人類主宰地球？錯了，微生物才是老大 | 展卷_風聞
返朴-返朴官方账号-关注返朴（ID：fanpu2019）,阅读更多！2019-08-05 10:07
**作者 |**埃德·揚
譯者 | 鄭李
在人類的生活史中，微生物常常隱而不現，只有當我們被因它們而起的疾病擊倒時，才猛然意識到微生物的存在。因此，人們常常給微生物冠以惡棍之名，直到今天仍然容易談菌色變。可事實上，在我們的生命歷程中，微生物不僅從未缺席，而且必不可少。放眼萬物，斑頭雁遷徙飛躍喜馬拉雅山時帶着微生物，象海豹潛入深海時也攜有微生物。當尼爾·阿姆斯特朗和巴茲·奧爾德林登上月球時，他們踏出的一小步既是人類的一大步，也是微生物的一大步。
《我，包羅萬象》一書帶領讀者以“微生物之眼”重新認識生命體之間的共生關係。在每個自成“動物園”的人體之上，微生物能塑造器官、防禦疾病、消化食物、馴化免疫系統、指導行為，並賦予我們各種神奇的能力。讀者可以通過這本書重新認識人類過往對很多古老共生關係的大意破壞，同時見證當下各行各業努力構建新型共生關係的謹慎嘗試。
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地球已經存在了45.4億年。這個時間跨度漫長得令人難以產生直觀的感受，因此，我們不妨把整個星球的歷史濃縮為一年。此刻，就在你讀到這一頁的瞬間是12月31日，午夜的鐘聲即將敲響（很幸運，人類已於9秒前發明了火藥），人類本身也才存在了不到30分鐘。恐龍直到12月26日前還在統治世界，然而當天有一顆小行星撞擊了地球，除了鳥類，恐龍家族全都死於一旦。12月上旬逐步演化出了被子植物與哺乳動物。植物於11月佔據陸地。此時，海洋中也出現了大部分動物。植物與動物都由許多細胞組成，而10月伊始，類似的多細胞生物肯定已經存在—事實上，它們有可能在那之前就已出現，只是數量很稀少（現有的化石證據較為模糊，有待進一步研究和解讀）。10月之前，地球上幾乎所有的活物都只由單個細胞構成，不為肉眼所見—不過那時候誰也沒有眼睛。自3月的某一刻起，生命初現，而且直到10月，它們都一直維持着單細胞的模樣。
請允許我再強調一遍：所有我們熟悉的可見的生命體，所有當我們提起 “自然”一詞時會聯想到的種種跡象，在生命的歷史中都是後來者，都是終曲的一部分。而在地球生命的大半段演化進程中，微生物都是唯一的存在形式。從這份虛擬日曆的3月到10月，它們都是地球上絕對的主角。
可也就是在這段時間內，它們為地球帶來了不可逆轉的變化。細菌肥沃了土壤，分解了污染物，驅動了地球表面的碳、氮、硫、磷循環，把這些元素轉換成了可以為動植物利用的化合物，再分解有機體，把這些元素送回各路循環。它們通過光合作用利用太陽能，成為地球上第一批能自己製造食物的有機體。它們把氧氣作為代謝廢氣排出體外，徹底且永久地改變了地球的大氣組成。多虧了它們，我們才能生活在一個富含氧氣的世界中。直到今天，我們呼吸的氧氣至少有一半都貢獻自海洋中能進行光合作用的細菌；此外，它們還能固着同等數量的二氧化碳。有人認為，我們正處在所謂的人類世（Anthropocene），即一個新的地質時期，因人類活動對地球造成的巨大影響而得名。你也可以用相同的邏輯聲明，我們現在依然身處微生物世（Microbiocene）：該時期始自生命曙光乍現之時，將一直持續到生命消逝為止。
