显微镜下的室友：邂逅二十万种小小生物（上）

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　　显微镜下的室友：邂逅二十万种小小生物（美）罗布·邓恩（Rob Dunn）著李超群译我小时候，是在外边玩大的。我和姐姐堆城堡，修小路，挂在树枝上荡来荡去。屋子里头是睡觉的地方，只有在天冷得手指头都要冻掉，实在无法出门时我们才待在屋里（我们住在密歇根州的乡下，一冬天都是这么严寒）。外边的广阔天地——那才是我们真正的家。自儿时起，我们的世界就发生了翻天覆地的变化。如今的孩子都是在室内长大的，偶尔有片刻的活动，也是从自己家去另一所房子。这一点儿也不夸张。现在，一般美国孩子有93%的时间是在室内或车里度过的。不光是美国的孩子，加拿大、欧洲和亚洲多数国家的孩子也是如此。   我说这些，不是为了哀叹世界多么糟糕，而是为了说明这种变化揭示了我们处于人类文化演变的崭新时期。我们已经从现代人变成（或正在变成）一个新人种——“宅人”（Homo indoorus ），即生活在室内的人。我们生活的世界，由房子、公寓的墙壁组成，房间与走廊和其他房子的联系，远远多于和外部世界的联系。一想到这种改变，我们似乎应当把了解室内生物以及它们对健康的影响作为首要任务。实际上，我们才刚开了个头。在微生物学学科设立之初，人们已经知道自己家里有其他的小生物在生活了。当时，有个名叫安东尼·凡·列文虎克（Antoni van Leeuwenhoek）的人开创了微生物研究，他在自己家、邻居家和自己身上发现了数量惊人的生物。他带着沉迷的喜悦甚至敬畏之情去研究这些生物。但他的事业在他死后的一百年里无人问津。后来，当人们终于发现其中一些生物会使人患病后，才开始关注这些病原体。公众的观点随之发生巨变，人们认为：生活在我们周围的微生物都是对人有害的，一旦意识到它们的存在，就要把它们消灭干净。这种态度转变挽救了很多人的性命，但同时也走向了另一个极端：没有人真正停下脚步来研究我们身边的微生物，并惊奇于它们的存在。但从几年前开始，一切都有所改观。我的团队和很多其他团队开始认真研究人们家里的生物。我们研究它们的方式是为哥斯达黎加热带雨林或南非草原进行编目的方式。在这些工作过程中我们大吃一惊，本来以为会发现几百种生物，结果竟然发现了超过20万种（具体种类和计算方式有关）。这其中有许多是微生物，另外有一些体型要大点儿，但也被人们忽略了。来，试着吸口气，深呼吸。随着我们每一次呼吸，氧气被送到肺泡深处，同时被吸入的还有几百上千个微生物。请你坐下。你坐下的位置周围会有几千种飘浮、弹跳、爬行着的小生物。我们在家的时候，其实从来都不是“独自”一人。那生活在我们周围的都是些什么生物呢？当然也有肉眼可见、体型稍大的生物。有几十上百种脊椎动物，以及更多种类的植物和我们同在一个屋檐下。昆虫等节肢动物更多，也能被肉眼观察到。比节肢动物更多、体型却不一定更小的是真菌。比真菌更微小、肉眼完全看不见的是细菌。在人类家中发现的细菌的种类，比地球上所有的鸟类和哺乳动物加起来都要多。接下来，比细菌更小的是病毒，既有感染植物和动物的病毒，也有专门感染细菌的病毒——噬菌体。在统计的时候，我们会单独计算这些不同种类的生物。但其实，它们是一同来到我们家的。例如，在前院玩耍的狗身上携带着跳蚤，在跳蚤的肠道里生活着细菌和真菌，而细菌和真菌身上有噬菌体。当《格列佛游记》（Gulliver's Travels ）作者乔纳森·斯威夫特（Jonathan Swift）写下“跳蚤身上也有吸血者”时，他还远远想不到微观世界有多么复杂。读到这儿，你可能会想冲回家，一遍遍地冲洗消毒。不过让人惊奇的，还不仅仅是这些生物的存在。我和同事们研究发现：在物种最丰富、充满各种生物的家里，许多生物都是对人有益的，有些甚至是必需的。它们其中一些让免疫系统发挥作用，另一些通过与病原体和害虫竞争来控制它们的数量，还有些是能帮我们开发出新的酶类和药物的宝库，有一些可用于发酵新品种的啤酒和面包。成百上千种微生物，通过发挥生态效用为人类做出贡献，比如净化自来水。生活在我们家里的生物，其实大部分都是无害或有益的。不幸的是，正当科学家开始了解许多家中生物对人类的益处甚至必要性时，人们却更努力地给室内空间消毒。这一举动带来了意外但也可以预料的后果。使用杀虫剂和杀菌剂、隔绝室内与外界的工作，同时也杀灭、隔绝了对此毫无抵抗力的有益生物。我们无意中帮助了德国蟑螂、螨虫和耐甲氧西林葡萄球菌（MRSA）等抵抗力强的生物，让它们活了下来。我们不仅是帮了它们的忙，而且促进了它们的演化。人类家中生物的演化速度是地球上最快的，甚至很可能是地球历史上最快的。我们促进其演化，并危害了我们自己。同时，那些可能与这些新生的、危害更大的物种相竞争的生物却消失了。此外，这些变化影响的区域十分广泛：室内生态系统，是地球上扩张速度最快的生物系统，比某些自然界中的生态系统还要大。我们用一个特定地区来思考这种转变，可能更好理解。比如就纽约市的曼哈顿区来说：在图a中，我们可以看到整个曼哈顿的地面区域。较大的圈显示室内地面，较小的圈显示室外泥土地面，可以看到，曼哈顿的室内地面面积约是室外土地面积的三倍。那些能在室内生存的生物，在此找到了大量的食物和稳定宜居的环境。这样看，室内永远都不会是无菌的。人们说“自然界厌弃真空”，其实不对，更好的说法是“自然界吞噬了真空”。那些能利用无人竞争的食物、占领没有天敌的生存领地的生物，将像潮水般灌进来，钻进门缝和角落，爬到衣柜里和床榻上。对我们来说，最好的结果就是让更多有益而非有害的生物在室内生活。不过，在此之前，我们先要了解那些已经在室内定居、我们几乎一无所知的20多万种生物。 

　　图a　单看地面面积，曼哈顿的室内面积之和几乎是这个岛屿土地面积的3倍。随着城市人口不断增长，日渐密集，地球上多数人很快都会生活在室内面积大于土地面积的区域里（图片来源：人造环境生态演化NESCent研究小组）本书讲述的正是和我们一起宅在家里的生物“室友”以及它们变迁的故事。它们揭示着我们人的秘密，体现着我们的选择，也预示着我们的未来。它们影响着我们的健康，既神秘又壮观，并且影响深远。尽管其中大多数生物都不为人所知，但我们了解的一小部分已经足够令人惊叹。这些生物的繁衍生息，并不像我们以前所想的那样。我所从事的事业，不为眼前的名声，而是为求知，我的求知欲比旁人更深，因此每次有所观察，我都会立刻记下，以供有思之人参考。——列文虎克，1716年6月12日与友人书 对人类家中生物的研究具体源于何时，没有确切的说法，不过很可能是始于1676年的某一天。在荷兰的代尔夫特，列文虎克走过一个半街区去市场买黑胡椒。他慢慢走过鱼摊，走过肉铺，经过市政厅。他买了点胡椒，付完钱，向商贩道过谢就回家了。不过回家之后，他没把胡椒撒在食物上。相反，他小心地把约10毫升黑胡椒粒加入有水的茶杯，这是为了把胡椒泡软、打开，好看看里面有什么，为什么会有辣味。接下来几周，他一遍遍观察这些胡椒粒。过了3个星期，他做了一个事后被证明具有非凡意义的决定——他吸取了一些胡椒水的水样到一根他自己吹制的细玻璃管中。这些水看起来十分浑浊。他把样品放到由固定在金属框架上的镜头所构成的一个类似显微镜的装置下去观察。这个透镜很适合观察像胡椒水这样的透明液体，也适合观察他后来制作的固体切片标本。   列文虎克透过镜头观察胡椒水，看见了一些特别的生物。但要看清楚究竟是什么，还需要一番摆弄和调整。