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《我包罗万象》：比尔·盖茨与扎克伯格的自然新史：微生物的奇妙世界
铛铛铃2025-09-20【科普】412人已围观
简介
今天要为你解读的书是《我包罗万象》，
副标题是“微生物视野下的生命图景全记录”。
美国著名诗人惠特曼有一句诗：“我辽阔博大，我包罗万象。”这不仅仅是一种文学修辞，从生物学的角度看也确实如此。
我们每个人的体内都有一个微生物军团，其中包含39万亿个微生物。这些看不见的微生物，就像一个幕后大佬，影响甚至操纵着包括人类在内的其他生物。
你知道它们是怎样塑造动物的身体吗？怎样创造了新的物种？怎样操纵动物的性生活？又是怎样诱导它们走向自杀的深渊呢？
这本《我包罗万象》，就是要将微生物令人叹为观止的力量揭示给我们。
本书作者埃德·扬，是美国《大西洋月刊》的科学记者，他的作品常见于《美国国家地理》《纽约客》《连线》等众多的科学媒体。这本《我包罗万象》是他写的第一本书，出版后就一举跻身《纽约时报》2016年备受关注的百本图书之一。《纽约时报》《华尔街日报》《科学杂志》联袂推荐此书。马克·扎克伯格和比尔·盖茨都是本书的忠实读者。比尔·盖茨评论说：“这本书太有意思了，埃德·扬接连抛出了一个又一个令人啧啧称奇的微生物学洞见，展现了科学报道所能达到的绝佳水平。”
下面，我就从四个方面带你一睹微生物界的奇观。
第一，微生物如何影响动物的生长发育；
第二，微生物如何帮助动物获得生存本领；
第三，微生物如何操纵动物的行为；
第四，人类如何利用微生物。
先来说说微生物是如何影响动物生长发育的。
我们的地球已经存在了45亿年，如果把这45亿年浓缩为一年，那么人类在这一年的最后一天的最后30分钟才出现，微生物则是从3月起开始就占领地球了。从3月到10月，微生物是地球上唯一存在的生命形式，它们包括细菌、病毒、真菌，一切肉眼看不见的微小生物。到了11月，地球上才有了植物，12月，哺乳动物出现了。由于动物是后进化出来的，它们必然会与周围的微生物相互作用，一同演化，甚至动物的生长发育都要受到微生物的影响。
古希腊的时候，亚里士多德发现一只停靠在岸边的海军将大量陶器扔到海里，没多久，陶器里居然出现了活牡蛎，而牡蛎是不能自己移动的，所以亚里士多德认为，它们一定是从陶罐里的泥沙中生长出来的。这个想法虽然错得离谱，但是流行了好几个世纪。
到了上世纪90年代，同样的困惑又出现在了珍珠港。在这个重要的海军基地，只要有战舰停泊，不消几天的功夫，船体上就会密密麻麻地长满一种管状的虫子，名叫华美盘管虫，整个船体看起来就像是盖上了一层粗毛地毯。它们到底是从哪儿来的呢？
原来牡蛎和华美盘管虫的幼体非常微小，它们乘着洋流遍布在大海中，一滴海水里可能就有上百个幼体。当它们漂到了一个适宜生长的位置时，就会发育为成体，不再漂泊移动。而诱发它们成熟的关键，就是遇到一种特定的细菌。比如华美盘管虫，如果遇到一种名叫藤黄紫甲交替单胞菌的微生物，就会迅速地发育，从幼虫变成成虫。如果没有这种细菌的刺激，它就永远都不会长大。珍珠港所在的夏威夷水域里就有这种细菌，而战舰为细菌提供了一个附着物，细菌能在上面快速繁殖，形成一层菌膜，为华美盘管虫的生长提供了温床。牡蛎也是如此，陶罐上容易附着细菌，细菌又刺激了牡蛎幼体发育，这就造就了陶罐里凭空生长出牡蛎的现象。