微生物的確無處不在。你能在最深的海溝，甚至岩層下尋得它們的蹤跡。無論是在熱液噴湧的海底熱泉，還是在沸騰的地熱温泉，抑或是在南極洲的冰層之中，它們都頑強地生存着。即使在雲端也能尋見它們的蹤影，因為微生物可以充當雨雪形成的凝結核。它們的數量是一個天文數字。實際上，“天文數字”都不足以給它們計數：可以説，你腸道里的微生物，甚至多過銀河系中的天體。
在這個世界上，動物起源於微生物，為微生物所覆蓋，經微生物而改變。古生物學家安德魯·諾爾（Andrew Knoll）曾經説過：“動物就像整個演化蛋糕上的糖霜，細菌才是糖霜下的蛋糕本體。”它們從來都是生態系統的一部分，我們自身的演化也在它們之間進行，而且可以説，我們就演化自它們。所有動物都屬於真核生物，這其中包括所有的植物、真菌和藻類。不論物種間差距多大，所有真核生物的細胞都擁有相同的基本結構，也正是這種結構把它們與其他類別的生物區分開來。這種細胞內的所有DNA都包裹在一個細胞核內，這也是“真核”之名的由來。細胞內部的“骨架”為細胞提供支撐，同時把分子運往各處。細胞內部還含有形如大豆的線粒體，為細胞提供能量。
所有真核生物都共享這些特徵，我們可以追溯到20億年前的一位共同祖先。在那之前，地球上的生命分屬兩大陣營（也稱“域”）：一類是眾所周知的細菌，另一類是不為人熟知的古菌（喜歡生活在不適宜的極端環境中）。這兩類生命體都只由一個細胞構成，沒有真核生物那麼複雜。它們沒有內部結構、沒有細胞核，也沒有提供能量的線粒體（其中的原因很快會揭曉）。從外表看，二者十分相像，這也是為什麼科學家最初認為古菌也是細菌。但是外表具有欺騙性，從生物化學的角度分析，細菌和古菌之間的差異就好似比較PC和Mac操作系統。
從地球上最初出現生命後的25億年內，細菌和古菌的演化路徑完全不同。可是在某個決定命運的時刻，一個細菌不知為何忽然被另一個古菌吞併，失去了自由身，永久地困在了後者的內部。許多科學家認為這就是真核生物的起源。這是我們的創世故事：兩個偉大的生命域走到了一起，在有史以來最偉大的共生事件中，創造出了第三個生命域。古菌提供了真核細胞的基本架構，細菌則最終轉變成了線粒體。
所有的真核生物都起源於那一次改變命運的結合。這也解釋了為什麼我們基因組中的許多基因繼承了古菌的特徵，而另一些基因則更像是細菌的，以及為什麼我們所有的細胞中都含有線粒體。這些被馴服的細菌改變了一切，它們為細胞提供更多能量，讓真核細胞長得更大、聚集更多的基因、變得更加複雜。這還解釋了生物化學家尼克·萊恩（Nick Lane）為何會稱其為“生物學中心的黑洞”。簡單的細菌、古菌細胞和複雜的真核細胞之間橫亙着一條巨大的鴻溝。在漫長的40億年間，生命抓準這次結合，終於越過鴻溝，走上了更偉大的演化之路。但自那之後，不計其數的細菌和古菌繼續極速演化，卻沒能再次創造出一個真核細胞。這怎麼可能呢？從眼睛到鱗片再到由眾多細胞構成的身體，所有這些結構都能在不同的生境下獨立演化，可真核細胞真的只經歷了那麼一次“靈光乍現”。萊恩和其他的生物學家認為，古菌與細菌的那一次結合，成功概率微乎其微，所以之後一直都沒能復現，至少再沒有成功復現過。但正因為那一次結合，兩個小小的微生物戰勝了概率，促生了一切植物、動物，以及所有肉眼可見（或者説所有擁有肉眼）的生物。當然它們也促生了我，以及我寫作這本書的緣由；也促生了你，使你能夠讀到本書。在我們的虛擬日曆中，這次結合大約發生在7月中旬，而本書接下去要寫的，是自那之後所發生的事。
