人體內的微生物會和人體同時進化嗎？

細菌抗藥性的產生正是進化的結果。人體微生物和人共同進化了多少萬年，人們現在認為腸道微生物實際上構成了人體的一個「虛擬器官」。

01

離離原上草，一歲一枯榮，

野火燒不盡，春風吹又生。

白樂天這四句詩，正說中了孟山都這種農業公司巨頭的苦處。不僅野草除不盡，農業害蟲也除不盡。孟山都千般計較要與草蟲斗，然而天無絕草蟲之路，殺之不絕，春風又生。前兩天，有個從事有機農業的年輕人向小弟吹噓他們培育的果樹不生蟲子，小弟一句話頂了回去：「達爾文說了，這個不可能。」然後少不得給他上了一節進化課。

小弟這節要講進化論醫學和細菌，怎麼扯到野草和害蟲上去了？因為，天道一以貫之，除草、除蟲、殺菌、治癌、清除伊斯蘭國的恐怖分子，以進化的視角來看，道理都是一般無二的。下面小弟以兩個實例講一講不循天道的後果：抗藥性和腸道微生物。

抗菌素，尤其是青黴素在發明之初，是極其有效的，救人無數，有些醫生甚至認為人類從此以後永遠擺脫了細菌的威脅（很多科學教教徒就是這樣的。20世紀初的物理學家也一度以為他們解決了經典物理里的所有問題，以後要做的工作就只剩測量了）。然後，抗菌素就被濫用了。抗菌素只能對付細菌，不能殺死病毒，然而很多庸醫給病毒感染的病人也開抗菌素。不僅在醫學領域被濫用，在農業漁業里也被濫用。餵了抗菌素的動物死亡率低，長得快（也許是因為不用耗費能量在免疫系統上與細菌作鬥爭）。到了1970年代，整個世界都「泡在抗菌素里」。

很快人們就嘗到了細菌抗藥性的苦果，抗菌素的療效一落千丈。細菌的抗藥性是怎麼來的呢？是醫生們人工選擇出來的，就像培育良種豬牛一樣，醫生們培育出了「良種」抗藥性的細菌。什麼意思呢？我們複習一下本系列第一節《劈破旁門見月明》里說過的進化的三個條件：第一，個體之間有差異；第二，差異可以遺傳；第三，差異導致後代數量不同。只要這三個條件成立，進化就不可避免。想起來了嗎？好，我們現在可以結合下圖，用這三個條件闡明細菌是如何進化出抗藥性的。

02

首先，同一類細菌之間有差異，有些容易被抗菌素殺死（圖一中的藍色細菌），有些不容易被殺死（桔色細菌）。

病人被細菌感染了，醫生開了抗菌素。細菌都泡在綠色的抗菌素里（圖二）。大部分藍色細菌都被殺死了（這抗菌素就是針對藍色細菌發明的，當然藍色的容易被殺死）。只剩下一點點藍的和桔色的存活下來了。（差異導致了後代數量的不同。藍色的被殺了，當然就沒有後代了）

桔色的菌種本來佔少數，很有可能還被藍色的欺壓（搶佔資源什麼的），但是現在大惡霸被抗菌素清除了，沒人和我搶了。你的抗菌素對我也不起作用，那麼我的時代就到來了，那我當然就要大量繁殖啊。圖三中桔色的已經超過了藍色的。圖四，恭喜，抗菌素把藍色的都殺死了，你已經成功的在體內培育出了（人工選擇出了）具有抗藥性的菌種。

這就是細菌害蟲野草抗藥性的來源：個體的差異總是存在的，除非你把所有的個體全部殺了，滿門貴賤不分良莠，殺他個天地茫茫，殺他個沉沉死寂，否則總是有少數的菌蟲草可以逃過你的葯。如果你的葯殺不死它，又替它清除了競爭對手，人為地造成了後代數量的差異，那麼這個人工選擇的過程就會使它更強大。下下節聊到癌症薩達姆和文成公主時，小弟還要詳述進化論針對這個問題的具體策略。

自然選擇（和人工選擇）只有在個體之間有差異的時候才會起作用，具體到細菌這個問題上，差異（有的容易被殺死，有的不容易）又是從哪裡來的呢？

細菌的差異有好幾個來源。第一個當然是基因突變。細菌每一代時間都很短。我們人20年才繁殖一代，即使有突變，這突變也太慢。細菌幾個小時就可以繁殖一代。第二個來源是它們可以和別的細菌交換遺傳物質。如果別的細菌有抗藥性，交換了遺傳物質之後，這個細菌的後代就也有抗藥性了。第三，它們還可以從周圍的環境中吸收遺傳物質。

