細菌能指導動物發育,還能控制大腦?沒了細菌很多動物無法長大

現在人們生活中用到的消毒類產品越來越多，從餐具到各種日用品，甚至是衣服鞋子，很多人都有用熱水燙碗筷的習慣。那麼細菌真的那麼有害嗎，它們如何與我們共同相處了15萬年？今天咱們就來稍微聊一聊這個話題。

什麼都要殺個菌，仿佛細菌越少家庭越幸福一樣

腸道細菌可影響精神健康

每個人都有自己的性格差異，胃口喜好。如今人們大多認為這都是一個人不可分割的一部分，是人的內在屬性，靈魂的一部分。很長一段時間裡科學家也是這麼認為的，直到微生物學的崛起。我們來看一看在小鼠身上我們發現了什麼有趣的現象。

2001年，神經學家保羅·帕特森（Paul Patterson）給懷孕的小鼠注射了一些類似疫苗的物質，它可以激活母鼠的免疫系統，使其產生免疫過激反應。這樣的母鼠產下的幼仔並沒有什麼不正常，但是當它們長大時，其行為就開始變得異於一般的小鼠：它們特別牴觸進入開放的空間，很容易受到巨大聲音的驚嚇，喜歡一遍又一遍地舔舐自己的毛，或是反覆地把一枚玻璃球埋到木屑裡再挖出來，它們比同齡的小鼠更不願參與社交。

實驗室的常用素材——小鼠

焦慮、刻板行為、社交障礙。這看上去其實非常像兩種人類的精神問題：自B症和精神FL症。（可能會觸發關鍵詞，故修改）而且它們之間的關聯並沒有一般人想的那麼突兀，在以往的臨床資料中就存在「患過嚴重流感或麻疹的孕婦更可能是誕下有自閉症和精神分裂症的孩子」的記錄。母親的免疫反應可能會影響孩子的大腦發肓，但這種關係是怎麼實現的呢？帕特森對此並沒有頭緒，直到他遇到了研究腸道細菌的薩爾基斯·馬茲馬尼亞（Sarkis Mazmanian）。

馬茲馬尼亞的研究內容是「腸道微生物會影響免疫系統」，而帕特森研究的內容是「免疫系統會影響大腦發育」，兩人在一起聊了聊後一致認為，或許二者就是直接的相承關係，是腸道微生物影響了小鼠大腦的發育。於是他們給小鼠補一些細菌，比如健康小鼠腸道裡含量非常豐富的脆弱擬桿菌（Bacteroides fragilis）。

脆弱擬桿菌

效果非常驚人，本來非常膽小的小鼠變得大膽起來，開始四處探索，不再易驚，刻板行為也消失了，也變得更喜歡社交了（雖然它們還是不太願意和其他小鼠呆在一起）。也就是說通過補充細菌，它們基本已經被治好了。

那麼這到底是什麼原理呢？通過觀察小鼠的腸道，他們發現凡是母親經歷過嚴重免疫反應的小鼠，其腸道都非常脆弱，血管稀稀拉拉，上表皮細胞也特別薄，小腸絨毛非常畸短，發育非常不好。同時它們腸道中的細菌群落也和健康小鼠大相逕庭，這些微生物會分泌很多奇奇怪怪的化學物質，這些化學物質滲透進小鼠的腸血管並通過循環進入大腦，進而影響小鼠的行為。

這些化學物質中影響最大的罪魁禍首是一種名為4-乙基苯基硫酸鹽（4EPS）的毒素，當健康小鼠注射了這種毒素後也會出現類自閉的情況。在給小鼠補充了脆弱擬桿菌後，這些細菌會在小鼠的腸道壁上形成一層保護膜，阻止這些毒素進入小鼠的血液，從而扭轉小鼠的精神狀態。

三種毒素，其中以4EPS最厲害

後來的實驗中，有研究小組成功地通過讓無菌小鼠感染患自B症兒童的腸道菌群，主動獲得了類自B的症狀，進一步加深了細菌和精神問題之間的關聯。

細菌多重要？大多數人一無所知

自1876年，羅伯特·科赫發現炭疽桿菌可以致病以來。人類對於微生物的態度已經轉過好幾次了，從一開始的「無所謂」，到後來的「避之不及」，再到現在鋪天蓋地的「補菌劑」和「滅菌劑」。普通人現在似乎將細菌分為了兩個陣營：有益菌和有害菌，有不少人為了健康每天服用保健品，而有一些人則為了把細菌消滅乾淨而歇斯底裡。其實他們都不知道，就連專業的微生物研究都一直認為自己對微生物知之甚少，何況一些出發點是商業宣傳的內容呢？

上面的小鼠研究故事中有一些內容沒有交待清楚——為什麼母親的免疫反應會導致小鼠的腸道發育不良？相信當我繼續深挖而你們隨著我一起逐漸深入後，一定會大吃一驚。

現在我先問一個問題，一個沒有細菌的世界會是什麼樣子？

如果你有高中程度的科學素養，那麼你一定會這麼回答我：「因為細菌在生態環境中充當著分解者的角色，所以當失去細菌後生物的遺體就無法分解，進入生態循環。依賴細菌分解植物的食草動物也會紛紛死亡，最終所有生物都會滅絕」。

這個答案很標準，但並不是我想要給你們展示的令人驚奇的事情，現在我將部分有趣的研究成果告訴你，當沒有細菌後：

埃及伊蚊（就是我們常見的花腿蚊子）無法成蛹，只能死在幼蟲態（孑孓）。

海綿、貽貝、藤壺、珊瑚、牡蠣的幼蟲將不能將自己固定下來，也無法進入生命的下一個階段。

貓狗和它們的親戚將不能用氣味標記領地和社交。

幾乎所有的發光海洋生物將會失去發光能力

昆蟲幾乎全滅，它的很多功能都不是自己完成的，而是依賴細菌完成的，比如米象（米蟲）的外骨骼就是由細菌幫助合成的，昆蟲們為此特別進化出了一種細胞叫「含菌細胞」專門用來儲存和使用各種細菌。