自地球上演化出真核細胞之後，它們中的一些便開始合作、聚集，如動植物這樣的多細胞生物相繼誕生。從那時起，生命體的體型逐步變大， 大到足夠把大量細菌和微生物囊括進內。微生物多到數不清。之前學界普遍認為，如果忽略個體差異不計，每個人體內的微生物與細胞數量的比例約為10∶1。但是這個在各類書籍、雜誌、演講以及幾乎所有相關科學評論中廣為流傳的比例，卻是一個不可靠的猜測，就好像是在信封背面潦草 算得的結果，最終卻不幸地成了一個不容打破的事實。最新的估算結果顯示，人體內大約有30萬億個細胞，微生物的數量大約為39萬億——二者相差不多。這個數字也不太準確，但沒關係：無論怎麼計算，我們都確實“包羅萬象”。
如果把皮膚置於顯微鏡之下，我們便可以親眼看到微生物：有的是球狀的小圓珠，有的是形如香腸的棒狀體，有的則像逗號形狀的豆子——每個微生物的長寬都只有數百萬分之一米。它們太小了，即使數量眾多，加起來也不過幾千克重。把幾十個微生物並排放在一起，寬度還不及一根頭髮的直徑。一顆小小的針尖，就能為數百萬微生物提供廣闊的舞台。
不借助顯微鏡的話，我們大部分人都沒法直接看到這些微型的有機體。我們只會注意到它們帶來的影響，尤其是負面結果。我們能感受到腸胃發炎時的絞痛，也能聽到不受控制的巨大噴嚏聲。我們肉眼看不到結核桿菌（Mycobacterium tuberculosis），但我們能看到肺結核病人咳出的血絲。鼠疫桿菌（Yersinia pestis）是另一種肉眼不可見的細菌，但它造成的大規模瘟疫卻把血淋淋的真實直呈我們眼底。這些引發疾病的微生物（又稱病原體）在人類歷史上造成過太多傷害，刻下了不可磨滅的文化傷痕。許多人依然把微生物視為病菌，認為它們會給人類帶來唯恐避之不及的疫病，所以必須不惜一切代價地嚴密防治。報紙上總是時不時地刊登聳人聽聞的報道，比如我們每天使用的東西都沾滿了細菌，鍵盤、手機、門把手上無處不有，好可怕！比馬桶圈上的細菌還多！言下之意是，這些微生物污染着我們的生活，它們的存在就象徵着污穢、骯髒、疾病。這種刻板印象其實非常不公平，大部分微生物並不是病原體，也不會讓我們得病。世界上只有不到100種細菌能讓人類患上傳染性疾病，與之對比，我們腸道中的數千種微生物，絕大多數都不會帶來危害。它們充其量不過是常規乘客或臨時搭便車的，往好了説還會為人體帶去不計其數的益處。它們不是帶走生命的死神，而是助益生命的守護神。它們像隱藏的器官，與胃和眼睛一樣重要，只不過它們由萬億個個體集合而成，不是一個統一的聚合體。
微生物比人體的任何一個部位或器官都全能。一個人的細胞大約攜帶了2萬到2.5萬個基因，而人體內的微生物基因數量是這個數字的500多倍。基因的多樣性加上極快的演化速度，使微生物成了生物化學領域的專家，能夠適應任何可能出現的環境變化。它們幫助我們消化食物，並釋出我們在其他地方很難得到的營養。它們能生產我們無法通過食物獲取的維生素和礦物質，還能分解有毒有害的化學物質。有利於人體健康的微生物會利用數量優勢擠走有害的微生物，或者分泌殺滅後者的化學物質，從而保護我們。它們產生的物質會影響我們身上的氣味。它們還是我們生命中不可或缺的存在，我們把許多生命運作環節都“外包”給它們處理。它們指導我們身體的構建，通過釋放分子和信號引導器官形成；訓練我們的免疫系統，教會後者區分敵我；影響神經系統的發育，甚至可能影響我們的行為。它們為我們的生命做出了多種多樣且影響深遠的貢獻，不曾漏掉任何一個角落。一旦忽略了它們，我們觀察生命的視野就會像透過鑰匙孔窺看一樣狹窄。
