最后,一位家庭主妇送来的一个发霉的哈密瓜改变了历史。从中分离到的一株霉菌可以产生每毫升250个单位的青霉素,其中一株突变体的产量甚至高达每毫升5万个单位。今天世界上所有的产青霉素菌株都是1943年分离到的这株霉菌的后代。

第一,正如青霉素以及它的衍生物所表现的那样,它们进攻的是细菌制造细胞壁所需要的部件。一旦细胞壁受损,细菌细胞就会死亡。有趣的是,失去了细胞壁的细菌往往会“切腹自杀”。

了利用细菌的这些弱点,制造了这些抗生素。第二,抑制细菌合成蛋白质。对于细胞而言,蛋白质至关重要。细菌细胞需要蛋白质来执行一切重要功能,包括消化食物、构筑细胞壁、运动、繁殖、抵御入侵者与竞争者。

第三,扰乱细菌分裂繁殖的能力,破坏它们的增殖过程。一旦细菌的生长受到了抑制,它们的威胁就大大降低,宿主便来得及积累足够的免疫反应清除它们。

有趣的是,抗生素与原子弹几乎是在同一时间登上了历史的舞台:两者背后的科学进步都肇始于20世纪30年代初,也都在40年代投入实际应用。我们曾对原子弹寄予厚望,认为它们是万应灵药,可换得永世和平;类似地,我们也曾认为抗生素可以一劳永逸地解决细菌感染。虽然它们都有一定的益处,但是都没有兑现当初的许诺——这恐怕永远也不会实现。原子弹也好,抗生素也罢,都只是工具,而引起人与人之间、人与细菌之间发生战争的根本原因并未消失。

高比例的剖宫产、对孕妇与新生儿滥用抗生素,这些正在改变着多年以来由母亲传递给胎儿的微生物种类。

随着胚胎生长,母亲的乳房与子宫都开始增大。与此同时,在肉眼看不见的肠道,微生物也开始骚动。在妊娠的头三个月,一些细菌开始大量繁殖,而另外一些则日益减少。到了妊娠的最后三个月,胎儿出生之前,肠道微生物还会发生更大的变化。这些变化并非随机出现,而是涉及几十种特定的微生物的特定转变。对数十位女性的研究表明,微生物组成变化的方向也是一致的。这个模式暗示着这些微生物要完成一些重大的事情,似乎它们是身体里为了促进怀孕和保证分娩而做出的适应性调整的一部分。

当胎儿通过阴道的时候,后者就像一只富有弹性的手掌,紧紧地包裹住婴儿柔软的身体,抚摸过每一寸肌肤。就是在这个过程中,细菌转移发生了。婴儿的皮肤就像海绵,吸收了它周围的乳酸杆菌。胎儿的脑袋朝下,而且面对着母亲的背部,恰好贴合着产道。婴儿吸入的第一口汁液包含了母亲阴道里的微生物,也不排除有一定的肠道微生物。天然的分娩并不是一个无菌的过程,但是它从来都是这种状态——从我们最早的哺乳动物祖先算起,至少7000万年了。

母乳的组成正是为了筛选特定的细菌,并给它们一定的先行优势,从而可以竞争过其他细菌。母乳里也包含了尿素。这本是尿液中的一种主要代谢废物,对婴儿是有毒的,不过它同样可以用于筛选特定的细菌。细菌可以利用尿素作为氮源合成自己的蛋白质,而不必直接与婴儿竞争氮源。母亲体内的废物都可以用来促进对婴儿有益的细菌生长。大自然之机巧,怎不令人赞叹!

到了3岁,每个孩子都已经奠定了自己独特微生物群系的基础。在我看来,这非常了不起。在短短3年的时间里,各种各样的微生物就自发地组织成了一个可以支持生命的系统,而且复杂性与成人的微生物群系不相上下。这个过程在我们每一个人身上都发生过。最初这3年里,新入住的微生物最富于变化,这也正是婴儿在代谢、免疫、神经方面快速发育的时期。这个关键的时期为人生后续的过程,包括童年、青春期、成年、老年阶段都奠定了良好的生物学基础——除非某些外在因素扰乱了它们。

幽门螺杆菌与我们的祖先在漫长的演化历程中不离不弃。在儿童时代或青年时代,携带这些细菌也没有什么危害,因此也就没有选择压力来清除它们。与此相反,疟疾对儿童如此致命,以至于在成千上万年之后,人类演化出了一系列的基因来抵御它。

于是,同样的问题出现了:幽门螺杆菌引起的胃炎到底对人体是好是坏?如何权衡利弊?病理学家认为胃炎是一种疾病,因此将幽门螺杆菌定义为病原体,而生态学家则从一个完全不同的视角看待这些远古的微生物。