类似的海洋动物还有很多，它们的幼体只有在接触特定的细菌后，才能长大，完成自己的生命周期，比如珊瑚、海胆、贻贝、龙虾、海绵、海葵、海鞘等等，都是如此。理论上讲，如果没有微生物，这些动物就有可能会面临灭绝。
微生物不仅在动物的幼年阶段影响发育，在动物的身体成熟后，也会继续塑造它们的身体。比如一种名叫扁形虫的生物，它长约一厘米，头部以下差不多注满了微生物。扁形虫具有极强的再生能力，把它一剪为二，两端都能变成功能齐全的活体，后半段甚至会重新长出头和大脑。如果你把它砍成十节，最后将会变成十条扁形虫。这种逆天的再生能力，完全依靠扁形虫体内的细菌，细菌能为扁形虫锁住能量，只要砍去的这一段里包含足够多的细菌，它就能再生，而如果细菌太少，那么这一段就会死去。因此，扁形虫唯一不能再生的部位是不含细菌的头部，也就是说，它的尾巴上可以重新长出一个头，而单靠头却是长不出一个尾巴。
从牡蛎、华美盘管虫和扁形虫的例子可以看出，微生物对低等动物生长发育几乎是起到了决定性的作用。那么高等生物的身体发育，也会受到微生物的影响吗？答案是肯定的。
有科学家在无菌的环境下饲养过小白鼠，发现它们虽然也能生存，但是十分脆弱。无菌小白鼠的肠道无法充分发育，肠壁容易渗漏，血管稀疏，细胞缺乏再生的驱动力。而当科学家给它注射一种常见的肠道菌——多型拟杆菌之后，情况就完全不同了。微生物激活了小白鼠体内的多种基因，这些基因能促使小白鼠吸收营养、分解毒素、建造血管、创建成熟细胞等等身体机能，可以说是微生物促进了小白鼠的生长发育，教会了小鼠如何使用自己的基因，进而打造一个健康的肠道环境。
微生物对人类的影响也同样巨大，人体免疫系统的形成，没有细菌的帮忙可不行。比如说当我们身体某个部分受到感染，免疫细胞就会冲到感染部位去消灭细菌，造成肿胀、发红、发热的症状，这就是发炎，是免疫系统的一种保护机制。如果没有炎症的反应，我们就会持续遭受感染。可是如果免疫反应过度，免疫细胞就会攻击正常细胞，自己人打自己人。所以对于免疫细胞，既要激活它，也要抑制它，这两个工作微生物都能帮我们完成。比如结丝状菌能激活炎症细胞，而梭状芽孢杆菌则能激活抗炎细胞，人体依赖这些细菌来平衡身体，做出正确的反应。科学家还发现，一种名叫脆弱拟杆菌的常见肠道细菌，对某种免疫细胞具有强大的激活功能，都不需要整个细菌团队出马，单它表面的一种分子，就能提高免疫细胞的数量，这是人们第一次发现一个单一的微生物，甚至一个单一的微生物分子，就能改善免疫力。
以上我们讲完了微生物是如何帮助动物塑造身体的。除了基本的生长发育，微生物还有更高级的作用。下面我们就来看看第二部分，微生物是如何帮助动物获得生存绝技的。
人们曾经以为深海是不存在生命的，那里没有阳光照射，高压下的海水温度可达到400℃。但是人们在海平面以下2400米的位置，却发现了一个丰富的生态系统，生物的多样性丝毫不输于热带雨林。其中有一种体型巨大的深海管虫，它们拉直能有一个成人那么高。奇怪的是，它没有嘴、没有内脏，也没有肛门，那么它是如何生存的呢？靠的就是微生物。
在管虫生活的海底火山口附近，有大量的硫化物，管虫过滤海水，获取硫化物，它们的体内的细菌会产生一种能分解硫化物的酶，提取出碳元素，为身体供给能量，同时排出硫元素。有了这种化学合成机制，管虫就既不需要消化系统，也不需要张嘴，细菌为它提供了所有能量。这种能量获取形式，直到20世纪80年代才被人发现。过去的人们一直认为，所有的生命都是由阳光驱动的，光合作用产生能量，为植物和动物的生存提供基础。但是在深海，阳光根本无法抵达，微生物创造了一种全新的能量形式，在漆黑的海底，打造出了一个丰富的生命乐园。