本書會為你徹底打開這扇大門。人體如一個不可思議的宇宙，我們可以在其中盡情探索。我們將從人類與微生物結盟的起源，一直見識到它們通過打破直覺的方式形塑我們的身體與日常生活，以及人類保證它們正常運作、保持與它們合作的小竅門。我們會看到，人類如何因為一時的疏忽而打破了與微生物之間的和諧關係，而這又會如何破壞人體的健康。我們將探究如何通過調控微生物來修復這些問題，從而造福人類自身。我們也會讀到許多科學家的故事，這些快樂、充滿想象力且無比勤奮的人，把自己的生命投入研究微生物的事業之中，即使面對蔑視、解僱和失敗也不輕言放棄。
除了關注人類，本書還把目光投注到整個動物界。我們會了解到，微生物如何賜予動物非凡的能力、提供演化的機遇，甚至改變基因。比如戴勝，它們有着鋤頭一樣的喙和虎皮一樣的羽色，其尾脂腺能分泌出一種富含細菌的油腺，塗布於蛋的表面；這其中含有可以產生抗生素的細菌，能防止有害的微生物穿透蛋殼，從而保護裏面的雛鳥。切葉蚊的體表也覆有一種能夠產生抗生素的微生物，可以殺死它們在地下染上的真菌。河豚渾身是刺，吸入空氣會全身膨大；它們會利用一種細菌來特製體內的河豚毒素， 這種毒素十分致命，試圖捕食它們只有死路一條。馬鈴薯葉甲（Leptinotarsa decemlineata）是土豆田裏的主要害蟲，以植物為食；植物受到傷害後會分泌防禦物質，而葉甲的唾液中恰好含有一種可以抵消這類物質的細菌。天竺鯛是一種體表帶有斑馬紋的魚，它們攜帶着一種發光細菌，用以吸引獵物。蟻蛉是一種捕食性昆蟲，長着可怕的頜部；它們咬到獵物後會通過唾液中的細菌分泌一種毒素，使獵物動彈不得。某些線蟲會向昆蟲體內注入有毒的發光細菌，殺死後者；還有些線蟲會掘進植物細胞的內部，用從微生物裏“偷”來的基因搗亂，給農業造成巨大的損失。
我們與微生物之間的聯盟一次又一次地改變了動物的演化過程，也改變了我們周圍的世界。其實要認識這種合作關係的重要性，最簡單的方法就是想象沒有它們的狀況：那樣的世界會變成什麼模樣？如果這個星球上所有的微生物都突然消失，好處是不會再有傳染病，許多害蟲也會掙扎着死去。不過僅限於此。牛、羊、羚羊、鹿等食草哺乳動物都會紛紛餓死，因為它們完全依賴於體內的微生物來分解所食植物中的堅韌纖維。非洲草原上的獸羣會消失。白蟻也同樣依賴於微生物提供的消化功能，所以它們也將消失。而以白蟻為食的大型動物，以及寄住在白蟻堆裏的其他動物也會不復存在。食物中一旦缺少細菌來補充所需的營養物質，蚜蟲、蟬，以及其他吸食植物汁液的昆蟲也將滅亡。許多深海蠕蟲、貝類等都依賴於細菌提供維持生命的能量，如果沒有微生物，它們也會死去，黝黯深海世界中的整張食物網都會崩潰。淺海的情況不會好太多。淺海中的珊瑚必須依賴於微型藻類和極其多樣的細菌才能生存；沒了微生物，它們將變得尤為脆弱。曾經壯觀的珊瑚礁會受到腐蝕並褪得慘白，所有仰賴於它們而存在的其他生命也將受到威脅。