如果当时是晚上，他会把蜡烛移来移去，如果是白天，他是靠窗子透进来的光线，不断变换位置。他观察了好几个样本。1676年4月24日，他终于找到了一个清晰的视角。他发现这些东西不同寻常，然后写道：“有大量的微生物，种类繁多。”他之前也见过微小的生物，但从没见过这么小的。一个星期后，他以不同顺序一遍遍重复这一过程，之后又用胡椒碎代替胡椒粒来观察，将胡椒泡在雨水里观察，将其他香料泡在水里来观察，都是用他自己的茶杯泡的。在一次次尝试中，他看到了越来越多的微生物。这是人类第一次观察到微生物。而且，这一发现是在家中通过观察任何厨房都可以见到的原材料——胡椒和水——得出的。列文虎克站到了他家中的微生物所构成的蛮荒之地的边缘。他看到了前人从未见过的生命世界。至于有没有人相信还是个问题。早在10年前，列文虎克可能就已经开始用显微镜观察他家和周围环境中的生物了。在花费了成百上千个小时探索自家或自己的日常生活后，他才发现了胡椒水中的细菌。机遇着实偏爱那些有准备的人，但它更青睐沉迷其中的人。科学家很自然地会沉迷某些事情。当你专心致志且充满好奇时，就会入迷，任何人都有可能对某件事入迷。列文虎克也不是传统意义上的科学家。他平时从事纺织行业，在代尔夫特的家中开了一间商店，卖布匹、纽扣和其他小零碎。   最开始，他可能是用透镜来检查一些布匹上的细线。   不过后来，他或许受到了英国科学家罗伯特·胡克（Robert Hooke）所著的《显微术》（Micrographia ）   一书的启发，开始观察家中的其他东西。列文虎克不会说英文，他可能看不懂罗伯特的原文，但是罗伯特·胡克所绘的通过自制显微镜所见的图画，足以给他巨大的启发。   依我们对列文虎克个性的了解，完全能想象出在浏览那些图画后的动作：一边翻查着刚出版的首本荷英词典，一边一段段吃力地阅读《显微术》中的文字。早在列文虎克用显微镜观察之前，其他科学家就已经用显微镜观察家中生物的细节了。包括罗伯特·胡克在内的科学家们在生命世界的夹缝中发现了我们从未想象过的生命形式，它们展示了一个未知的世界。跳蚤腿、苍蝇眼、书上的毛霉长茎上的孢子囊，这是人们从未见过甚至从未想象过的微观世界。今天我们也能用同样的放大倍率来观察同样的物种，但我们的感受和17世纪的人已经完全不一样了。哪怕在亲眼看到的一刻我们会惊奇不已，但我们早已知道微观世界的存在。那些用显微镜观察的早期科学家，当他们有所发现时，感受到的惊奇感更为强烈，仿佛发现了生命世界的层层表面上书写的密码信息，而这些信息，之前的人类从未见识过。当列文虎克通过显微镜观察他家中和家周围的生命时，他也发现了新的细节。比如他观察跳蚤，画了很多罗伯特·胡克画过的细节图，但也有胡克没注意到的细节。他看到了跳蚤的精囊，只有细沙粒那么大。他甚至看到了精囊里的精子，并且和自己的精子做了比较。   接下来的观察中，他开始发现一些前所未见的生物，只有在显微镜下才能看到。这不是被人忽视的细节，而是意义更重大的发现——他发现了我们现在统称为原生生物（protist）的生命形式，它们都是单细胞生物，形态特征各异，唯一的共同点是体积极小。原生生物可以分裂，可以游动，种类繁多，有些大，有些小，有些长毛，有些光滑，有些有尾，有些无尾，有些附着在表面，有些四处飘荡。列文虎克把他的发现告诉了在代尔夫特的朋友们。他交友甚广，既有鱼贩子，也有外科医生、解剖学家、贵族，其中一个解剖学家名叫莱尼尔·德·格拉夫（Regnier de Graaf），他家离列文虎克家不远。格拉夫年纪轻轻但成就卓著，他在32岁时就发现了输卵管的功能。列文虎克的发现让他印象深刻，虽然他的孩子刚刚夭折，但仍忍着悲痛以列文虎克的名义给伦敦英国皇家学会会长亨利·奥尔登伯格（Henry Oldenburg）写了封信。在信中他说列文虎克拥有令人称奇的显微镜，还恳请皇家学会给他安排科研项目，让他的显微镜和技术有用武之地。格拉夫还随信附上了列文虎克的观察笔记。收到信后，奥尔登伯格直接给列文虎克回了信，并且让他提供与描述文字相配的图画。   1676年8月，列文虎克在回信中（此时格拉夫已不幸英年早逝）加入了更多关于他观察到而胡克等人忽略的细节：霉菌的形态，蜜蜂的刺、头部和眼睛，虱子的身体构成。同时，格拉夫以列文虎克的名义写的第一封信刊登在当年5月19日的《皇家学会哲学学报》上。这是世界上第二古老的科学期刊，当时是它刊行的第八年。此后又有许多类似书信刊登在学报上，有点像今天的博客。这些书信都没有经过编辑的大幅修改，有时甚至结构不清晰，内容散乱、重复。但这些对自己的家和城市中的小生物的观察记录在当时是创新的，描述的是人们前所未见的景象。正是在1676年10月9日的一封信（总第18封）中，列文虎克写下了他对胡椒水的观察。   列文虎克在胡椒水里看到了原生生物。原生生物包含多种单细胞生物，比起细菌，它们与动物、植物或真菌的亲缘关系更近。他描述的可能是波豆虫（Bodo ）、膜袋虫（Cyclidium ）和钟形虫属（Vorticella ）。波豆虫有一条长长的鞭形尾巴（flagellum），膜袋虫浑身有游动的纤毛（cilia），钟形虫通过柄附着在其他表面（滤食水中的生物）。但他还发现了其他的生物。他估计，胡椒水中最微小的生物宽度只有沙粒的百分之一，体积只有沙粒的百万分之一（图1.1）。现在我们知道，这么小的生物只可能是细菌。但是在1676年，人们还从没见过细菌，这是细菌第一次出现在人类眼前。他欣喜若狂，马上写信给皇家学会： 

　　图1.1　列文虎克用他的显微镜观察到的各种生物和微粒，以句号（黑色圆圈）的大小作为参照［尼尔·麦科伊（Neil Mccoy）绘］这是我所见过的自然的神迹中最让人惊叹不已的，我不得不说，我还从来没见过这样激动人心的景象，一滴小小的雨水中竟然有成千上万的小生命，它们聚集在一起，动个不停，但是每种都有独特的运动方式。   列文虎克写给皇家学会的前17封信他们都很满意。但是他们觉得，列文虎克这封关于胡椒水中发现的信，已经误入歧途，脱离了科学实际，陷入了纯粹的幻想。罗伯特·胡克对此格外提出质疑。由于《显微术》一书的成功，罗伯特·胡克现在是微生物领域的权威，他从没见过如此微小的生物。胡克和皇家学会另一位很有声望的成员尼西米·格鲁（Nehemiah Grew）一起，打算重复列文虎克的实验，试图证明列文虎克犯了错。设计并重复实验，本来就是皇家学会工作的一部分，重复过程通常只是简单的演示。不过这一次的实验既是为了演示，也是为了验证列文虎克观察到的现象到底存不存在。尼西米先试着重复列文虎克的实验，失败了。罗伯特·胡克亲自上阵，他一丝不苟地重复了列文虎克准备胡椒水、调试显微镜的步骤，结果什么都没看见。他抱怨了一番，对列文虎克的发现不以为然。不过他又试了一次。这一次他做了更大的努力，他设计了更好的显微镜。第三次，他和皇家学会的其他成员终于看见了列文虎克观察到的一些生物。同时，列文虎克关于胡椒水中生物的那封信，经奥尔登伯格译成英文后发表在学报上。在信件出版以及皇家学会对观察结果加以验证后，细菌学——对细菌的科学性研究——正式登上舞台。值得一提的是，这项研究是从对在胡椒和水的混合物中发现的细菌即室内细菌的研究开始的。三年后，列文虎克重复了胡椒水实验，不过这次，他把胡椒水装在一根封口的管子里。细菌耗尽了管中的氧气，但是管里依然有生物在生长并开始冒泡。列文虎克通过研究胡椒水又有了新的发现，他发现了厌氧菌属（anaerobic bacteria ）。厌氧菌能在无氧环境里存活、繁殖。