提供能量只能算是初级技能，我们再来看看微生物的一个进阶本领。如果你在秋天的时候来到欧洲的苹果园，你就会看到苹果树黄橙相间的叶片上，有一些不同寻常的绿色斑点，这是一种名叫沃尔巴克氏体的细菌作用的结果。它寄生在一种蛾子的幼虫身上，而幼虫就生活在苹果树的叶片里。当秋天来临，沃尔巴克氏体就会在幼虫体内释放激素，这种激素可以阻止叶片变黄、枯萎，在叶片上制造一块小小的绿色，好让幼虫有足够的时间退化成蛾。如果消灭了沃尔巴克氏体，叶片就会凋零，里面的幼虫也会随之死去。听上去是不是很惊人？
刚才说的两个例子，都是微生物凭借自身的力量帮助动物生存，它还有一个更加高级的本领，叫做交换基因，能让动物迅速获得它原本没有的生存能力。
交换基因这个词听上去有点科幻，我们来慢慢解释。在动物世界，我们身体里的基因都是从父母身上继承的，你不能得到我的任何基因，我也无法获取你的任何基因。但是在微生物的世界里，细菌们可以像交换电话号码一样轻松地交换基因。他们有时候会彼此靠近，像交配一样互换基因，有时候他们发现周围有别的细菌死亡，还能从它们的身上捡起来基因。比如，科学家们发现，把一些无害的细菌和死去的传染病细菌混合在一起，原本无害的细菌突然变成了致病细菌，因为这些无害细菌将传染病细菌的基因吸收，并且整合到了自己的基因组中。如果一种细菌创新的演化出了一种本领，那么它周围的邻居就可以快速地获得相同的本领。微生物这种变换基因的本领，也能让动物迅速获得它原本没有的能力。
举个例子，有一种全球性的害虫叫二斑叶螨，它能吃掉超过1100种植物，而植物通常有自己的化学保护机制，能释放不同的毒素抵御害虫，二斑叶螨简直就是万能解毒高手，可它身上的解毒基因都不是自己原生的，而是来自于细菌。当它准备吃掉某种植物时，它体内原有的细菌就可以找到一个带有解毒基因的细菌，并且整合到自己的基因中，于是就能凭空解锁一套新的解读本领。这套装载技能的方法不仅二斑叶螨可以，人类也可以。
举个例子，纯种的欧洲人和北美人在吃完海苔之后，便很有可能马上便秘，因为海苔含有独特的碳水化合物，人类原本没有可以分解这种物质的酶。但是日本人消化海苔就没有任何问题，它们消化海苔的基因就是从一种细菌身上获得的，这种细菌名叫左氏菌，它生活在海洋里，是分解海苔的高手。科学家推测，几个世纪以前，一群生活在日本海域里的左氏菌附着在了一片海苔上，分解并且食用了这块海苔，突然一个渔夫将海苔连根拔起带回家吃掉了，也一并吞下了这些左氏菌。左氏菌发现自己进入了一个全新的环境，周围全是一些陌生的肠道细菌，于是它就开始了细菌擅长的本领——交换基因，将消化海苔的基因传送给了人类肠道中的泥杆菌，而大人又将肠道微生物遗传给了孩子，日本人就具备了消化海苔的能力。
一直以来，人们一直认为动物基因是一片神圣、不可渗透的领域，后天无法改写，可是在2001年，科学家鉴定了数千个人体基因，其中竟然有223个基因是与细菌共享的，基因的确是可以从细菌移动到动物身上。
听到这里，你大概已经转变了对微生物的看法，它们帮助动物塑造身体、促进发育，还能赋予动物独特的生存技能，看起来就像是我们的朋友。但作者说微生物可以是合作伙伴，但却不是朋友，微生物与动物的和谐的共生关系下，也埋藏着冲突、自私和背叛。下面我们就来讲第三部分，微生物如何操控动物的行为。