發光烏賊，它們依靠的是體內的費氏弧菌

也就是說，細菌並非僅僅是一個「垃圾處理工」而已，它們在很多方面發揮著驚人的作用，特別是那些小型生物，它們的很多極重要的功能都已經「外包」給了細菌，它們已經不是簡單的「互惠互利」，而是「強行綁定」了。比如再生能力世界第一的渦蟲，即使把它切成10段依然可以再生，而非常神奇的是，它和漫畫裡完全不一樣，如果把它的頭切掉，可以再長出一個頭來，但是切下來的頭卻不能長出一個尾巴，只能死翹翹了；原因竟然是因為給它提供能量的細菌只在頭部沒有分布。

再生能力最強的動物——渦蟲

事實上，我們向更久遠之前的歷史看去，就會發現一些更驚人的事情。我們細胞內存在著很多細胞器，其中有兩個結構非常特別，一個是線粒體，一個是葉綠體。因為它們有自己的細胞膜和DNA，仿佛是一個小細胞一樣。曾經這個問題讓生物學家大為苦惱，但是如今通過研究我們已經知道了，這是源於一次十幾億年前的共生關係。一枚小細菌被一枚古菌吞噬後不知為何沒有消化掉，而是在它的內部安營紮寨，定居下來；這一偉大的跨界合作產生的是一枚真核細胞，也就是我們所有多細胞生物的祖先。

它們都是真核生物，擁有細胞核和線粒體

也就是說，如果是廣義上的消滅所有細菌的活，我們所有動植物都會「當場去世」。

細菌甚至可以是導師

現在讓我們回到小鼠這裡，難道說小鼠的腸道發育不良也是和細菌有關？正是！在完全無菌的環境下成長的小鼠和母親免疫過激的小鼠一樣，腸道發育嚴重不良，血管少，上皮薄，容易發生出血和滲漏。是因為沒有細菌作保護層嗎？並不是，而是小鼠的腸道細胞DNA沒有充分表達，很多功能都沒有激活。

而正確的細菌正是激活小鼠自身DNA的關鍵，研究人員發現多形擬桿菌能讓小鼠有關營養物質的吸收，建立不滲漏的屏障，分解毒素，生長血管，創建成熟細胞等多種基因充分表達。也就是說，是細菌「指導了小鼠如何使用自己的基因」！它們並不是一個勞工的角色而更像是一句經驗豐富的老師，沒有它小鼠的生命甚至根本不完整。

平衡的菌群（左）和失衡的菌群（右）

當母親出現免疫過激時，這種信息會影響小鼠並讓它在出生後的一年中都處於異常的免疫活躍狀態，這樣對小鼠有益的菌種就無法在小鼠的體內定植，錯失了這一最佳菌群培養時間，小鼠的腸道就會發育不良；而發育不良的腸道又不適合有益菌種與其他菌種競爭，進而導致其體內菌群狀態混亂，分泌毒素的細菌佔據主流，進而導致其出現自閉現象。

細菌的角色是什麼

在生命漫漫長夜的35億年間，細菌們佔領了足足25億年。所以當多細胞生物出現在地球上的時候，那已經是一個充滿著細菌的世界了。我們知道植物有向光性，因為光可以供給光合作用，同樣，當一個多細胞生物需要一種化學物質，而環境中恰恰有一種細菌可以產生這種物質，那會發生什麼？自然是直接向細菌索取，這就像光或空氣一樣自然，細菌一直在促使著多細胞生物一起進化。

向光性是由生長素的主動轉移決定的

正如同陽光給我們帶來光和熱，也能帶來白內障和皮膚癌一樣，細菌其實也本沒有好壞之分，它們就是環境的一部分，只有當它們以正確的結構出現在正確的位置時，才能發揮益處，當它們「不小心」進入到不該進入的區域後，就會引發疾病（比如大腸桿菌進入了小腸）。即使是在我們細胞內馴化了10億年之久的線粒體，如果因大規模受傷而進入血液，一樣可以引發全身性炎症甚至是敗血症。

我們還無法駕馭細菌

因為細菌最大的迷團其實是在細菌群上，有一段時間微生物學家認為我們已經完全掌握了培養細菌的能力。但是後來人們通過直接DNA測序發現，人類的腸道菌群有大約400種細菌，可人工培養的細菌只佔了20%，很多細菌是不能單獨生長的。它們之間有著各種錯綜複雜的供養關係，所以我們根本沒法研究出其中的所有化學成分。

細菌的種群密度不一致，效果也可能完全不同

這也就是說細菌群落從某種意義上來說是一個整體，一個生態系統，我們既無法知道它們對我們的益處是如何生效，也不知道在什麼情況下它們會讓我們生病。

所以我們現在知道，無論我們想要對日常生活中的細菌做什麼——無論是增強還是消滅，其實都是一些類似行為藝術的事，滅菌不一定會讓我們更健康（有時甚至還有害，有研究顯示過分乾淨的環境中長大的孩子更易得各種過敏症），補菌也不見得有什麼功效（比如種類乳酸菌，基本沒有多少能到達腸道，即使抵達了也無力影響整體的腸道菌群環境）。所以……大多數時候一個人要想活的健康快樂還是任其自然吧，別管這些小東西，它們會自然會成為應該成為的樣子。

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