NO.1104 人类如何与微生物共生?


你好,这里是罗胖精选。

这周我们上线了一门新课,也是一门“科技前沿”课,叫做《人体微生物组9讲》。

你可能会问,前沿科技那么多,人体微生物组有什么特别,为什么值得我花时间了解呢?

那这门课程的主理人段云峰老师,他的回答就非常的精彩。他说,人体微生物组研究最有价值的地方,就让人类重新认识自己。

段云峰老师说了一个数据。他说,人体有2万多个基因,而在我们体内长期居住的微生物呢,它们的基因数量是988万个,足足多了500倍。所以,我们每个人,其实都是和微生物生活在一起,组合成了一个超级生物体。

那这个超级生物体究竟是怎么运作的?微生物给我们人类带来了哪些好处呢?接下来,就让我们一起听听段云峰老师是怎么说的。

你好,我是段云峰,欢迎回到我的《人体微生物组课》。

通过上一讲,我们对人体微生物组已经建立一个基本的认知,就是它们是我们的进化伙伴。我们需要这个进化伙伴做什么呢?最重要的作用,是帮助我们适应环境,获得生存优势。

那微生物组到底做了什么,才能配得上“进化伙伴”这四个字呢?这一讲我们来聚焦这个问题。

“伙伴问题”虽然大,但是可以分拆成三个小问题,理解了这三个小问题,你就能理解“进化伙伴”的意义。

第一个小问题是,人体缺少了微生物组,是不是会过得不好?第二个小问题是,微生物组帮助我们提高了哪些能力?第三个小问题是,微生物组帮助这一代人具备的优势能力,能不能传递给下一代?

我们一个一个来说。

第一个小问题是,人体缺少了微生物组,是不是会过得不好?

历史上,有这样一个孩子,被人们称为“泡泡男孩”。 由于天生免疫缺陷,这个孩子刚出生20秒,就被放到了无菌塑料泡泡里隔离了起来。他可能是唯一一个完全没有微生物组的人类。

他完全不能接触任何带有微生物的东西,妈妈亲吻他都要隔着塑料膜,吃的用的都得消毒。而且很不幸地,他在12岁时,死于手术感染。

这12年里,离开了微生物组,他也靠自身基因和特殊的无菌装置活了下来。但是,这样活着的代价太大,并且生存质量太差。

就算不是这么极端的情况,只是体内的微生物比较少,就已经会引起很多问题了。

比如有这么一种说法,孩子早期接触的微生物太少,肠道微生物组种类、数量不足,就会导致他的免疫系统发育不正常,会增加他患病的可能。很多人都说,现在孩子更容易得病,不是因为环境太脏,而是太干净了。

那是不是这样呢?最近几年,在动物身上的微生物组研究也许可以给出答案。很多研究都发现,根本不用清除微生物组,仅仅把动物体内的微生物减少,就能对动物的生存质量造成明显影响。

比如,用抗生素把小鼠的肠道微生物清除掉一部分,小鼠就会出现大量的健康问题,像消化不良、免疫系统异常,睡眠和情绪也会出现错乱的情况。

现在科学家已经确定性地知道,我们不能太干净了,没有微生物的合作,我们适应环境的能力不是提升了,而是下降了。

知道了这个道理,你才会理解FDA,也就是美国食品药品监督管理局,在2016年发出的一则禁售令:全面禁止含有十几种抗菌成分的抗菌皂上市销售。

第二个小问题是,微生物组帮助我们提高了哪些能力?

比如说,维持体温的能力。

北京冬天早上的温度可能是零下十度,中午就到了零上十度,如果不能维持一个恒定的体温,温度低的时候机体的运行就会停滞。我们常说的“冷血的动物”,比如青蛙、蛇、乌龟,它们也叫变温动物,体温会跟着外界温度变化,气温低到临界点它们就会冬眠。

但人类的体温波动是很小的,我们怎么维持体温呢?

我们早就知道,人体自身的代谢会产生一部分热量。但其实还有一部分,来自微生物代谢产生的热量,而且它们的贡献还不小。

研究发现,山羊的胃就是个巨大的微生物“发酵工厂”,山羊体内50%的热量来自它自己的代谢,剩下的50%全都是微生物发酵产生的。

那么,人的体温也受微生物影响吗?2016年,还真有人认真研究过这个问题。他们先用微量热量仪测定了细菌的产热量,计算出:人体肠道微生物代谢产生的热量可以达到每天1400 千卡,如果你要用快走来消耗这些热量,那要走大概40千米。

微生物的代谢会提高体温,那怎么降低体温呢?按道理来说,清除一部分微生物就可以了。

不过在人体身上,还没有直接清除微生物,看体温会不会下降的实验。但是研究者发现,从19世纪以来,全球人类的平均体温都在下降。

正常人体的温度应该是37摄氏度。但你可以量一量自己的体温,我猜大概率是不到37摄氏度的。2017年,英国的研究者统计了3万多名英国成年人的体温,他们的平均体温是36.6摄氏度。