对细菌尤其是厌氧菌的研究，最初源于人们对家中生物的观察。今天，人们知道细菌无处不在——有氧或无氧环境、炎热或寒冷的地方。它们四海为家——在每一个物体表面，在每一个生物体内、空气中、云层里、海底深处，都有一层稀疏或密集的生命存在。人们已经发现了上万种细菌，并认为还有几百万（甚至几十亿）种其他细菌。不过，在1667年，列文虎克和皇家学会的极个别成员看到的细菌，是当时世界上唯一已知的细菌。在历史上和今天，每当人们谈起列文虎克的成就，就仿佛他只会用新的仪器来观察周围，然后发现了全新的生命世界似的。在这种叙事中，显微镜和镜头才是故事的重点。但事实远比这要复杂。你可以把显微镜头装到相机上，放大倍率和列文虎克当年用过的镜头一样（你应该试试），也可以用它来观察你周围的世界。但你无法用列文虎克的方式来观察世界。他之所以能有这些发现，不仅仅因为他有各种精良的显微镜。他的发现来自他的耐心、恒心和技巧。并不是显微镜本身有多神奇，而是显微镜、细致灵巧的双手和满满的好奇心这三者共同创造了奇迹。列文虎克比任何人都善于发现自然的神奇之处，但这需要付出在常人看来艰难无比的努力。因此，那些皇家学会的成员，即使看到了列文虎克观察到的世界，却没有任何真的热情去坚持这项工作。在验证了列文虎克的观察之后，罗伯特·胡克用自己的显微镜继续观察了6个月，之后也放弃了。他们把这个未知的世界留给了列文虎克自己。列文虎克成了微观世界的先驱，独自探索着一个比常人所想的更广博精妙的宇宙。接下来的50年，他系统记录了他周围的所有生物，还有代尔夫特和周边地区的生物（通常是朋友给他带来的样品），不过他记录最多的依然是自己家里的生物。对于遇到的事物，他一视同仁。他研究了排水沟里的污水、雨水和雪水。他检查了自己口腔里的微生物，又检查了邻居的。他一次次观察了活精子，并且比较了不同物种精子的差别。他证明蛆虫是从苍蝇产下的卵中孵化出来的，而不是从垃圾里变出来的。他首先记录了一种能在蚜虫体内产卵的黄蜂。他首次观察到成年黄蜂通过减少活动进入休眠来过冬。在潜心观察研究的岁月中，列文虎克首次发现了多种原生动物，首次观察到储存液泡   和肌肉纤维的横纹结构。他发现了奶酪壳上、面粉里甚至到处都存在着生物。在90载人生的后50年里，他一次又一次地探索、观察、惊叹，得出一个又一个发现。和伽利略一样，他为自然的神奇而惊叹，深受启发。不过伽利略只能把探索的目光投向宇宙，通过观察星体运动来验证自己的猜想，而列文虎克却能真切感受到自己发现的世界。他可以观察水中的生物，再喝下水，观察醋，再用来当调料，还可以观察自己体内的生物再继续生活。由于很难将列文虎克对他观察到的生物的描述和这些物种的现有名称逐个对应，我们无从统计他究竟观察到了多少种不同的生物，不过明显有上千种。我们会想当然地认为列文虎克的开创性工作一直延续、发展，最终形成如今对家中生物的研究，但其实并非如此。列文虎克去世后，对居家环境中生物的研究基本已经中止。尽管列文虎克的发现启发了大众，但在格拉夫去世后，他在代尔夫特几乎已经没有真正的同僚。   在他晚年的日子里，他女儿可能做过他的助手，但在他离世后，她并没有继续观察研究。在她的有生之年，仍保管着父亲的标本和显微镜，但这些最终都被束之高阁。当她也去世后，按照列文虎克遗嘱中的特别说明，这些毕生心血都被拍卖了，大部分显微镜都下落不明。他曾观察过的花园，被扩建的代尔夫特城侵占。而很可能让他的灵感萌发、蓬勃生长的儿时旧居，已年久失修，原址变成了某学校的操场。他曾进行众多发现的故居也被拆毁了，   在房子的原址上立着一块纪念牌，但牌子的位置也不对。为了纠正它，旁边又立了一块，但很不幸这块牌子的位置也不完全对（差了一两栋房子，具体要看怎么数）。最终，其他科学家又会开始研究人身上和人们家中的生物，但那已经是一百多年以后了，人们发现有些微生物会致病，并把它们命名为病原体。“病原体致病”学说又称为“病菌学说”，一般认为是由路易·巴斯德（Louis Pasteur）提出的（尽管在他证明微生物会致病之前，人们已经知道微生物会导致农作物病害）。病菌学说的提出，使得致病菌成为了室内微生物研究的中心。列文虎克似乎隐约觉得微生物会带来麻烦（他证实有些微生物会把醇香的红酒变成醋）。不过，他认为大部分他观察到的微生物都是无害的。在这一点上，他完全正确。世界上所有的细菌中，只有不到50种是绝对致病菌，就这么点儿。其他所有的细菌，包括绝大多数原生生物甚至病毒（直到1898年人们才发现病毒，而病毒也是在代尔夫特被首次发现的）要么对人无害，要么对人有益。在人们发现病原体也是不可见的微生物世界的成员后，就发动了针对所有室内微生物的战争。越是和人们关系密切的生物，战斗就越是彻底。人们不再研究胡椒水、污水和在家中随处可见的那些稀奇古怪、飞速旋转的小生物，而时间的流逝，让人们彻底不再关注它们。到1970年，对家中生物唯一的研究仍集中在病原体、害虫以及如何控制它们的危害上。研究家中微生物的学者研究的是如何杀灭病原体。不仅微生物学是这种情况，研究家中生物的昆虫学家研究的也是怎样杀死昆虫；研究家中植物的植物学家，研究的是怎么清除家中的花粉；研究胡椒的食品科学家想的是胡椒是不是食源性疾病的诱因。我们忘记了我们周围的生命会激发出我们对自然的赞叹，更没有意识到这些生命不单会给人类带来困扰，它们也会帮助我们。我们只看到了它们有害的一面。这一个天大的错误，直到不久前，人们才意识到这个错误并开始弥补。重新开始更全面地认识我们周围的生命，始于人们对黄石国家公园和冰岛温泉的研究，但这些地方好像和居家环境毫不相干。让好奇和恐惧成为我们发现的动力——恐惧让人战栗，但也让人专注地无法移开视线。请拥抱这些我们常常会忽略的古怪的小东西吧。——布鲁克·博雷尔， 《泛滥成灾：臭虫怎样侵入卧室并占领世界》 2017年春，我在冰岛拍摄一部微生物纪录片。   拍摄中有一个环节，要求我和摄制组一次次站到正在沸腾的、含有硫黄的间歇泉跟前。按节目脚本，我要指着间歇泉，对着摄像机镜头讲述生命的起源。有一次，摄制组竟丢下我一个人在一处间歇泉旁边，让我在那儿等着卡车回来接。   摄制组有时就是挺冷酷无情的。但一个人被困在那儿，也让我有时间来观察这些间歇泉。天真冷啊，尽管间歇泉有一股硫黄味，但我还是靠得很近，这能让我暖和一点儿。间歇泉中的水被地壳深处的火山活动加热，再从地表缝隙喷涌而出。就像会对美丽的夜空熟视无睹一样，我们很容易忽视地球的内部结构。但在冰岛这是不可能的，冰岛的东西部板块正在分离，人们很难不注意到这样大规模山崩地裂所带来的后果。有时火山的喷发十分剧烈，足以遮天蔽日。每天都有像我身边这样的间歇泉从地表喷出。这些间歇泉的喷发孕育了生命，这些生命和我们家中发生的变化有着千丝万缕的联系，远比我们以为的要深。这些在间歇泉里繁衍生息的生物直到20世纪60年代才被发现。印第安纳大学的托马斯·布罗克（Thomas Brock）在黄石公园和冰岛两地进行科学研究，他在冰岛考察的地点，离我现在站的地方不远。他被间歇泉周围五彩斑斓的图案迷住了。黄色、红色甚至粉色混合在一起，慢慢变成绿色和紫色。他认为这些图案是单细胞生物生命活动产生的。   事实也的确如此。在此生活着的细菌还有古生菌（archaea ）。古生菌是另一种生物，它们和细菌一样古老而独特。   布罗克还发现许多生活在间歇泉里的细菌种类属于“化学营养生物”（chemotrophs ），它们能将间歇泉中的化学能转化为生物能；它们能不依赖阳光，在无生命条件下形成生命。   