微生物操控起动物来，可谓是不择手段。比如有一种寄生在猫身体内的微生物，名叫弓形虫，猫是它的最终宿主，如果弓形虫感染了其他动物，它就会想方设法地回到猫的身上。科学家做了个实验，将弓形虫注射到小白鼠身上，如果一只正常的老鼠，不管它这辈子有没有见过猫，闻到猫的味道就会绕着走，因为对于天敌的直觉已经牢牢地编写在了它的基因程序里。可是感染了弓形虫的小白鼠，居然钻进了装有猫尿的盒子里，流连忘返，因为小白鼠体内的弓形虫要回到自己的最终宿主猫的身上，所以改变了小白鼠的行为。这真是令人不寒而栗。
不仅是老鼠，人如果感染上了弓形虫，也会变得热衷于猫尿的气味。科学家还发现，弓形虫甚至有可能让人类也丧失对死亡的恐惧。有一种解释说，弓形虫的代谢产物可以和大脑中的某种受体结合，让人就像是服用了止疼药一般，产生一种麻痹的效果，这可能会让有自虐自杀倾向的人在割开皮肤的时候感觉不到疼痛，反而产生快感。不过爱猫人士也不必太过担心，免疫系统会保护我们免受弓形虫的危害。弓形虫会危害胎儿健康，但孕妇也不要过度紧张，弓形虫会随着猫咪的粪便排出体外，这是目前已知它唯一可能感染人类的途径，孕妇不要亲自动手清理猫砂就好了。
会实施类似阴谋的，还有非洲水域中的一种寄生虫，它们必须进入火烈鸟的身体才能繁衍，于是它们先入侵到一种虾的体内，使原本透明的虾颜色变红，变红的虾在水里边非常显眼，很容易被火烈鸟发现并吃掉，于是这种寄生虫就能顺理成章地进入火烈鸟的肚子里。
微生物还能操纵宿主的性生活。前面咱们说到了，一种名叫沃尔巴克氏体的细菌，它会干扰黄蜂的雄激素分泌，把蜂群中的雄性全部都转化为雌性，让它们通过无性繁殖来繁衍。当科学家给这些黄蜂使用抗生素，杀死它们体内的细菌后，蜂群中竟然重新出现了雄性。
与黄蜂同病相怜的还有一种蝴蝶，名叫幻紫斑霞蝶，它的雄性胚胎总是被沃尔巴克氏体杀死，从而使蝶群中的雌雄比例超过了100比一。为什么这种细菌总是要杀死雄性呢？它是被雄性伤害过吗？原来，沃尔巴克氏体只能通过动物的卵子，而不是精子来传播，所以它要想方设法扩大雌性群体的数量，甚至逼迫宿主进行无性繁殖。即使在有性繁殖里，这种细菌也能操纵受精状态，只有感染了沃尔巴克氏体的卵子，才能够成功受精，否则受精几率就大大降低。这就意味着，只有受到感染的雌性，才能一代一代的繁衍下去，这就能让沃尔巴克氏体几乎是百分之百的传播。
但操纵性生活还不是沃尔巴克氏体最厉害的地方，它甚至可以创造出新的物种。科学家发现，有两种关系密切的寄生蜂，分别叫吉氏金晓峰和常角力经晓峰，虽然它们俩长得一模一样，但是却是两个独立的物种，因为它们之间存在生殖隔离，也就是它们无法交配繁衍。两种金晓峰身上携带不同的沃尔巴克氏体菌株，会在这两种金晓峰交配的时候形成竞争关系，杀死杂交后代。当人们用抗生素除掉这些沃尔巴克氏体时，生殖隔离一下子就弥合了，杂交后代就能存活下来了。于是科学家们推测，微生物能分隔出两个新的物种，也就是说，这两种金晓峰原本可能是一个物种，由于沃尔巴克氏体，它们变成了两个物种。
一项研究估计，每十种节肢动物中，至少有四种会感染沃尔巴克氏体。节肢动物是动物世界中种类最多、数量最大、分布最广的一类，种类占到了所有动物的80%，包括各种昆虫、蜘蛛、蝎子、螨虫等等。作者说，如果沃尔巴克氏体感染了其中的40%，那么几乎可以说，它是世界上活得最成功的细菌，至少是陆地上的王者。