是什么导致了人的体温降低呢?有研究者推测,有一部分原因就是人类的肠道微生物减少了。人类用抗生素治病、建设公共卫生设施,这些方式能消灭很多的病原体,但也让人体内的微生物,不管是在数量上,还是在种类上,都大幅降低。

你看,微生物组确实帮我们提高了维持体温的能力。还有其他的方面,比如适应环境还要抵抗外界各种各样的病原菌。除了调动免疫系统外,人类还会“以菌治菌”,用细菌来抵抗细菌。

有研究就分析了200个人体内的微生物,发现在一些人体内,只要存在一种枯草芽孢杆菌,那他们体内就没有金黄色葡萄球菌。

“金黄色葡萄球菌”这个名字,你可能在很多消毒湿巾上曾经看到过,消毒湿巾重点把它的名字点出来,就是因为这是个非常常见的致病菌。但你的体内要是有枯草芽孢杆菌“坐镇”,就没有这方面的困扰。

微生物能帮我们适应环境的领域,当然不止这些,还有更多的我们还在探索。但不管这些领域未来会增加多少,都不改变这个新的适应方式:适应环境,我们不是单打独斗的,而是和微生物结成了一个团队,共同适应

我们和微生物的这种关系,很像进化过程里,我们和狗的关系一样。在森林里,狗帮助人打猎,在草原上,狗帮助人牧羊。甚至在北极圈的严酷条件下,爱斯基摩犬还能帮助人类运送货物。有了狗的帮助,人类的生存优势大幅提高。我们和狗,是一种共生关系。

微生物组也一样。微生物组也提高了人类的生存优势,只不过这个伙伴在体内,我们花了很长时间才发现它。这也是一种共生关系。

第三个小问题是,微生物组帮助了这一代人具备的优势能力,能不能传递给下一代?

这个问题仔细一想,是一个很严重的问题。人体内的微生物,就算再厉害,帮助你适应了严酷的环境,但如果它不能把你体内的能力转移给下一代,就没资格当选“进化伙伴”。只能是一个在高铁上偶遇的同行人,一路上你们相聊甚欢,相见恨晚,但是到站了,还是得各奔东西。

幸好,微生物组可以传递。我们知道,基因组的遗传来自父母双方。从父母到子女,这叫垂直传递。而微生物组的传递方式,不止有垂直传递,还有横向传递,我们一个一个说。

微生物组的垂直传递,主要来自母亲。在分娩时,母亲产道中的微生物就是婴儿体内的最早定居者。婴儿出生之后,母乳中的微生物也会传递给婴儿。

我们常说母亲和孩子是“血脉相连”,在发现微生物组之后,有人说,这叫“菌脉相连”。

那微生物组就只来自母亲吗?也不是,这就涉及微生物组传递的第二种方式,横向传递了。

婴儿的微生物组还可以来自亲密接触,父亲可以通过身体接触把自己的微生物传递给婴儿。也就是说,婴儿的微生物组里有多少来自父亲,基本取决于父亲养育孩子的投入程度。跟孩子接触越多,孩子从父亲身上获得的微生物也越多。

但可惜的是,研究发现,中国孩子的微生物组跟国外的孩子有点不同。中国孩子的微生物组绝大部分来自母亲,这和国外孩子一样,但排在第二位的不是父亲,而是姥姥或者奶奶。想想你的周围,是不是让老人带孩子的家庭更多?

你看,微生物组的继承和基因组不一样,它更多来自实际养育者,亲密关系有可能胜过亲缘关系

总结一下这一讲的内容。

微生物组可以帮助我们维持体温、抵御病原体,还可以把这种能力遗传下去,提高了人类的生存优势。只不过这个伙伴在体内,我们花了很长时间才发现它。

思考题

1944年到1945年,荷兰在德国的封锁下出现了严重饥荒。有研究者发现,出生在这个时期的孩子长大后很容易发胖。这个例子经常被基因科学里的表观遗传学提起。不过听过这节课,你能从微生物组的角度,重新思考一下这个现象可能的原因吗?欢迎留言告诉我。

微生物和人类之间,其实也需要相互提要求,相互磨合,相互适应。下一讲,我们来详细说说这件事。

内容听完了,我是罗胖。

你可能注意到了,段云峰老师的身份比较特殊。他是一位心理学博士,曾经在中科院心理所的行为生物学实验室工作。这个实验室厉害了,它研究的是微生物怎样影响人类的大脑,影响人类的欲望和情绪。这在全世界都是最前沿的课题。

那现在呢,段云峰老师在中科院微生物研究所工作。你看到的这门课程《人体微生物组9讲》,就收录了迄今为止,科学家关于微生物研究的最新进展。

比如,为什么熬夜加班会过劳肥?

肠胃不好真的容易抑郁吗?

还有,一些疾病,比如2型糖尿病之所以发生,为什么也能从微生物组的角度找到原因?

你如果想了解科学界对这些问题的最新研究,推荐你在首页搜索“微生物”三个字,找到段云峰老师的这门课程。现在就加入学习。

罗胖精选,明天见。