奇怪的是，人類會沒事。對其他動物而言，徹底滅菌意味着快速死亡，而我們人類卻可以堅持幾個星期、幾個月，甚至好幾年。我們的健康最終可能會受到影響，但除此之外，我們還要面臨更嚴峻的問題。沒了作為腐朽之王的微生物，垃圾和廢棄物將迅速堆積。和其他食草哺乳動物一樣，我們的牲畜也將死去，作物也會遭殃：沒有微生物為植物提供氮，地球表面的植被將經歷災難性的衰滅。（由於本書專注於討論動物，所以我先在這裏向各位植物愛好者誠摯地説聲抱歉。）微生物學家傑克·吉爾伯特（Jack Gilbert）和喬什·諾伊費爾德（Josh Neufeld）認真地開展過這個“如果沒有微生物，地球會怎樣”的思維實驗，他們得出如下結論：“我們預計，只需一年左右的時間，食物供應鏈就會徹底癱瘓，人類社會將完全崩潰。地球上的大多數物種會滅絕，而倖存下來的物種，其數量也將大大減少。”
微生物非常重要，我們之前都忽視、害怕、厭惡它們，現在卻是時候重拾對它們的欣賞。如果再不重視，我們對自身生命運作的理解將變得十分貧瘠。我想在本書中展示動物王國的真實面貌，深入瞭解我們與微生物的夥伴關係，然後我們會發現，這個世界比以往所知的更加奇妙。過去，偉大的博物學家為我們記錄下了現在廣為人知的自然志，而我的目標是寫作一部全新的自然志，以期在過去的基礎上更深入地揭示自然的奧秘。
1854年3月，一位名叫阿爾弗雷德·拉塞爾·華萊士（Alfred Russel Wallace）的31歲英國人來到馬來西亞和印度尼西亞羣島，開始了歷時八年 的史詩級跋之旅。13他看到毛色熾烈的紅毛猩猩、在樹上跳躍的袋鼠、羽色華美的天堂鳥、碩大的鳥翼蝶，還看到了獠牙直衝到鼻子上面的鹿豚，長着降落傘狀腳蹼、在樹與樹之間滑翔的樹蛙。華萊士盡全力抓捕、獵殺自己看到的奇異物種，最終收集到了數量驚人的標本，合計超過12.5萬件：貝殼，植物，釘在托盤上的數以千計的昆蟲，經過剝製、填充或保存在酒精裏的鳥類和哺乳動物。而且，不同於許多同時代的博物學家，華萊士還精心地為所有標本貼上標籤，記錄下採集標本的具體地點。
這很關鍵。華萊士正是從這些細節中總結出了特定的規律。他注意到，就生活在某一地方的動物而言，即使屬於同一物種，其內部也存在諸多變異。他發現，一些島嶼擁有自己的特有物種。從巴厘島向東航行僅35千米就可到達龍目島，可是龍目島上絲毫見不到亞洲動物的身影，目之所及都是迥然不同的大洋洲動物，就彷彿有一道無形的屏障分隔了兩座島嶼（這一屏障後來被命名為“華萊士線”）。如今，華萊士被譽為生物地理學之父，而該學科研究的恰恰是物種出沒的地點。但正如戴維·奎曼（David Quammen）在《渡渡鳥之歌》中寫到的：“與其他善於思考的科學家一樣，生物地理學家不止追問‘這是哪個物種’或者‘它們分佈在哪裏’，還會着重探究‘為 什麼會在那裏’，以及更重要的，為什麼某個物種‘不在那裏’。”
微生物研究的開啓也經歷了類似的過程。人們首先為微生物編目：它們也許發現自不同的動物，也許來自同一種動物的不同部位。哪種微生物生活在哪裏？為什麼？為什麼不生活在別處？只有瞭解微生物的生物地理學，我們才能更深入地瞭解它們的貢獻和影響。華萊士通過大量的觀察和採集到的標本，最終得出了左右生物學研究進程的見解：物種會變化。“每個物種出現的地理位置與年代，都與先於它存在的相似物種非常一致。”他反覆地寫到這一點，有時還會用斜體強調。通過生存競爭，適者得以存活、繁殖，並把有利性狀傳遞給後代。也就是説，它們通過自然選擇而演化。這或許是科學史上最重要的頓悟之一。一切都始於對世界持續的好奇，始於探究自然的意願，也始於一種天賦：能敏鋭地捕捉到物種與地點之間存在的聯繫。