以上我们通过三个部分，带你感受了微生物世界的奇妙。如此强悍的微生物世界，如果能被我们合理利用，会产生意想不到的神奇效果。下面我们来看看，人类是如何利用微生物为我们服务的。
第一个应用比较重口味，叫做粪便移植术，它可以治疗棘手的肠道疾病。我们的肠道里有500多种微生物，与我们的健康息息相关，不同的微生物之间会形成一张互相喂养、彼此支持的复杂网络，牵一发而动全身，这导致有些肠道疾病十分棘手，普通的医疗手段根本就没法医治。比如说一种名叫艰难梭菌的细菌，它会引发严重腹泻、伪膜性结肠炎、肠梗阻等疾病。2008年，美国的一名感染了艰难梭菌的61岁女性受尽了腹泻的折磨，她肠道内的微生物多样性几乎被破坏殆尽，体重降到了只有25 kg。医生穷尽了办法，全都不管用，最后这位医生想到了一个办法——粪便移植术，就是把健康人的粪便移植到病人的肠道里，这样粪便里面所含有的一整套健康的微生物群，也将整体的入住病人的肠道。于是这名女性的丈夫捐赠了自己的粪便样本，医生将样本搅拌粉碎，通过结肠镜把一杯粪便浆输送到病人的肠道中。神奇的是，不到一天她就不再腹泻了，一个月内，艰难梭菌彻底消失了，没有任何反弹，一个棘手的病症就这样彻底快速的治愈了。
这个案例是粪便移植术的原型，移植后，微生物重置了病人的肠道环境，几乎就像是做了一次器官移植。此后成功的案例不断涌现，2013年，有医学团队用实验表明，粪便移植术治愈艰难梭菌的成功率高到了94%。在医学领域里，某种疾病能够达到如此高的治愈率，而且没有严重的副作用，这是闻所未闻的。更棒的是，粪便还不要钱，这是人类利用微生物致病的一次重大的创新。有一家非营利组织甚至运营了一家粪便银行，捐赠者需要通过一系列的筛选测试，它们的粪便就会经过过滤、胶囊包装，最后被冷冻起来，送到有需求的医院。
利用微生物不仅能治疗肠道疾病，还能防控传染病。下面我来介绍第二个应用，用微生物消灭登革热。登革热是一种传染病，它有一种名叫埃及伊蚊的蚊子传播，能造成发烧、头痛、皮疹、严重的关节痛和肌肉痛，目前还没有针对登革热的疫苗和有效的治疗手段，控制登革热唯一的有效方法只有预防，比如用杀虫剂杀死埃及伊蚊，但是这种手段效果有限，很难灭绝这种蚊子。于是科学家们想了一个反常规的办法，释放更多的蚊子来阻止登革热的传播，但是这些蚊子不同于它的野生种类，人类在它们身上植入了一种细菌，就是前面讲到的沃尔巴克氏体。科学家发现，有一种沃尔巴克氏体可以让蚊子对登革热病毒产生抗性，也就是说，如果蚊子感染了这种沃尔巴克氏体，那么它就对登革热病毒免疫了，也就无法再携带病毒。如果我们能把蚊子种群彻底改造，让它们全部都感染上沃尔巴克氏体，那么登革热的传播载体就会被切断。可是怎么才能改造全部的种群呢？科学家的做法是，在野外释放出足够多携带沃尔巴克氏体的蚊子。我们前面说过，沃尔巴克氏体专门通过昆虫的卵来传播，只允许受到感染的卵一代一代地存活下去，当携带这种细菌的蚊子进入到野外的蚊群中时，就会传染其他的蚊子，它们生下来的小蚊子就都得携带沃尔巴克氏，对登革热就免疫了。实验证明，这的确是可行的。2006年，科学家团体带着准备好的蚊子来到了澳大利亚的两个居民区，说服居民们往自己的房子里放蚊子，每隔四栋房子就释放几十只蚊子，一共释放了大约30万只。短短四个月内，抗登革热的蚊子已经取代了90%的原生蚊子，这是历史上第一次，人类通过创造微生物与昆虫的共生关系，改变了野生昆虫的种群，阻止了它们传播疾病。