这些微生物可能在光合作用产生很久前就存在了，这些细菌的群落和地球上一些最早的生命群落类似。它们催生了地球上最古老的生化过程。我可以看见它们在间歇泉周围的岩石层上生长，带给我温暖。不过这些细菌并不是间歇泉周围唯一的生命。蓝细菌（cyanobacteria ）在热泉水中生长，进行光合作用，布罗克还发现了以泉水周围漂浮旋转的细菌碎片或死苍蝇等有机质为生的细菌。乍一看，这些食腐细菌没什么特别的。和布罗克研究的那些化学营养细菌不同，它们不能将化学能转化为生物能，而必须以其他活生物或死生物碎片为食。但进一步研究后，布罗克发现它们是一种全新的细菌种类，甚至是一个全新的属。他简洁明了地将它们命名为栖热菌属水生菌种（Thermus aquaticus ），以反映它们的生存环境。如果是在哺乳动物或鸟类中发现一种新物种足以成为新闻，发现全新的属则更为轰动。   不过对细菌来说却不是这样。发现新的细菌并不难，考虑到微生物学家最开始关注的细菌的特点，这种新细菌——栖热水生菌——不能引起人们太多的兴趣：它不产孢子，细胞是黄色杆状的。革兰氏染色也是阴性，平平无奇，但实际上它并不简单。只有在布罗克将培养介质的温度控制在70℃时，这种细菌才能在实验室里生长。温度越高，对它的生长越有利，它甚至能在高达80℃的水中存活。水的沸点在常温常压下是100℃，海拔越高，沸点越低。布罗克培养了世界上最耐热的细菌。   在日后的研究中，他发现要找到这种细菌其实并不难。只不过从没有人在这么高的温度下培养细菌。有些实验室在55℃下培养从温泉水中获取的细菌，这对于栖热水生菌来说太低了。随后的研究发现了多种只能在较高温度下生存的细菌和古生物。对这些微生物而言，我们人类生活的环境温度实在太低了，不利于它们的存活。本书讲的是居家环境中的生物，这个栖热水生菌的故事和我们的主题有什么关系呢？尽管间歇泉和温泉的温度跟它们周围的环境看起来很特殊，但其实，它们和我们日常生活的环境非常类似。一个在布罗克实验室里工作的学生就认为，可能在我们周围就生活着栖热水生菌或者其他类似的细菌，只不过我们一无所知。为了验证这一想法，他们检测了实验室里的咖啡机，对于栖热菌来说，咖啡机里的温度足够高。咖啡机曾陪伴和支撑他们的研究，所以从这个地方开始寻找这些小生命也很合适，但结果一无所获。布罗克开始思索周围可能存在热液体的环境，比如人体。人体的温度远远不像温泉那样高，不过布罗克认为，人体里说不定就有细菌生长，等着人发烧的“良机”，谁知道呢？不过这不难验证。于是布罗克“获取”了唾液标本（在一封邮件中，他对这份标本是不是他自己的唾沫有些含糊，不过根据我对科学家们的了解，其实就是他的）。他试图从唾液中培养出栖热菌，结果又失败了。他又检查了牙齿和牙龈（和列文虎克当年差不多），仍然没有，也没有发现任何嗜热细菌。在他取样的湖水和附近水库中也没有栖热菌的身影。他还检测了他工作的乔丹楼温室里的仙人掌，还是一无所获。也许它们就是只生活在温泉里的细菌吧。为了确定这一点，布罗克又检测了另一个地方——实验室里的热水龙头。因为他的实验室离最近的温泉也有320千米。然而，他在实验室水龙头流出的热水里发现了疑似栖热菌的细菌。这太令人振奋了！布罗克认为，可能是热水器创造了利于细菌生存的条件——里面的水是热的，但温度不如温泉那么高。热水器对细菌而言也是一个完美的住所。也许这些细菌就来自其中的热水，偶尔也会顺着水龙头流出来。最后，两位同样在印第安纳大学工作的研究人员罗伯特·拉马利（Robert Ramaley）和简·希克森（Jane Hixson）在乔丹楼周围获取了更多嗜热细菌的样本。他们也发现了一种耐热细菌。它和布罗克发现的栖热水生菌很相似，但又不完全一样，因此他们暂时将它命名为“栖热菌1号”（Thermus X-1）   。和栖热水生菌不同，它不是黄色的而是透明的，而且它生长得也比栖热水生菌快。拉马利猜测它可能是一种新型的栖热水生菌。栖热水生菌的黄色色素或许是为了保护它免受露天温泉中阳光的照射而生成的，而这种新发现的菌株在建筑物水箱中定居后，就失去了产生色素的能力，因为生成色素既耗费能量又毫无用处。此时已经到威斯康星大学工作的布罗克觉得，应该更详细地研究生活在建筑物中的嗜热细菌。布罗克和实验室的技术人员凯瑟琳·博伊乐（Kathryn Boylen）一起检测了威斯康星大学周围的民居和自助洗衣店里的热水器。和家里的热水器相比，自助洗衣店里的热水器常常更大，连续使用的时间也更长，因此也更可能有嗜热细菌生长。每到一处，他们都取下热水器的排水管，检查内部。和温泉一样，热水器里的水也会变得很烫，而且所有的自来水里都含有有机质，说不定足以维持栖热水生菌的生存。100多年前，生态学家约瑟夫·格林内尔（Joseph Grinnell）提出了“生态位”（niche）这个术语，用来描述生物生存所必需的条件。这个词源自中世纪法语词nicher，意为“放置”，它最早是指古希腊—罗马时期墙上用来供放雕像或其他物品的浅凹槽。   凹槽的大小和雕像刚好相配，就像热水器中的水温和食物正好能满足栖热水生菌的需要一样。但是物种能在某处存活，并不代表它能在此生长。科学家将物种的基本生态位和实际生态位相区分。栖热水生菌的基本生态位包括热水器，但它能不能在其中生长，又是另一个问题了。结果他们真的发现了它的身影。布罗克和博伊乐发现：除了岩浆附近的间歇泉和印第安纳大学乔丹楼里的热水管之外，威斯康星州麦迪逊附近的住家和自助洗衣店的热水器中也有某些嗜热菌存活。而且，在热水器中发现的细菌能耐受已知有生命存在的最高温度。布罗克为了寻找嗜热菌而远赴天涯海角，而他原本在实验室转角洗衣店的操作间里就可能发现这些细菌的。   在布罗克之后，还没有科学家发表关于热水器中发现的栖热水生菌的文章。不过，人们在冰岛自来水管的热水中发现了一种新的嗜热菌。   它跟布罗克和博伊乐发现的细菌一样没有色素，人们不再称它为Thermus X-1，而是Thermus scotoductus （水管致黑栖热菌）。   过去几年，宾夕法尼亚大学的研究生雷吉娜·威尔皮泽斯基（Regina Wilpiszeski）一直在从热水器的热水中取样，想找出它是不是热水中的主要细菌。看起来它的确是的：在美国各地的热水器中，她都发现了这种细菌。她的研究还未完成，但已经引起了科学家的思考：为什么这种细菌会在热水中生存，它是怎么跑到热水器里去的？而其他那些能在温泉中存活的嗜热菌，为什么没有占领热水器呢？为什么年代十分久远的热水器里也没有温泉里那样多种多样、五彩斑斓的细菌呢？这些问题目前都没有答案。我猜，在其他地方的热水器里也生活着不同种类的嗜热细菌。不难想象，在遥远的新西兰或马达加斯加的人家里热水器里发现的细菌，也可能是独一无二的。这点我们还不能确定。和列文虎克的事业后继无人一样，同样的情况也发生在布罗克身上。   只有雷吉娜在独自进行这项研究。我们不知道栖热水生菌对人体或热水器会不会有影响（无论好坏）。我们也不知道它有没有哪些独特之处能为人所用——在其他地方采集的同种细菌的本领之一就是可以消除铬化物的毒性。   但是，嗜热菌的故事是人们研究家中生物历史的关键。它是列文虎克的时代之后最明晰的例证，表明我们家里的生态系统比我们所想的要复杂得多，在那些处于关注焦点的病原体之外，还存在许许多多其他的生物。而且，热水器中嗜热菌的发现，还意味着现代居家环境可能促使以前从未与人同住的物种转移到室内，悄无声息地住进来。