華萊士並不是唯一一位奔波於世界各地的自然探索者，還有很多其他的博物學家在記錄和整理豐富的自然萬物。查爾斯·達爾文（Charles Darwin）隨小獵犬號環遊世界，在歷時5年的航程中，他途經阿根廷時發現了大地懶和犰狳的化石，在加拉帕戈斯羣島與巨龜、海鬣蜥以及外形各異的嘲鶇相遇。達爾文的大腦因為豐富的野外經驗和收集到的多樣物種而觸發了靈感；他獨立於華萊士開展研究，卻不約而同地產生了同樣的想法：演化論—一個隨後與達爾文的名字永遠綁定在一起的名詞。托馬斯·亨利·赫胥黎（Thomas Henry Huxley）因為激進地捍衞自然選擇理論而享有“達爾文的鬥犬”之稱，他也曾遠航到澳大利亞和新幾內亞，在那裏研究海洋無脊椎動物。植物學家約瑟夫·胡克（Joseph Hooker）曾輾轉前往南極洲，沿途採集各類植物。距離我們更近的還有E. O. 威爾遜（E. O. Wilson），這位在美拉尼西亞悉心研究螞蟻的學者，之後以此為基礎撰寫了一部生物地理學教科書。
人們常以為，這些傳奇科學家把注意力完全放在肉眼可見的動植物上，而無視了隱藏在背後的微生物世界。但這種指責並不完全正確。達爾文肯定採集過被大風颳到小獵犬號甲板上的微生物〔一種他稱之為“滴蟲” （infusoria）的生物〕，他甚至還與當時微生物界的領軍學者通信。但僅憑當時手頭已有的工具，他只能深入到這種地步而已。
相比之下，今天的科學家可以採集細菌樣本，分解、提取DNA，並通過基因測序對它們加以識別和分類。通過這種方式，這些科學家化身為現代的達爾文和華萊士。他們可以從不同的地點採集、識別標本，並提出最基本的問題：這是什麼物種？分佈在哪裏？他們也可以沿用生物地理學的研究思路，只是把理論應用在了尺寸更小的微生物世界之上。輕擦動物的棉籤取代了捕捉蝴蝶的網兜，解讀基因的過程就彷彿翻閲野外工作指南。在動物園待上一下午，從一個籠子走到另一個籠子，就彷彿乘坐小獵犬號從一座島嶼航向另一座島嶼。
達爾文、華萊士與他們同時代的人都特別着迷於島嶼，理由很簡單，如果想找到最光怪陸離、最華麗、最不可思議的動物，那麼島嶼絕對是最佳選擇。它們與大陸隔離，邊界明確、面積有限，生物得以迅速演化。比起綿延廣闊的大陸，島嶼上的生物學模式更容易明顯且集中地體現各種特點。不過，“島嶼”也不單指被水域包圍的一片陸地。對微生物而言，每個宿主其實都是一座島嶼，一個被虛空包圍的世界。當我在聖迭戈動物園伸手撫摸巴巴的時候，我的手臂就像一條木筏，把微生物從一座人形島嶼輸送給另一座穿山甲形島嶼。一個遭到霍亂侵襲的成年人，就像被外來蛇類入侵的關島。沒有人是一座孤島？事實並非如此：從細菌的角度看，每個人都是一座島嶼。
我們每個人都有自己獨特的微生物組，它們會受到以下因素的形塑：遺傳基因、居住環境、藥物和食物、年齡，甚至包括握過手的那些人。從微生物角度來看，我們既很相似，又很不同。當微生物學家開始為人類微生物組編目時，他們希望發現一個“核心”的微生物組，即每個人都擁有的一組微生物。但現在無法確定，是否存在這樣的一組“核心”。有些物種比較常見，但並非無處不在。如果的確有“核心”組，那麼也應該是功能層面的，而不是生物機體層面的。微生物會參與部分生理功能，比如消化與營養轉化，或特定的代謝過程—但參與其中的並不總是同一種微生物。放眼全球各地，你可以注意到相同的趨勢。在新西蘭，幾維鳥在枯枝落葉間翻找蟲子，英國的獾也有同樣的行為。老虎和雲豹在蘇門答臘島的森林裏逡巡，跟蹤在獵物身後伺機捕食；而在沒有貓科動物的馬達加斯加，這一生態位由一種名為馬島長尾狸貓的巨大食肉貓鼬佔據；同時，在科莫多島，一種巨大的蜥蜴在當地扮演着頂級捕食者的角色。不同的島嶼，不同的動物種類，但是做着同樣的事情。這裏的“島嶼”指的可能是巨大的陸塊，也可以指人。
