我們與微生物究竟應該是怎樣的關係?

鵬鵬鳥生活筆記 發佈 2020-01-06T06:21:35+00:00

妮科爾·布羅德里克在研究一種名為蘇雲金芽孢桿菌(簡稱Bt)的土壤微生物時,發現了一個展現以上互動模式的絕佳例子。Bt產生毒素,在昆蟲腸道上蝕出孔,從而殺死昆蟲。20世紀20年代,農民開始利用微生物的這種能力,把Bt作為活性殺蟲劑噴洒到作物上。甚至連有機農業也採用了這種做法。

妮科爾·布羅德里克在研究一種名為蘇雲金芽孢桿菌(簡稱Bt)的土壤微生物時,發現了一個展現以上互動模式的絕佳例子。Bt產生毒素,在昆蟲腸道上蝕出孔,從而殺死昆蟲。20世紀20年代,農民開始利用微生物的這種能力,把Bt作為活性殺蟲劑噴洒到作物上。甚至連有機農業也採用了這種做法。這種微生物的有效性毋庸置疑,但關於它是如何殺死昆蟲的,科學家幾十年來都想錯了。他們一直認為,該微生物的毒素對昆蟲的腸胃造成了很大的傷害,進而導致後者餓死。但這不能解釋整個故事。毛蟲不吃不喝一個多星期才會餓死,但Bt只消一半時間便可以置它們於死地。

布羅德里克幾乎是在完全偶然的狀況下發現了真相。她懷疑毛蟲腸道中的微生物會保護它們免受Bt侵害,所以她先給毛蟲使用了抗生素,再噴洒Bt。她想,腸道微生物消失後,毛蟲可能死得更快。可是它們最後卻都倖存了下來。事實證明,腸道細菌不僅沒有保護毛蟲,反而被Bt借來殺死毛蟲。它們留在腸道中時是無害的,但卻可以通過由Bt毒素在腸道上蝕出的孔而侵入昆蟲血液。毛蟲的免疫系統一感受到這些微生物的存在,便會陷入狂暴狀態,製造一大波炎症,並傳播至毛蟲身體各處,損害各種器官、阻斷血液流動。這便是敗血症,也是昆蟲死得如此快的原因。

同樣的事情也發生在人體內,每年可能有數百萬人遭受影響。這類能在腸道中蝕出孔洞的病原體同樣會感染人類,而當腸道中常見的微生物進入血液時,我們也會得敗血症。就像在毛蟲體內,相同的微生物可以在腸道中扮演「好菌」,也可以在血液中變身為危險分子。只有待對了地方,它們才會成為互助主義者。

即使對於長期存在於人類體內的最基本的共生體線粒體而言,情況也是如此。所有動物細胞都含有線粒體,它們是提供能量的動力工廠;而一旦出現在錯誤的地方,它們也可以造成嚴重的破壞。一些細胞會因為傷口或擦破了皮而裂開,其中的線粒體片段便會濺入你的血液。要知道,這些片段仍然保留了它們自古以來的細菌特性。你的免疫系統發現它們後,會錯誤地認為體內發生了感染,於是會建立起強大的防禦機制。如果損傷嚴重而釋放出足夠多的線粒體,那就可能導致全身性炎症,而這種全身性炎症反應綜合徵(SIRS)甚至會危及生命。SIRS比最初的傷口更糟糕。荒唐的是,線粒體已經歷經了20多億年的馴化,而人體再面對它時依然會錯誤地過度反應。正如長錯了地方的鮮花與雜草無異,我們的微生物在一個器官中可能極其寶貴,但在另一個器官中卻可以變得危險異常;在細胞內是必需品,在細胞外卻成了致命物質。「 如果你的免疫系統受到一點抑制,它們就會殺了你;你死後它們會吃了你,」珊瑚生物學家福瑞斯特·羅威爾說道,「它們才不在乎。你和它們之間不是一段美妙的姻緣,只是一幕純粹的生物學戲劇。」

在共生的世界裡,盟友隨時可能背棄,敵人卻可以與我們結盟。從共生到毀滅,只有區區幾毫米之隔。

為什麼我們之間的關係如此脆弱?為什麼微生物能輕易地在病原體和共生體之間切換?首先,這些角色不像你想像得那麼矛盾。試想像,「友好」的腸道微生物需要與宿主建立穩定的關係。它必須在腸道中存活、紮根、不被掃地出門,並與宿主細胞相互作用。這些也是病原體必須做的。因此,無論是共生體還是病原體,無論是英雄還是惡棍,通常都會使用相同的分子,服務於相同的目的。其中一些分子擁有比較負面的名稱,比如「毒力因子」,只有當人們生病時,它們才會被發現;但本質上它們是中性的,就如電腦、鋼筆和刀這樣的工具:可以用來創造美妙的作品,也可以喚醒可怕的妄念。

即使是能給人類帶來益處的微生物,也可以間接地傷害我們:先讓身體變得脆弱,讓其他寄生蟲和病原體有機可乘。它們的存在本身導致了紕漏。病原體也可以利用我們的微生物發起入侵。比如導致小兒麻痹症的病毒,它會攫住腸道細菌表面的分子,就像抓住繩子一般,隨著這些細菌盪入宿主細胞。這種病毒能更好地附著在哺乳動物的細胞上,並且在接觸腸道微生物之後,能更穩定地適應人體溫暖的體溫環境。這些微生物無意間把這種病毒變得更強。

所以,共生並非毫無代價。它們既能幫助宿主,也會捅出婁子。它們需要餵養、寄住和傳播,一切都在耗費能量。最重要的是,與所有其他有機體一樣,它們有自己的利益目標,但也經常與宿主發生衝突。如果腸道微生物抑制了我們的免疫系統,它們當然更容易生長,但我們卻會罹患疾病。

自然界中的夥伴關係都是如此。欺騙永存,背叛四伏。夥伴們可能一起工作,但如果其中一方不用太努力或花費太多精力便可搭上便車、獲得同樣的好處,它肯定會這樣做,除非會面對懲罰或被施加管理。赫伯特·喬 治·威爾斯曾於1930年寫道:「 每段共生關係背後都多多少少暗藏敵意,只有通過適當的規則加以約束以及精心地調節,才能保持互利狀態。儘管人類擁有智慧、能夠掌握互利關係的意義,但在人類事務中,互利的夥伴關係也不容易維持。低等生物更是沒有這樣的理解能力來幫助它們保持關係。相互成立的夥伴關係在建立之初多是盲目的, 是他者無意間造就的一種適應。」

這些原則很容易被遺忘。我們喜歡非黑即白的敘事,英雄與惡棍涇渭分明。過去幾年,我見證了從「所有細菌必須被消滅」到「 細菌是我們的朋友,希望它們幫助我們」的轉向。但是後者與前者是同一種錯誤的一體兩面。我們並不能因為某種特定的微生物生存在我們體內,就簡單地假設它是「好」的。甚至連科學家有時也會忘記這點。「共生」這一術語原有的意義已經扭曲,其原本的中立含義「共同生活」被注入了積極色彩,淺薄地暗示著合作與和諧的內涵。但這不是演化的真實面貌,它不一定利於合作,即使結果符合雙方利益;它甚至會為最和諧的關係綁上導致衝突的定時炸彈。

「我們需要區分重要與和諧這兩個概念。微生物組非常重要,但這並不意味著它們的關係是和諧的。」演化生物學家托比·凱爾斯說道。運作良好的夥伴關係其實是一種互惠的剝削,這很容易理解。「兩個合作夥伴都可能從中受益,但是其內部固有一種緊張關係。共生是衝突,是永遠不能完全解決的衝突。」

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