最终，这些细菌的发现也慢慢地引发了人们对居家生物进行更广泛的探索研究。它启发了和我同样好奇的人想象或许嗜热菌并不是特例，它可能是某个更广阔的生态系统的一部分。在人们家里，我们能找到和南极同样寒冷以及和火山同样高温的环境，能找到地球上各种环境的缩影。这些微生物很可能已经发现并且占领了这些家中的极端环境，只不过人类还没有开始动手寻找。对家中生物研究的变革有待于新科技的出现，使那些在培养皿上不能生长的细菌也可以被鉴别出来。而之后的发展表明，这些科技的出现仰赖于嗜热菌的生物特性。人们已经认识到大部分细菌都不能在实验室培养生长。我们不知道它们需要什么条件，食物来源是什么，因此，即使取样成功，也无法通过培养而直接看到菌落。这也意味着在微生物学历史上，除非有善于思考、富有恒心的生物学家通过研究发现细菌生长条件而培养成功，否则人们永远无法研究这些不能培养的细菌。嗜热菌正是如此：直到布罗克用高温培养它们之前，人类始终没有发现它们。但是现在，这一切都变了。我们可以研究无法培养的细菌，这在很大程度上应该归功于布罗克发现了栖热水生菌等嗜热菌。   人们通过一系列实验室步骤来寻找并鉴别无法培养的细菌。这个流程一般称为“管道”（pipeline），意思是整个过程必须按顺序进行。   加入样品后会得到一系列其中所含物种的信息，不论是活跃、休眠还是死亡的细菌都能检测出来。在实际研究中，这项技术的应用很多，因此我们有必要详细介绍一下整个方法。整个流程从取样开始，样本可能是灰尘、排泄物或水等任何含有（或可能含有）细胞或DNA的物质。接着，在实验室里将样本加进含有少量液体的试管中。液体中含有皂液、酶类和沙粒大小的玻璃珠，就像敲鸡蛋那样，玻璃珠有助于裂解细胞，提取DNA。然后，将试管封口并加热、震荡、离心。较重的珠子和细胞碎片沉到管底。待要提取的珍宝——变松散的DNA长链浮于液面上时，就可以像从泳池里捞出一只苍蝇一样，被分离出来。   整个过程简单明了，哪怕是初中生物课上一群昏昏欲睡、没听清注意事项的学生都能完成。为了根据DNA鉴定生物的种类，研究人员就要破解DNA，这一过程被称为“测序”（sequencing）。这是整个过程中的难点。和能放大观察对象的显微镜不一样，测序通过扩增DNA从而破译DNA中的信息。难就难在如何扩增从而破解DNA中的核苷酸序列。除了病毒以外，所有DNA都是双链的。两条互补链通过配对方式连接起来。人们很早就发现：如果可以解离两条DNA链，就可以复制两条单链，重复这一过程可以得到大量的DNA，用于分析。通过加热，可以使两条DNA链分离。这一步很简单。复制DNA单链只需要一种名为“聚合酶”（polymerase）的酶类，包含人体细胞在内的所有生物细胞，也是利用这种酶来复制DNA的。只需要解离DNA双链、加入聚合酶和引物（具有特定核苷酸序列的分子，能指示聚合酶应该扩增DNA的哪些片段）以及一些核苷酸就可以开始扩增。这里的困难在于，能让两条DNA链解离的温度，同时也会让聚合酶失活。一个原始、昂贵且需要大量人力的办法是：在每轮加热前都重新加入聚合酶和引物。这个方法有效，但是很慢，以至于当时大部分生物学家宁可去研究那些方便培养的细菌也不去发现新的、难以培养的细菌。一个新的解决办法显出一丝曙光——栖热水生菌。栖热水生菌的聚合酶是在高温下才发挥作用的。而且温度越高，它的活性就越好。这种聚合酶正是科学家们所需要的。在布罗克发现栖热水生菌几年后，人们意识到可以将它体内的聚合酶（被命名为Taq）在高温下加进DNA中，使DNA可以快速扩增。通过耐热的聚合酶促进DNA的复制称为“聚合酶链式反应”（polymerase chain reaction，PCR），这一过程读起来可能有些抽象，是个陌生的科学术语。不过，这项技术可以说是世界上正在进行的所有基因检测的核心，不论是检测亲子血缘关系还是检测灰尘中的细菌。从温泉和热水器中发现的这些细菌，启发了人们对居家生物的探索，也提供了至关重要的酶，可以将这一探索过程引入现代科学研究。   在聚合酶链式反应中，基因科学家、检测人员或医生选择哪些基因进行复制并解读复制来的DNA信息，取决于研究目的和使用方法。为了确定某个样本中所有的细菌种类，研究人员会选择复制16S rRNA基因，这种基因对细菌和古生菌的功能很关键，它在过去40亿年中几乎没有变化。因此，科学家能确定所有细菌或古生菌中都有这个基因。该基因在不同的细菌身上存在的差异是可以区分的，但变异并不大，仍可以辨识。用来解码这些基因的技术则有很大差别。其中一些向需要复制或正在复制的DNA中加入经过标记的核苷酸（含有遗传信息的分子），这些核苷酸分子的标记物可以被测序仪识别。测序仪会先识别含有一串核苷酸分子的引物，接着识别DNA链上的其他分子。样本中DNA分子多达几十亿个拷贝都将被逐个识别，生成海量的数据，记录下每个DNA链的所有核苷酸序列。这些拷贝，将按照彼此的相似程度进行分组，用来和从其他研究中获取的数据库中的已知生物遗传序列进行比对。   这一技术的发展日新月异，但有一点始终不变：成本越来越低，操作越来越简单。手持式测序仪在不久后即将面世。（实际上，人们已经开发出了类似产品，不过现阶段在读取DNA时容易出错。随着时间推移，它将会越来越完善。）如今，多亏了栖热水生菌，我们可以取样并通过测序手段来确定样本中含有的物种。这不需要用肉眼见到，或者培养出样本中的细菌。生物学家可以鉴定土壤、海水、云层、粪便和所有其他地方样本中的生命。他们还可以鉴定、培养我们还不知如何培养的细菌。在我读研的时候，这都还做不到，甚至无法想象，但现在已经成为常规操作。   10年前，我和同事决定用这一技术来研究家中的生物。当时，我们从门框上取灰尘、从水龙头里接水，甚至从衣柜里拿件衣服，然后通过读取样本中的DNA确定其中所含有的全部物种，这些从技术上和成本上都能实现。列文虎克用他的显微镜观察周围的生命，而我们用测序技术解码自己周围的生物。在项目一开始，我们并不知道会发现什么，而结果令人吃惊，既惊讶于在家中发现的那么多生物，也惊讶于已经消失了那么多。当我们发现妖魔就在我们心中时，便不再检查床榻之下。——查尔斯·达尔文 我对周围生命的探索是从热带雨林开始的。读大二时，我在哥斯达黎加的拉塞尔瓦生物研究站待了段时间。我和来自博尔德科罗拉多大学、研究具角象白蚁（Nasutitermes corniger ）的萨姆·梅西耶（Sam Messier）一起工作。这种白蚁的工蚁以雨林中死去的树木和树叶为食，其中含有大量的碳元素，但缺少氮元素。为了获取食物中缺少的氮，白蚁的肠道中存在一种能直接从空气中获取氮的细菌。工蚁、蚁后、蚁王和幼蚁所组成的蚁群由兵蚁来守卫，它们可以从长长的鼻子喷出松脂状的物质，以驱赶其他蚂蚁和捕食者。这些兵蚁的鼻子太长，所以它们不能自己进食，只有靠其他工蚁喂食或通过肠道细菌从空气中获取营养。在有些蚁群中，这些完全靠他人吃饭的兵蚁很多，另一些兵蚁则很少。萨姆想要弄清楚，是不是在不断受到捕食者的攻击后，蚁群才产出了更多的兵蚁。有一个简单方法来验证她的假设：模拟捕食者对一些蚁群发动攻击所产生的影响。这就是我的任务。我每天都握着弯刀去进攻一个个蚁巢。我当时还是个20出头的大男孩，这份工作简直太棒了。沿着小路闲逛，挥动弯刀砍东西。作为年轻的研究员，这份工作更是完美。工作时，我会和萨姆讨论科学问题；吃饭时，我和其他的科研人员也会一直讨论，直到他们也受不了了。当大家都被我烦走了的时候，我就去散步。