事實上，每個人更像是一條島鏈。身體的每個部位都有自己的微生物羣，就像加拉帕戈斯羣島的各座島嶼上都分佈着特有的烏龜和雀類。人體皮膚上的微生物主要有丙酸桿菌、棒狀桿菌和葡萄球菌，在腸道中居主導地位的是擬桿菌，陰道中的則是乳酸桿菌，霸佔口腔的是鏈球菌。每個器官的不同部位也分佈着不一樣的微生物。生活在小腸開端的微生物和直腸中的大有不同。牙菌斑沿牙齦線分佈，而牙齦線上方和下方的也有所不同。就皮膚而言，面部和胸部“油田”裏的微生物、腹股溝和腋下的微生物，以及佔據前臂和手掌上乾燥“沙漠”的微生物，都千差萬別。説到手掌，右手和左手只有1/6的微生物是相同的。同一個人不同身體部位之間的差異，遠甚於不同人同一部位之間的比較結果。換言之，你前臂上的細菌和我前臂上的差不了太多，但如果和你自己嘴裏的相比，那可就差遠了。
微生物組會隨着空間的變化而變化，也會隨着時間的變化而變化。嬰兒一出生就離開了母親子宮內的無菌世界，會立刻被她陰道內的微生物定植；新生兒體內幾乎3/4的菌株都可以直接追溯到母親。接下來，新生兒會經歷一段飛速發展時期，會從父母和周圍環境中獲得新的菌種，他們的腸道微生物羣也逐漸變得更加多元。優勢菌種此消彼長：由於嬰兒飲食結構的改變，像雙歧桿菌這樣的母乳消化專家，會逐漸讓位給主要以碳水化合物為食的擬桿菌。微生物的種類在變，它們在腸道內施展的搞怪把戲也日益豐富。它們開始製造不同的維生素，解鎖消化成人食物的能力。
這是一個動盪的時期，但各階段依舊可以預測。想象一片最近被大火燃盡的森林，或者大海中一座新近隆起的島嶼。首先，諸如地衣和苔蘚這樣的初等植物會很快覆蓋其上；接着是小草和小型灌木；隨後，高大的樹木拔地而起。生態學家稱該過程為“演替”，微生物也會經歷相似的過程。從嬰兒的腸道菌羣演替到成人的腸道狀態，一般都會花上一至三年不等的時間，然後保持穩定。這些微生物組可能每天都會變動，白天和晚上，甚至餐前餐後都會有所不同；但相比早期，之後的波動都可謂很小。成人微生物組的動態變化處在一個恆定的背景之下。
不同動物體內的菌羣，其演替模式也各有不同，而在這之中，人類可算是比較挑剔的宿主。我們不只任由落在身上的微生物生根繁殖，也會主動地選擇微生物夥伴。本書之後會深入介紹其中的挑選技巧，讀者朋友現在只需簡單地稍加了解：人類的微生物組與黑猩猩、大猩猩的不同，這種區別就像婆羅洲的雨林（分佈着紅毛猩猩、婆羅洲侏儒象、長臂猿）不同於馬達加斯加（分佈着狐猴、馬島長尾狸貓、變色龍）或新幾內亞（分佈着天堂鳥、樹袋鼠、食火雞）。科學家用棉籤擦拭過動物表皮、測序微生物的基因，通過這種方式探究整個動物王國：大熊貓、小袋鼠、科莫多巨蜥、海豚、懶猴、蚯蚓、水蛭、大黃蜂、蟬、管蟲、蚜蟲、北極熊、儒艮、蟒蛇、鱷魚、舌蠅、企鵝、鴞鸚鵡、牡蠣、水豚、吸血蝙蝠、海鬣蜥、杜鵑、火雞、美洲鷲、狒狒、黏蟲，等等。科學家也以同樣的方法測序過各種各樣的人類菌羣：嬰兒、早產嬰兒、兒童、成年人、老年人、孕婦、雙胞胎、美國和中國的城市居民、布基納法索和馬拉維的農民、喀麥隆和坦桑尼亞的狩獵採集部落、從來沒與外界接觸過的亞馬孫部落、瘦子和胖子，以及完全健康的人和病人。