人们通常认为人体生长速度最快的阶段(即所谓的“生长迸发期”)是在青春期,但其实并非如此。事实上,人生的头两年半才是生长最快的阶段,也是决定成年身高的关键时期。有经验的儿科医生都知道,将儿童两岁时的身高翻一番,基本上就是这孩子未来的身高了。

对从亚洲收养的儿童的研究表明,如果在3岁之前就移居到美国,他们会长到美国儿童的平均身高。但是如果在3岁之后才移居美国,他们将保持着来源地的身高水平。因此,决定身高的因素必然在于儿童的早期阶段。

生命早期接触的抗生素干扰了微生物群系。为什么要强调生命早期?因为这是一个关键时期,此时儿童的器官与系统正在发育。或许正是抗生素导致了儿童的增重,并构成了肥胖症蔓延的“缺失的一环”——这个想法似乎有点道理,但是我们必须深入研究来检验它是否成立。

现代的高热量食物本身并不足以解释蔓延的肥胖症,抗生素的使用也起了推波助澜的作用。

这暗示着,生命早期短暂接触过抗生素可以干扰体内微生物的组成,而且,即使这种干扰本身是暂时的,它们的后果却是终生性的。

肠壁内有丰富的神经网络通过迷走神经直接向大脑传递神经信号。最近一系列在啮齿动物中进行的研究,发现这种自下(肠道)往上(大脑)的信号传递可以影响认知发育和情绪。

我们曾经以为血清素都是在大脑里合成、传递的,但事实上,你体内80%的血清素都是由肠道内的神经内分泌细胞合成的。而且,肠道内的细菌也与这些神经内分泌细胞有所交流——这种交流可以通过直接作用,也可以通过细菌招募的炎症细胞间接作用。这是一场生生不息的对话。肠道里的许多微生物还会合成大脑行使正常功能所必需的化合物,神经节苷脂就是其中一种——这是一种类似于碳水化合物的小分子,神经细胞用它来合成细胞膜。

人体产生的雌激素——无论男女都会分泌雌激素,当然在女性之中含量更高——随血液进入肝脏。在肝脏里,雌激素会被修饰,这意味着肝脏细胞为它们添加了另外一种化合物,往往是一种糖类。然后,这些修饰过的雌激素被肝脏分泌到胆汁里,并随着胆汁进入了肠道。如果在肠道里没有受到任何干扰的话,这些“多余的”雌激素就会被排出体外。

在漫长的人类历史中,食物基本上都是短缺的,因此,人们往往需要探索未知的动植物以获得更多能量。在这种情况下,拥有一个更大的酶资源库对探索更广泛的食物是有益的。而为我们提供这些酶资源的,正是我们体内的微生物。

“阴道纱布技术”(gauze-in-the-vagina)是由我的妻子格洛丽亚在波多黎各研究出来的。道理很简单。既然剖宫产出生的婴儿缺失了母亲阴道的微生物,我们可以人为地弥补这项缺陷。将一团纱布放在待产的母亲阴道里,这样便可以收集满是细菌的分泌物。然后,等孩子一出生,就小心地将分泌物涂抹到婴儿的皮肤和嘴上。这与阴道分娩并不完全一致,但是从微生物的角度讲,这是朝正确方向迈出的第一步。

比如之前讨论过的,母乳里含有多种天然的益生元,包括许多小分子糖类,可以被婴儿肠道中的特定细菌所利用。母乳之中的这些天然物质会筛选在婴儿肠道里入住的早期细菌。化学家利用这些天然物质及相关配方作为益生元来促进人们肠道里本来就有的细菌。

粪菌移植(fecalmicrobiotatransplan-tation, FMT),通俗点讲,就是将某人粪便中的细菌移植到另一个人体内。乍一听到这个过程难免让人恶心,但是它的确可以挽救生命,特别是那些反复受艰难梭状芽孢杆菌折磨的患者。

为了进行治疗,医生先要获得粪样——从健康人身上获得新鲜的样品。这可能来自于患者的家属,或者是来自其他已被审核过的捐赠者。医生用盐水将粪样稀释成糨糊状,然后将其接种到患者体内。这可以通过塑料管或者内窥镜经鼻腔接种到胃部或者十二指肠,也可以从肛门通过灌肠接种到结肠或者直肠。

研究人员对反复受艰难梭状芽孢杆菌感染的患者进行了随机临床测试——受试者有机会选择接受传统抗生素治疗或者是粪菌移植。结果,接受了抗生素的治愈率是31%,而接受了粪菌移植的治愈率是94%。差别如此巨大以至于测试不得不中止——既然有了如此有效的替代方案,再继续使用传统的抗生素疗法就太不人道了。

我们体内世代相承的微生物不是无缘无故地存在的,它们是漫长演化的产物。任何对它们的改变都可能让我们付出代价,而现在,我们已经相当剧烈地改变了它们。苦果已经酿成,我们不过刚开始意识到而已——问题还会进一步发酵。