晚上，我戴着头灯、手电筒和一个备用手电筒去户外漫步。   夜晚的雨林充斥着各种声音和各种味道，但目之所及只有灯光照亮的地方。似乎灯光不仅照亮了那些生灵，也赋予了它们生命。我学会了区分蛇、青蛙和哺乳动物的眼球反射出的光。我学会了分辨休憩鸟儿的黑影。我开始学会耐心地观察树叶和树皮，发现藏身于其中的大蜘蛛、纺织娘和装扮成鸟粪的昆虫。有一次，我说服一个研究蝙蝠的德国科学家带我去捉蝙蝠。我没打过狂犬疫苗，但他觉得无所谓，我当时血气方刚也不在乎。他教我怎么识别蝙蝠，我认识了以花蜜、昆虫和果实为食的各种蝙蝠。我们还遇到过体型巨大、以鸟类为食的美洲假吸血蝠（Vampyrum spectrum ），它太大了，甚至把网子撞破了一个洞。尽管我的观察都很业余，但也促使我开始有了自己的思考。那些可以了解的事物，我们其实并不了解——这个想法让我入迷。我爱上了探索发现，爱上了探索未知事物的神奇：只要有耐心，一根木头、一片树叶下都能有所发现。在哥斯达黎加的日子快要结束时，我已经帮萨姆证实了白蚁群在外界的攻击下会产出更多兵蚁。   虽然研究结束了，但这段经历却一直影响着我。随后10年里，我用大部分时间跑遍了玻利维亚、厄瓜多尔、秘鲁、澳大利亚、新加坡、泰国、加纳和其他国家，穿梭于热带雨林，似乎是想获得一幅雨林生态的全貌。有时我会回到温带，如密歇根州、康涅狄格州、田纳西州，但马上又会有人提供机会——一张免费机票、一项任务和足够我果腹的食物——这样我又会回到丛林当中。后来，不论沙漠还是温带森林，我在其他地方都有和在热带雨林中同样的发现，体会过同样的喜悦。我甚至在人们的后院里也开始有所斩获。那是从一个名叫贝努瓦·格纳尔（Benoit Guenard）的学生加入我们团队开始的。当他来到罗利市后，就开始在森林里不停地搜寻蚂蚁。他发现了一个我们都无法鉴别的品种。这是一个外来物种——亚洲针蚁，学名是中华短猛蚁（Brachyponera chinensis ）   。亚洲针蚁在罗利市已经很常见，但没有人真正注意到它。在研究过程中，贝努瓦发现这种蚂蚁有从未在其他昆虫上发现的行为。例如，当一只外出觅食的蚂蚁发现食物时，它不是分泌信息素让其他的蚂蚁跟随，而是直接返回蚁穴，抓住另一只蚂蚁把它带到食物跟前，好像在说：“就是这儿，有吃的！”   贝努瓦随后去日本研究针蚁在原生地的行为。他在当地发现了一种和针蚁有关的新品种蚂蚁，它们常见于日本南部的城市里和城市周边，但也没有引起人们的注意。   然而，这些发现还仅仅是开始。此时在罗利市，一个名叫凯瑟琳·得里斯科尔（Katherine Driscoll）的女高中生来到了实验室，她想来研究老虎。我并不是研究老虎的，所以我跟贝努瓦就让她去寻找“虎蚁”，学名叫有壳无齿猛蚁（Discothyrea testacea ）。我们没告诉她“虎蚁”这个名字是我们现编的，目前还没人在野外发现这种蚂蚁群。她开始动身寻找了。我本打算让她在寻找过程中发现其他课题，从而让她分心。结果，她真的找到了“虎蚁”，而且就在我们实验室和办公室所在的大楼背后的土壤里。这个18岁的女孩成了第一个观察到“虎蚁”蚁后的人。   很快，我们就让更多的学生参与进来，帮我们搜集别人家后院的蚂蚁，范围也不再限于罗利市。   我们制作了探索小套装，让美国各地的孩子都能用它来搜集后院的蚂蚁。这项计划的实施，大大提高了发现新物种的速度。一个8岁的孩子在威斯康星州发现了亚洲针蚁，另一个8岁的华盛顿孩子也发现了它们的身影。人们此前只知道针蚁生活在美国东南部。让孩子参与搜寻蚂蚁的活动，给我们实验室带来了改变。我们开始让公众更多地参与进来，为科学发现助力。一开始有几十个人，后来是上百人，最后有几千人开始在自己家附近进行探索和发现。这些发现——我们和公众一起完成的发现——让我们最终开启了室内生物的研究。和人们合作发现新物种和新生物的行为十分激动人心，因为这些发现和人们的生活密切相关。我们让他们意识到自己周围存在的秘密世界。我想，我们也让他们稍微感受到了我当年在哥斯达黎加体会到的那种发现的狂喜。当时如果我早知道周围还有这么多未知的惊喜等待发现，那我在密歇根州的老家就能做到了。我们认为，如果人们能在自己花费大部分时间的地方发现新物种、新行为和任何此前未知的事物，将会更加令人激动，而这个地方，就是“蛮荒”的室内空间。此前大部分对室内生物的研究都集中在害虫和病原体上，因此不难想象，其他生物都被我们忽略了。当时，一些科学家研究过室内有趣的、对人无害的生物（比如热水器中的栖热水生菌），但这都是些很小规模的短期研究，而不是大规模的长期研究，并没有专为研究科考站内部而设的科考站。于是我组建了一支研究室内生物的团队，这支队伍的规模在不断扩大，它包含世界各地的科学家和普通人——大人、小孩和他们的家庭。我们将一起体会列文虎克发现微观世界的兴奋之情，体验世界上最令人振奋的狂热。一切似乎都已准备就绪，但还有一个问题：我们到底从哪里开始探索，又如何去发现？从和萨姆一起研究具角象白蚁开始，我就对巢穴中的细菌很感兴趣——如果研究对象不是巢穴而是一栋房子呢？似乎，最大的发现将出自对细菌、微生物这些肉眼不可见的生物的研究。可是我们要研究这些生物，需要的可不仅是单镜头显微镜，时代已经变了。诺亚·菲勒（Noah Fierer）正是在这个时机发挥了作用，他是来自博尔德市科罗拉多大学（萨姆·梅西耶就是在这里读研的）的生物学家。诺亚提供了一种观察室内生物的方法。他通过检测DNA，可以鉴别出灰尘中的生物，还可以对它们测序，揭示出那些我们行走于其中并吸入体内的看不见的生命。   从专业训练和自身兴趣来看，诺亚是一个土壤微生物学家。他沉迷于土壤，从中体会到和我在丛林中感受到的同样的神奇，忘我于探索之中。不过幸好，他对其他地方的生物也很感兴趣（准确点说是会关注），只要这些生物的大小不超过真菌孢子。我一跟他谈起蚂蚁、蜥蜴之类，他马上就两眼无神。尽管他只研究体型较小的生物，但像列文虎克一样，诺亚有一种天赋，能创造性地使用常见工具。人们常说列文虎克发明了显微镜，但事实并非如此。他甚至不一定拥有特别的显微镜。列文虎克的显微镜的特别之处在于他自己。同样，诺亚的特殊之处不是他拥有高端的仪器，可以检测样本中的生物（尽管他确实有），而是他能用这些仪器和技术看见别人看不见的东西。通过对来自人们家中样本中的DNA进行测序，他能鉴别出其中的生物。诺亚和我们团队的成员将从样本中提取DNA，在从栖热水生菌（也可能是其他嗜热菌）中提取的聚合酶的作用下复制DNA，读取其中的生物身上常见的特定基因序列。这样，除了能培养的细菌以外，他还能发现那些不能培养的细菌。有了公众和诺亚的帮助，我们将可以识别生活在人们家里的所有生物，不论它们是活跃还是已死，不论是已经休眠还是正在增殖。我们计划招募民众用棉拭子采集灰尘样本，选择了40个家庭，每个家庭又选取了10个地点。这些家庭都来自我所在的科罗拉多州罗利市。我们总得从一个地方开始吧，而我们对室内环境知之甚少，和其他城市一样，罗利市是个不错的起点。我们打算从冰箱里取样，不是里面的食物，而是和食物一同生长的生物；我们采集了屋里屋外门框周围的灰尘；我们采集了枕头、厕所、门把手和厨房台面上的灰尘。或者说，这些样本都是参与者采集的。我们把采样用的棉拭子寄给参与者们。   而收回的拭子上的灰尘，就是汉娜·霍姆斯（Hannah Holmes）所说的“来自分崩离析世界的碎片”——涂料、衣服纤维、蜗牛壳、沙发布、狗毛、虾壳、大麻残渣还有皮屑。灰尘中还有活着和死去的细菌。   他们都把棉拭子放在试管中封好，寄到了诺亚的实验室。这些样本中的几乎所有细菌都将被一一鉴别出来（图3.1）。实验室就像一束光，为我们照亮了藏在灰尘里的隐秘世界。 

