中心主任高福认为，从某种意义上说，人类的疾病史就是一部不断与病原微生物斗争的历史。而细菌学说之后的现代医学使得微生物开始显形，人们也逐渐意识到，人类生存与繁育必须适应外在的大生态环境和内在的微生态环境。

在长期进化过程中，正常微生物与人体动态的生理性组合形成了人体内环境的微生态平衡，共同维护机体局部内环境的稳定。人类的生存离不开微生物，微生物与人类早已形成了某种共生、互生关系，它们帮助人类消化食物并提供人体必需的维生素，清除人体内的垃圾，参与生命进程的演进。因此，肠道微生物基因组被认为是人类的第二基因组。

▲ 显微镜被发明后，为我们打开了微观世界的窗口

你和微生物的共生“谈判”

人在刚刚出生时身体上的微生物很少，但随后几小时内，微生物便通过呼吸、母乳等各种渠道进入人体、占据合适的位置开始生息繁衍，这便是人体正常微生物的来源。并非所有微生物都能在人体顺利定殖，比如皮肤上分泌的油脂就能杀伤一些微生物，唾液中除营养外也含有大量的抗菌物质。科学家怀疑，对于那些人体需要的微生物(尤其是肠道细菌)，人体可能通过某种化学信号不断地与它们“对话”，这样就可引导它们到达合适的位置定居，若非此，很难解释微生物那么精确地定位以及人体免疫系统为何不对付这些外来者等一系列问题。科学家现在发现一些哺乳动物肠道组织甚至发生了有利于微生物生长的变化，这更坚定了科学家的这种想法。

微生物显然也懂得双赢的道理，人体正常微生物在享受人体提供的生存空间时自然也“感恩戴德”极力回报人体。首先它们能够抑制外来病原微生物，外来病原微生物要想在人体内捣蛋就必须先在人体内找到立足点，但人体既然已生活着正常的微生物菌群，病原微生物要夺取一个立足点必须要和这些微生物进行恶战，但大部分情况都是这些病原微生物败下阵来，因为人体正常微生物以逸待劳自然很容易打败外来的入侵者。

科学家对人体正常微生物的研究刺激了一门新学科的诞生——微生态学，这门学科将微生物与其生存的人体环境看成一个生态系统——一个微观或细胞水平的生态系统。同宏观生态系统一样，微生态系统也应保持平衡，这种平衡对于人体健康至关重要，如果微生态平衡被打破，人体必然遭殃。例如滥用抗生素常使肠道菌群失调，因为它们能杀死很多正常的肠道微生物，从而使那些有害微生物繁衍壮大，此时人体最常见的反应是腹泻不止。

需要指出的是，人体正常微生物若要名副其实地“正常”，必须老老实实地待在它们的居住地。如果由于某些原因它们跑到人体其它地方去溜达，就往往变成祸害，它们也就成了让人体致病的罪魁祸首，这就是常被医生提起的内源性感染。例如有时大肠杆菌跑到男性前列腺中引起细菌性前列腺炎;进入血液之后还容易引发败血症，甚至导致多器官衰竭，将给人体带来极大的痛苦。

一些正常微生物也可能致病，它们又有了一个“机会致病菌”的名字，不过庆幸的是出现这种情况的机会很少。

▲女性身体各部位 的“微生物世界”

减肥最难的是克服“它们想吃”

过去的数十年里，全球人口的平均体重在飙升。这与高热量的食物摄取以及生活方式的改变不无关系。尤其是逢年过节，我们总会被各种美食所诱惑。可当我们大快朵颐之时可能不会想到，肠道中的菌群正在经历一场血雨腥风的战争。

对于很多人来说，尤其是年轻人，少吃多运动，可能可以起到减肥的作用，但是对于体重长期超标的中老年人来说，减肥就没有那么轻松了。他们好像不管怎么小心都会变胖，甚至连喝水都会长肉，这就是菌群在作怪。

早在2004年，华盛顿大学微生物学家杰弗里·戈登(Jeffery Gordon)就发现小鼠肥胖表型和肠道菌群可能存在一定的关系。此后，他又将无菌动物和有菌动物进行比较，发现无菌动物吃高脂饲料不会变胖，而有菌动物吃高脂饲料会变胖，他们认为这是由于肠道微生物的基因表达差异造成的。这些研究在肠道微生物研究领域，掀起了一股新的研究热潮。

然而，上海交通大学微生物学家赵立平却没有陷入这股“宗教般的狂热之中”，他认为戈登以及其他大多数学者并没有鉴定出哪种细菌在小鼠变胖的过程中发挥了作用。在他看来，寻找关键的致病细菌比单纯的菌群研究要有意义得多。基于单个肠道微生物菌群的研究才是这一领域的前沿，因为只有通过单菌群研究，才能更好地研究它们在我们身体致病的分子过程，仅仅通过菌群结构变化与疾病的相关性研究则很难以找到问题的根本。

2012年，赵立平及其团队找到全球第一例肥胖致病菌：阴沟肠杆菌B29菌株。本来阴沟肠杆菌是一种可以引起败血症的条件致病菌。这种细菌表面的脂多糖(LPS)能刺激血液中的白细胞发生炎症，也叫内毒素。B29是阴沟肠杆菌里面的一个不能引起败血症的菌株，但是，赵立平实验室发现这个细菌在一位体重超过175千克的志愿者肠道里成为优势菌，占到总量的30%。通过调整菌群的膳食，可以把这个菌压低到几乎检测不出来的水平，志愿者的体重在23周里下降了51.4千克，血糖、血脂、血压都回到正常范围。