明白了這個道理，我們就可以理解濫用抗菌素的可怕。抗菌素不僅會使致病細菌里的抗藥品種茁壯成長，而且還會殺死無害的不致病的細菌（比如庸醫用抗菌素治療病毒感染，就會殺死體內的無害菌）。那麼無害菌殺死就殺死了，有什麼關係呢？你濫殺無辜，有干天和啊！殺死無害菌有兩方面的壞處。

第一，無害菌裡面也有抗菌品種。你殺死了容易死的，但是卻使抗藥品種發展起來了。細菌之間可以交換遺傳物質，也可從環境中吸取遺傳物質。你把無害菌里的抗藥品種培育出來了，那麼下次你被致病菌感染，致病菌就有可能從你體內的無害菌那裡獲得抗藥的DNA。

殺死無害菌的第二大害處就值得大書特書了，也是我們這節的第二個話題：腸道微生物。

03

人不是孤立存在的。超過1000種微生物在你的體內，與你自己的細胞構成了一個複雜的生態系統。這些微生物大多數都在你的腸道里，它們的基因數量加起來是你自己基因數量的100倍（你有大概不到3萬個基因），而總的細胞數目是你自己的細胞數目的10倍。人們現在認為腸道微生物實際上構成了人體的一個「虛擬器官」。

這些微生物幫助你消化，生產維生素，抗擊致病細菌，調節你的免疫系統，幫助癌症康復療法，等等等等，不勝枚舉。很多時候，食物本身你拿去化驗，看不出什麼好壞來。但是你吃什麼，微生物就吃什麼，它們吃了食物以後，產生的代謝產物卻對你的身體有影響。也就是說，很多食品藥品對你身體的影響，是通過腸道微生物來發揮作用的。

你和我腸子里的微生物不一樣，那麼同樣的食物/藥物吃下去，帶給你我的影響也許也不一樣。所以，用還原論的方式，單單分析食物藥物的成分，而不去考慮它們和你體內的微生物的相互作用，很可能得出很不靠譜的結論。（其實小弟懷疑很多中藥也是通過微生物起作用的。你把中藥放到實驗室燒杯里去化驗可能看不出療效，但是在人體內它們也許會和微生物相互作用，扶正祛邪，扶植良性細菌，抑制有害細菌，以此治病。不過這只是小弟的猜想。希望有懂中醫的人士有以教我。）

所以濫用抗生素就會破壞腸道微生物的構成，從而帶來的後果，絕不僅僅是細菌抗藥性這麼簡單。比如說，有案例表明，如果濫用抗生素殺死了體內的有益細菌，本來有效的治癌的方案可能就會失效。

小弟個人認為，最近這五六年，生物醫學界最大的發現就是腸道微生物與健康的關係。我經常給學生說，如果公眾只有時間了解一項現代醫學研究，那我就推薦腸道微生物的研究。這方面的文章浩如煙海，這裡小弟只能簡單介紹一下，再講講這和進化論有什麼關係。

04

首先要講的是糞便移植。最著名的案例是醫學界的頂尖刊物《新英格蘭醫學》於2013年發表的一篇論文。作者們用糞便移植治療一種頑固型腹瀉（這種腹瀉是由一種嘰里咕嚕的「艱難索狀芽孢桿菌」引起的。為什麼學名中有「艱難」二字，這個我也不知道）。這種嘰里咕嚕的病菌抗藥性非常強（其實這種腹瀉通常就是由於人們大量服用抗生素引起的，你把別的細菌殺了，這種嘰里咕嚕菌就異軍突起了）。腹瀉時間長了，病人的死亡率很高。

文章的作者將健康人的糞便處理，然後移植到病人的體內，在其他常用藥物的配合下，療效奇佳。本來實驗還有對照組（就是不用糞便移植，只用常規藥物），但是由於糞便移植的神奇療效，醫院的倫理委員會火速決定停止對照組的常規療法，全部都用糞便移植。

這一下糞便移植名聲大振。2014年學術界頂尖刊物《自然》綜述糞便移植，文章稱從2009年到2013年，這方面的論文以及臨床案例呈井噴之勢。小弟在網上居然還看見過教人如何在家裡自己進行糞便移植的視頻（糞便經處理後，用根管子從鼻子里通進胃裡）。美國的食品葯類管理局（FDA）也被驚動了，正式承認糞便也是一種藥物，所以需要他們的管理，你不能在家裡自己想搞就搞。為了配合管理，FDA還於2013年成立了糞便銀行。你聽說過精子銀行，種子銀行，聽說過糞便銀行嗎？