　　图3.1　杰西卡·亨利（Jessica Henley）正在把样本放进离心机中，这是给环境中采集的样本测序之前必要的准备工作［劳伦·尼科尔斯（Lauren M. Nichols）摄］我不清楚诺亚希望从这些样本中发现什么，但我可以告诉你我们开始这项计划之前这一领域的发现，还有自17世纪列文虎克的开创性工作以来的各项成就。20世纪40年代以来，人们发现住宅周围也有人体中的常见细菌。人们待得越久的地方，细菌也越是生生不息，尤其是那些皮肤直接接触的地方，例如马桶垫、枕头或遥控器。这些研究关注了那些带来危害的细菌，比如花菜中有来自粪便的细菌，枕头上有来自皮肤表面的病原菌，以及如何消灭病原菌。那些不造成危害的细菌则不值得关注。70年代的研究表明家中有其他种类的细菌：比如热水器中的嗜热菌，还有下水道中的罕见细菌。这些近期研究预示了当我们开始探索室内时，我们会发现更多的新的生物。我们的确发现了很多。我们从40个家庭里发现了近8000种细菌，几乎等于美国所有的鸟类和哺乳动物的数量。我们发现的不仅有来自人体的熟悉的细菌，还有许多其他形式的生命，其中一些十分罕见。这40个家庭就像地上的树叶，翻开它们，我们就发现了藏于其下的蛮荒世界。其中有些物种不符合科学已知的任何生命形式。它们是新物种，甚至是新门类。我欣喜若狂，仿佛回到了丛林中，不过是日常生活的丛林。我们决定让更多人参与进来，从更多的家庭中取样分析。这项计划进行了一段时间后，斯隆基金会开始资助研究室内生物。于是我们争取让他们为这次范围更大的研究出资。我们又从全美各地召集了1000个家庭，在各自家中的4个不同地点进行采样。   我们在从这些家庭获取的样本中也发现了细菌。你可能会觉得在这1000个家庭中，我们会发现和在罗利市相似的细菌种类。从某种程度上说是的，在罗利发现的许多细菌在佛罗里达甚至阿拉斯加的住宅里同样存在。但我们几乎在每个地方、每幢房子里都发现了罗利市没有的细菌。我们一共发现了8万种细菌和古生菌，是在罗利样本中发现的10倍！这8万种生物，几乎囊括了所有最古老的生命形式。不同种类的细菌和古生物被划分到不同的属，再归到科、目和纲，最后是不同的门。有些门的生物很古老，人们几乎不曾得见。但在人们家里，我们发现了地球上已知的几乎全部的细菌和古生物门类。我们发现了就在10年前还认为不存在的门类，而且就在枕头或冰箱上。这是地球上瑰丽的生命和雄伟的繁衍历程一个毫不起眼的起点。为了真正理解这些生物，我们要详细地研究上万种生物的演化进程。（我们还没有完成这一任务，再过几十年也不可能。）但至少在我们真正开始研究之前，我们已经能够看出一些模式，能将这数量庞杂的生物加以归类，便于理解。在我们发现的细菌中，其中有一些已经被人们关注过了——人身上的细菌。其中大部分都不是病原菌，而是屑食性细菌，它们以人身上脱落的碎屑为生，因为我们身上每分每秒都有细胞正在死亡凋落。我们所到之处都会留下一群看不见的生物。当我们在家中走来走去时，我们的皮屑会脱落，这个过程名为“脱屑”。我们人类以每天掉5000万块皮屑的速度在“分解”。每一片飘浮的皮屑上都有上千细菌存活并以此为食。这些细菌乘坐着降落伞一样的皮屑，像雪片一样纷纷飘落。我们也通过唾液等其他体液以及粪便将细菌四处播散。因此，家中活动之处都留下了我们的印记。我们研究过的所有房子的每一个有人待过的地方，都能提供一些微生物证据，表明有生命活动的迹象。   我们所到之处会留下细菌，这并不奇怪。这些细菌无法四处迁移，大部分都对人无害，至少在有现代垃圾处理设施和“清洁”（我们稍后会讲到清洁的意义）饮用水的地方是这样。当你坐下再起身后留下的细菌中，大部分都是对人无害或有益的。在短暂的生命消逝前，它们以你身上掉落的一切为食。它们中有帮助消化食物和产生维生素的肠道细菌，它们中有遍布全身并且能在病原体侵袭时发挥保护作用的皮肤表面的细菌。目前有上百项研究在关注这些我们随处留下的细菌，这些研究也出现在新闻报道中。人们在手机、地铁拉杆、门把手上都发现了人体上的细菌。它们随处可见，密集程度与人口成正比。这些细菌会一直伴随着我们，而且这不会带来任何问题。除了这与人体脱落碎屑有关的细菌，我们还发现了和食物腐败相关的细菌。毫不意外，这些细菌在冰箱和砧板上最多，但其他地方也有它们的身影。一份取自电视机的灰尘样本中含有的细菌，几乎都是和食物有关的细菌。有时，我们会猜想这意味着什么。科学真是充满了谜团。   不过，如果我们在屋里发现的细菌只有以腐败食物为食和以皮屑为食的，也就没有很大科学意义了，这就相当于跑到哥斯达黎加，然后“发现”热带雨林中有树。但这些细菌还不是我们的全部发现，远远不是。进一步研究中，我们还发现了其他种类的生物，就是像布罗克曾经研究过的细菌和古生菌——“喜欢”并且适应极端环境的嗜极菌（extremophile ）。对只有古生菌和细菌那么小的生物来说，人们的家里存在着无比极端的环境。这些环境是我们无意中创造出来的：冰箱和冷柜中的温度可以像北极那么低，烤箱里的温度超过最炎热的沙漠，当然还有和温泉一样热的热水器。家中同样存在强酸性的环境，比如某些食物（像是发酵的老面团）和碱性的环境，比如牙膏、漂白剂和洗涤用品。在这些地方，我们发现了曾以为只存在于深海、冰川或偏远的盐土荒漠中的细菌。洗碗机的洗洁精喷口似乎成了一个由能在炎热、干燥和潮湿处生活的细菌构成的独特生态系统。   烤箱中也有能耐受超高温的细菌。最近，人们甚至在高压灭菌器上发现了一种古生菌，而高压灭菌器一般是在实验室和医院用来消毒灭菌的。   很久以前，列文虎克证明了胡椒水中生活着神奇的生命，而我们发现盐罐里也有生命。刚买回来的盐中含有在沙漠铺开晒干的盐中或曾是海洋的土地上常见的细菌。水槽的下水管里含有包括细菌和小蛾蠓在内的独特生物，蛾蠓幼虫以下水道的细菌为食（你可能经常见到蛾蠓，只是没注意到它们。它的翅膀呈“心”形，上面有蕾丝状图案）。时而干燥、时而潮湿，然后又变干燥的淋浴喷头出水口上，也有一些常见于沼泽的细菌。这些新发现的生态系统通常很微小，而且，它们的生态位也很狭窄。它们通常需要很特殊的生存条件。因此，它们很容易被忽视，就像户外那些生态位很狭窄的物种也容易被我们忽视。比如凯瑟琳发现的“虎蚁”之所以难发现，就是因为它只以一种藏在地下的蜘蛛卵为食。这些生活在极端条件下的生物，还不是我们最终的大发现。还有另一些生物——一些只存在于部分家庭的生物，它们并不常见，却是我们所发现的多种多样生物的重要组成。这些生物与原始森林和草甸有关，它们通常生长在土壤、植物根部和叶片甚至昆虫肚子里。这些来自野外的生物，最常见于屋外的门槛上，然后是屋里的门槛，还在房子的其他角落零星分布着。这些生物可能飘在空气中，随着它附着其上并赖以为生的土壤和其他物质被带到人们的住所周围，它们可能会进入休眠，等待着适合的食物，否则就会死去。哪些户外的生物会飘进室内，取决于户外有多少种生物。户外的生命越多样，被风带进室内并定居的生物种类就越多样。   我们很轻易就会以为这些飘浮的微小生物是些无关紧要的入侵者，但其实并非如此。先暂停一下，我等会儿再详细讲述关于你在读这本书时吸入体内的细菌，以及拥有很多来自户外细菌的家庭，还有其他生命的故事（类人猿、真菌等）。我想把我们在人们家中发现的生物放到更具体的语境下来谈。