以上这两个应用听起来更像是黑科技，下面要讲的第三个应用，是我们习以为常的事情，而且是人类自行进化出来的，那就是母乳喂养。
我们都知道母乳喂养是宝宝完美的营养来源，但是你知道它究竟好在哪吗？从营养学的角度看，母乳不过是脂肪和乳糖的混合液，跟奶粉的成分差不多，它唯一的特别之处是，富含200多种人乳低聚糖，简称 HMO。在所有的哺乳动物当中，人类母乳所含的 HMO 是最多的，种类是牛奶的五倍，数量是牛奶的几百倍。科学家原本以为，这就是母乳为婴儿提供的关键营养，可是事实却是让人大跌眼镜，婴儿根本不消化 HMO，宝宝喝下母乳之后，HMO 直接穿过了胃和小肠，直抵大肠，根本就没被吸收。原来这些 HMO 不是喂宝宝的，而是专门喂养细菌用的。婴儿肠道当中有一种细菌，名叫婴儿双歧杆菌，它能把 HMO 吞的一点不剩，其他细菌却是不怎么食用 HMO，因此母乳已经进化成为了专门滋养婴儿双歧杆菌的食物，让它占据肠道菌种的优势地位。当婴儿双歧杆菌消化 HMO 时，会释放一种名叫短链脂肪酸的物质，喂养婴儿的肠道细胞、密封肠道细胞的间隙、制造、调整免疫系统的抗炎分子等等。如果婴儿双歧杆菌得到的是其他的乳糖，也能生存下来，但就不能很好地发挥作用。因此，人们才提倡在有条件的情况下尽可能的母乳喂养，母乳喂养是上万年来人体进化出的一套微生物的利用机制。
一旦断奶，我们就得自力更生的滋养微生物了。随着摄入的食物日益丰盛，我们的身体就能培养出越来越多的肠道细菌，婴儿双歧杆菌就不再占据优势地位。可是我们也不曾察觉，现代人的肠道微生物种类在不断下降，它们就像是濒危动物一样，在悄悄的离我们远去。这其中最大的一个原因就是我们没把细菌给喂好，医生们总是提倡多吃粗粮瓜果，补充纤维素，其实它们就跟母乳一样，压根儿就不是给我们自己吸收的，而是喂给细菌吃的。纤维素非常复杂，需要多种微生物提供不同的酶才能分解，也就是说它喂养了很多种的细菌。如果没有纤维素，饥饿的细菌们就不得不找寻其他东西充饥，比如吃掉你肠道上的粘液层，我们的肠道微生物的多样性也会受到影响。实验证明，如果给小白鼠连续喂养几个月的低纤维素的饮食，它们的肠道微生物种类就会急剧减少，当恢复富含纤维的饮食的时候，微生物种类又开始增多，但是没办法完全恢复，一些被迫下岗的微生物就此一去不归了。这样一代一代的传下去，就有越来越多的微生物离开我们。调查显示，跟乌干达、马拉维、委内瑞拉的农民相比，西方人的肠道微生物多样性简直低得惊人，乌干达农民摄入的纤维素比西方人高出了七倍，虽然西方人也吃素，但是大多是经过精密加工的食物，纤维素早就被破坏了。而缺乏微生物多样性，也就意味着面临着健康的风险。作者说，跟微生物有关的疾病列表简直长到不可思议，从牙周炎到心脏病，从动脉粥样硬化到阿尔茨海默症，简直无所不包。有一位网站撰稿人这样写道：“事实上，没有什么东西对我们的健康起过重要的作用，微生物除外。”
以上就是本书的主要内容。美国天才导演奥逊·威尔斯曾经说过：“我们孤独地出生，孤独地活着，又孤独地死去。”作者说这句话并不准确，纵然我们孑然一身，也绝不孤独，因为和我们共生的微生物千千万万，是时候用惠特曼的诗来改写我们对自己和对微生物的认识了，那就是“我辽阔博大，我包罗万象”。
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