現在，這類研究正在蓬勃發展。儘管微生物科學已有上百年的歷史，但過去幾十年可謂一日千里。這既有賴於技術的進步，也因為人們開始逐漸認識到微生物的重要性—尤其在醫療領域。它們如此廣泛地影響着我們的身體，能決定人體如何對疫苗產生反應，決定孩子能從食物中吸取多少營養，還能決定癌症患者使用的藥物會產生怎樣的效果。許多疾病或身體狀況的變化，比如肥胖、哮喘、結腸癌、糖尿病、自閉症等，都伴隨着體內微生物的變化。這表明，微生物的變化最起碼可以作為疾病的標誌，嚴重的甚至可能是直接的病因。如果事出後者，那麼我們也許能夠通過調整自身的微生物組而大幅提高健康水平，例如增加或者減少微生物種類，把一個人的整個菌羣移植到另一人身上，或者直接人工合成。我們甚至可以調控其他動物的微生物組，使它們為我們所用：比如，針對那些導致可怕熱帶疾病的寄生蟲，我們可以打破它們與所攜帶微生物的夥伴關係，讓它們不再有能力折磨我們；或者建立起新的共生關係，讓蚊子自身抗擊登革熱病毒。
微生物領域的研究仍處在迅速的變化之中，依然被不確定性、不可預測性以及不斷的爭論所籠罩。我們甚至鑑別不出體內的許多微生物，更別提釐清它們對我們生活和健康的具體影響。但無論如何，該領域都令人興奮！就好像我們踏着巨浪奔向前方無垠的大海，這可比已經拍打上岸的前浪精彩多了。成百上千名科學家正是這波巨浪中的弄潮兒。大量的科研資金紛紛匯入微生物領域，相關論文的數量呈指數級上升。微生物一直統治着這個星球，但現在它們正以前所未有的速度成為前沿潮流。“該領域曾如一潭死水，現在卻備受青睞，”生物學家瑪格麗特·麥克福爾-恩蓋（Margaret McFall-Ngai）表示，“人們意識到微生物才是宇宙的中心，該領域發展得越來越蓬勃，見證這樣的變化真是太有趣了。我們現在知道，微生物形塑了生物圈中不同物種之間的巨大差異。它們與動物緊密共生，動物的生命活動是通過與微生物的相互作用而形成的。在我看來，這是生物學繼達爾文之後最重要的學科革命。”
也有批評者表示，現有的研究質量與微生物領域的熱度嚴重不符，很多都與集郵沒什麼差別。的確，我們知道哪些微生物生活在穿山甲的面部、哪些生活在人體的腸道內，但這隻回答了“哪個物種”和“在哪裏”的問題，而沒有回答“為什麼”或“如何”。為什麼某些微生物生活在某些動物體內，卻沒有生活在人體內？或者，某種微生物為什麼生活在少數幾個人身上，而不是每個人？再或者，為什麼某種微生物生活在某些身體部位，而沒有分佈在其他部位？為什麼我們會看到現在這樣的微生物模式？這些模式是怎樣形成的？微生物如何找到並進入宿主？夥伴關係是如何確立的？開始共生後，微生物和宿主怎樣改變彼此？如果打破這種合作關係，它們會如何應對？
這些都是微生物領域正在試圖回答的深刻問題。我會在本書中告訴大家，我們已經在這條探索之路上走了多遠；如果能徹底瞭解並操控微生物，我們將擁有多麼廣闊的前景；以及，要實現這個願景，我們還必須做什麼。我們現在已經意識到，這些問題只能通過收集小塊數據來回答，就像達爾文和華萊士在極富革命性的遠航中所做的那樣。“集郵”很重要。“即使達爾文的日記只是一部科學遊記，其中只遍數了豐富多彩的生物和地點，根本沒有提出什麼演化理論，”戴維·奎曼寫道，“這個理論也終會降臨。”在理論誕生之前，我們需要收集、分類、編目，需要付出各種艱苦勞動。羅布·奈特解釋道：“面對一片未知的新大陸，你若想了解這裏‘為什麼’會有這些東西、它們為什麼在這兒，首先你需要找出它們在哪兒。”
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