赵立平的团队把这个细菌分离出来，接种到无菌小鼠里，第一次用单个细菌重现了肥胖、胰岛素分泌过量等症状。这是国际第一例依照科赫法则(用以验证单个细菌与单个疾病之间关系的法则)找到人体致胖的病菌。目前，赵立平正在与法国研究者进行合作，联合研究该病菌引起肥胖的分子机制。

▲我们的肠道中一直都在进行着各类菌群的资源争夺战

肉食者只是臭屁，素食者“毁天灭地”

在研究人体内细菌群落的过程中，还有许多令人惊奇的发现。比如，你几乎找不到细菌群落组成完全一样的两个人，即使是同卵双胞胎。人类基因组计划(Human Genome Project)已证实：所有人的DNA99.9%都是相同的。看起来，细菌基因的变异对人类个体的命运、健康、行为造成的影响，远胜于我们自己的基因。

比如科学家发现，不同人群由于饮食习惯的不同，由此引起的肠道微生物组成、结构与功能也会存在较大差异。有研究发现日本人群肠道中含有能够分泌藻类代谢酶的微生物菌株，且该菌株属于日本人群肠道特有微生物，其原因可能是日本居民长期以海藻类植物为食，最终使能够分泌降解海洋性植物酶的微生物在肠道里逐渐定殖。

而不同的人体微生物还会影响到很多人体的生理现象，如“屁”的形成。很多人都会有疑问，为什么有的屁特别臭，而有的却没什么味道?其中的一个原因，可能就是和你肠道中的两种微生物有关：其中一类属于古菌(Archaea)，叫做产甲烷菌(Methanogens);另一类属于我们通常所指的细菌(Bacteria)，叫做硫酸盐还原菌(Sulfate Reducing Bacteria)。

我们的肠道就像是菌群无时无刻进行着资源争夺战的宏大战场，各类细菌菌群此消彼长，当运送到肠道中的食物中碳氢化合物(糖类和脂肪等)很多时，异养微生物就像得到了天赐，迅速地将它们氧化分解成二氧化碳和水，生产能量;而氧气消耗完、二氧化碳开始积聚的环境，就成了产甲烷菌的天堂——他们开始制造甲烷，但甲烷无臭无味;当运到肠道中的蛋白质多一些(富含硫元素)，硫酸盐还原菌便开始猖狂起来，随之在肠道中积攒起来的便是“臭味”的罪魁祸首——硫化氢了。

所以，当吃肉多一些时，屁就不可避免地变得臭一些了，吃豆类多一些也有类似的效果;而吃红薯等高能量食物多的时候，虽然屁不会那么臭，可是却会放个不停，因为产二氧化碳和甲烷的效率，要比产硫化氢的效率高很多。

是多吃肉食，放少而臭的屁，还是多吃碳氢化合物，放多而无伤大雅的屁呢? 或许每个人都有自己的理解与想法，但研究肠道菌群的意义，远远不止你的社交礼仪这么简单。这可能还关系着我们的未来：放屁，是一个巨大的环境问题。因为屁里面的甲烷和二氧化碳，是温室气体。当然，我们人类并没有那么大的威力，主要影响来自于食草动物的屁。

▲白色念珠菌，呈圆形或卵圆形，它是一种真菌，通常存在于正常人口腔、上呼吸道、肠道及阴道，一般在正常机体中数量少，不引起疾病，当机体免疫功能或一般防御力下降或正常菌群相互制约作用失调，本菌则大量繁殖并改变生长形式侵入细胞引起疾病。

小身材，大影响

最近10年来，人们逐渐认识到，从肥胖、糖尿病、哮喘等人类健康问题到海洋“死区”等环境污染，从粮食安全到温室气体排放造成的气候变暖，几乎所有问题的背后，都有微生物的身影。

关于微生物的重要性，白宫科技政策办公室副主任乔·汉德尔斯曼如此形容：“如果有一件事我们可以确信，那就是微生物虽小，但它们的影响巨大。”汉德尔斯曼是美国“国家微生物组计划”的主要推手，她原本就是一名微生物学家。

近些年来，微生物组的研究成果振奋人心，但是科学家对于操控它们的知识和手段仍是极度缺乏。汉德尔斯曼举例说，什么是健康的微生物组?怎样管理才能保持它们的稳定?我们现在连这些基本问题都无法回答。

但人体共生微生物研究无疑为我们打开了一扇新的大门，引起了众多科学家的思考与关注，让我们对人类自身的认识又进了一步。自人体微生物研究进入主流医学界视野以来，在《自然》《科学》《细胞》以及美国《国家科学院学报》等顶级学术刊物上发表的相关论文越来越多。2013年，微生物对人体健康的影响研究被《科学》杂志评为当年十大突破性科学进展之一。2016年4月底，《科学》杂志再次以专刊形式系列发表肠道菌群方面的研究。

相信随着人们对微生物了解的不断深入，人类将会更好地与微生物在同一个世界和平相处，并让它们成为造福人类社会的伙伴。

（本文综合自中国科学院微生物研究所、《环球》杂志、微信公众号“中国科学探索中心”“尹哥聊基因”“知识分子”“知识就是力量”等）