糞便移植是移什麼？當然不是你沒消化剩下的渣渣，而是糞便里的微生物。就像我剛才講的，這些微生物影響你健康的方方面面。今年開會時，有一位威斯康辛大學的前輩對我說，不管你從事的是生物學的哪一個領域，你都應該想想微生物是如何影響你的實驗結果的。

隨便舉個例子：肥胖症。人們通常認為肥胖症是你吃的太多，或者你的代謝基因有問題。但是2013的一篇論文發現，將肥胖病人的糞便移植到健康的老鼠腸子里，健康的老鼠也得肥胖症了。所以，人們認為肥胖症很有可能有糞便微生物的一份貢獻。2017年有人還把年輕的魚的糞便移植到年老魚的腸子里，結果魚的壽命延長了（我可不是建議大家食用童子糞啊）。

那麼這個和進化有什麼關係呢？

進化是什麼？我們第一節就說過，進化就是黑兔子和白兔子的百分比在一代與一代之間的變化。

微生物生活在你的腸子里，你吃什麼它們就吃什麼，這些食物會影響你血液裡面的七七八八（這個那個的濃度，酸鹼度等等），而這些七七八八正是微生物生活的環境因素。這些因素，就像我們在第一部分講過的那樣，不斷地對這些微生物進行著自然選擇，決定著它們進化的方向，有些昌盛了，有些被淘汰了。

更重要的是，微生物的進化不是以世紀或者地質世代為時間單位的，而是以天甚至小時為單位的。你以為你年輕，以後老了再管老了以後的事情，現在可以胡吃海塞。你胡吃海塞，幾天之後就能看到進化的結果。

05

先看個哈佛大學和杜克大學研究者的合作實驗。

他們找了10個志願者，分成兩組，吃不同的食物。第一組早午晚餐，包括零食，都是培根肉、熏腸、乳酪、排骨。第二組都吃高纖維素的穀類豆類水果和蔬菜。為期五天，到期驗糞。

研究者發現，僅僅五天，微生物的構成百分比就發生了重大的變化。肉食者必須分泌大量膽汁消化肉類。所以在他們的糞便里，能夠忍受膽汁酸的細菌繁榮昌盛。另外，第一組的腸道內，能夠分解蛋白質的微生物活動大漲，而第二組則出現大量能夠分解碳水化合物的微生物。

這種快速變化甚至發生在長期素食者的體內。長期守戒誠然可嘉，但是一旦破戒吃了狗肉，幾天工夫你的腸道微生物就會發生翻天覆地的變化，以前的守戒全部歸零。當然我們也可以從好處想，你天天吃肉，但是如果你想改變腸道微生物構成，現在開始吃素還不晚，幾天就見效。

在這個例子里，人們只是證實了腸道微生物可以快速進化，但是這種進化對健康的影響卻沒有提及。我們再看下一個腸癌的研究。

腸癌在當今世界上最普遍的癌症中排名第四，每年導致60萬人死亡。腸癌在西方發達國家的發病率遠遠高出非洲國家。這是因為非洲黑人的基因好？不是，美國的黑人腸癌發病率也很高。如果不是基因，那就是環境了。環境因素中，最重要的肯定就是食物了。

2015年《自然》雜誌的子刊《自然-通訊》發表了這樣一個研究。作者找了20個美國黑人和20個南非黑人，基因背景差不多。美國黑人吃典型南非食物，南非黑人吃典型美國食物。兩種食物的纖維素含量分別是60克和13克左右，而脂肪含量分別是16%和35-52%（當然是非洲食物含低脂高纖維素啦）。

剛才說了，你吃什麼，你的腸道微生物就吃什麼。它們吃了食物後，也要新陳代謝，而它們代謝排放出來的東西會對你的健康產生好的或者壞的影響，就看你喂它們什麼了。這個實驗進行了兩個星期後，人們發現，吃非洲食物的美國黑人的腸子的「丁酸」含量比吃美國食物的非洲人高出許多。丁酸是一種抗腸癌物質，也是細菌們消化了纖維素以後的代謝產物。

作者的結論是，你的食物給細菌構成了新的環境，細菌會飛速地進化去適應這個新環境，隨之而來的是它們代謝產物的變化。至於你想要它們如何進化，那就要看你給它們什麼環境了。

人體微生物和人共同進化了多少萬年，除了在食物代謝上是合作夥伴，微生物還協助調節人體的免疫功能。但是這一集的空間不夠了。小弟下節再和大家聊聊免疫、過敏、病菌、軍閥、蝙蝠，還有中醫的精髓。