要真正了解我们的生物室友，你必须了解一些关于人类最早住宅的历史。在史前的大部分时期，人类生活在由木棍和树叶搭成的窝棚里。我们从现代猿猴的生活中可以推断出这一点。我们和猿猴有着共同的祖先，猿猴之间的不同之处不能反映我们共同祖先的特点，但它们的相似点则代表我们的祖先也是如此。所有猿猴都会用树枝和树叶搭建松散的窝棚。黑猩猩如此，倭黑猩猩、大猩猩和红毛猩猩也是如此。   猿猴会搭个窝住一晚，然后遗弃不用。这种窝与其说是家，倒不如说更像是床，就搭在被戏称为“寝室”的临时住所里。近期，在我位于北卡罗来纳大学的实验室工作的研究生梅根·特梅斯（Megan Thoemmes）对黑猩猩窝里的细菌和昆虫展开了研究。你可能会猜想，窝里应该有许多和黑猩猩有关的生物，比如它身上的细菌和偷偷溜进去寄居在黑猩猩身上的更大的生物（树懒的皮毛里就有白蚁和水藻所组成的整个生态系统，   黑猩猩身上当然也有），比如毛螨、尘螨，可能还有潜藏的甲虫和蛛甲。不过，这些小家伙都是我们在人类的床上发现的。   当我们睡觉时，也是被依附于我们肉身代谢物的生物所围绕的。而梅根发现，黑猩猩的窝里几乎都是环境细菌，主要来自土壤和树叶。   究竟是哪些细菌，则取决于梅根所取得样本来自旱季还是雨季。很可能直到人类祖先开始建造房屋之前，在人类的窝棚里发现的也会是同样的物种。人类祖先在几百万年的时间里所接触的细菌应该属于环境细菌，根据季节和地点的不同而有具体的差别。后来，当我们的祖先需要比窝棚更固定的住所时，他们可能先是住进了岩洞中。不过最终他们也开始建造房屋。在阿玛塔（位于今法国尼斯）海滩边的一处露营地遗址，人们发现了人类祖先建造房屋的最古老证据。   考古学家发现海滩沿线有至少20处房屋遗址。在其中一处最完整的遗址中，可以看到一圈石头围绕着一块烧焦的地面，地上还能看到曾用来支撑屋顶的木桩的痕迹。在石头圈的外围还有房柱的印记形成的圈，每根柱子明显插进地面，向内弯曲，构成房屋的骨架。这些房子是30万年前的原始人（可能是海德堡人）建造的。   这些房子是否常见，彼此样式差别有多大？最早出现在何时？这些问题我们知之甚少。考古学的发现也没有太大帮助，因为只是些零星的发现。比如在南非一处14万年前的遗址中，人们发现了认为是原始人（可能是现代人/modern humans）建造的住所，而在另一处7万年前的遗址发现了床。不管曾经发生了什么，可以肯定的是部分人类的祖先开始在室内睡觉，和外界隔开了一些。2万年前，世界各地陆续出现人类的居住地。几乎所有已发现的房屋都是圆形有穹顶的。这些房子式样简单，就像没有工蚁帮助的蚁王蚁后给自己建造的房间一样，有些是用树枝搭的，有些是用泥巴砌的。而在北方，还有些房子是用猛犸的骨头盖的。其中有些使用寿命更短一些，只有几天或者几个星期，但我猜，当人类住进这些房子里的时候，他们周围生物的种类就开始改变了。这一变化的最佳证据来自对那些住在类似原始房屋里的现代人的研究。比如，巴西原住民阿丘雅人（Achuar）建造的棕榈叶为顶的开放式传统房屋中，主要存在的都是环境细菌。   类似的，梅根还发现：尽管纳米比亚的辛巴人（Himba）的住宅几乎就是个简陋的圆形穹顶，但他们睡觉、烹饪的地方的生物种类却有所区别。即使是简陋房屋中也会有来自人体的大量细菌。不过，尽管辛巴人、阿丘雅人的房屋中有来自人体的细菌，但和黑猩猩的窝一样，他们房屋和周围的空气中含有丰富多样的环境细菌。在现代辛巴人和阿丘雅人的房子里，室内的常见细菌越来越多，但仍然存在环境细菌。这两个部族的情况，可以反映我们老祖先住所的部分情况。因此，我们可以说，从环境细菌占优势这一点来看，生活在我们祖先的居所如阿玛塔原始房屋中的生物，和今天阿丘雅人和辛巴人的房屋中的生物是相似的。人类最初建造的房屋大都是圆形的。直到约1.2万年前，人们才开始建造方形房屋。尽管方形房屋可利用的室内空间比圆形的要小，但它也更容易组装。大量的房子可以并列，甚至可以互相叠放。在人类开始以耕种聚居生活的各个地区，都出现了从建造圆形房屋到方形房屋的转变痕迹。这样，房屋和外界的隔绝似乎更明显了些，有了更广义上的“室内”和“室外”之分。不过，圆顶房子并没有就此消失。在这个时期，圆形房子和方形房子是并存的。让我们快进1.2万年。今天，大多数人都生活在城市里，且城市化趋势还在加快。在城市中，有更多的人住在大楼中。户外的细菌想要进入室内需要长途跋涉。如果房子的窗户紧闭，它必须爬上楼梯，穿过走道，经过一道道门，然后闪身而入。我们以为我们能创造出一个无菌的室内环境。但在窗户紧闭、户外细菌难以进入的房间里，到处都是以我们的身体碎屑或腐败食物甚至日渐破败的建筑本身为食的细菌。我们曾居住在窝棚里，周围只有来自环境的细菌，我们所到之处留下的痕迹十分细微，甚至无法察觉。而如今在有些公寓中，自然环境的痕迹已经消失不见。不过关键在于，我们的研究表明，就像不同房子中的生物也不尽相同一样，公寓之间的生物群也有所区别。有些公寓确实与自然隔绝，而另一些则像今天的辛巴人或阿丘雅人一样，仍和自然保持密切的关系，我们可以主动选择，让室内的生物拥有怎样的多样性。以我的经验，当人们知道自己是和几千种细菌——不管是食屑菌、生活在极端环境或来自森林和土壤的细菌——共同生活时，反应只有三种：那些我常常打交道的微生物学家听到后会有所触动，但也是意料之中：“才8万种？我原以为会更多。你是不是忘了在冬天采样？狗身上采样了吗？”微生物学家每天都沉浸于未知世界的瑰丽或丑陋之中，早已习以为常。我们先别管这些人的反应。另一种人会感到敬畏，我就是这样。敬畏也是我希望自己能浮现的感受。能被这些我们才刚开始探索的各式各样的生物所包围，简直太棒了。人们家里现有的生物多样性，是经过了40亿年岁月一点一点形成的。每一个家里，都生活着我们一无所知的、未曾命名的生物。其中一些已经和我们共同生活了几百万年，有些后来进入到现代人家中的犄角旮旯里。就在你周围，而且足不出户，就有未知之物等待我们去发现。新的物种，新的现象，崭新的一切。但还有更多的人厌恶这些生物。我怎么知道？因为每当我们有了新的发现，会通知提供样本的住户。接着，他们就给我写邮件问这问那，我觉得这些问题很有趣。有时，他们问的问题，和我当年在哥斯达黎加向工作站的生物学家问的差不多：“我们对这些物种有哪些了解？”很多时候，我能给出的答案和当年生物学家告诉我的也差不多：“不知道，你应该自己研究一下。”或者“不知道，我们一块儿来研究吧”。不过有时，这些问题更像是：“呃，我家的灰尘里有上千细菌。怎么才能消灭它们？”答案是：“你不应该消灭它们。”理想状态下，我们家里的生物世界应该像一座花园。你会除掉花园里的杂草和害虫，但你也会照料好栽种下的各种各样的花。我们要除掉的是那些会让人患病甚至致死的生物。但这些生物远比你想的要少。世界上几乎所有的传染病都是由总共不到100种的病毒、细菌或原生生物引起的。我们可以通过洗手来预防传染病，洗手可以防止粪便中的细菌无意中从手入口。洗手不会干扰皮肤表面原有的细菌层，而只会冲洗掉刚从外部沾染的细菌。我们也可以通过注射疫苗来预防传染，政府和公共卫生系统通过执行政策、修建洁净饮用水（但不是无菌的）设施来预防传染。政府和公共卫生系统也会防控黄热病、疟疾等以昆虫为媒介的疾病。最后，当（且仅当）出现细菌感染且没有其他控制方法的时候，医生最后的底牌就是抗生素。以上这些方法已经挽救了几十亿的生命，而且如果使用得当，它们会继续发挥巨大的作用。然而，上述方法只在病原菌身上管用。当它们同时清除了其他物种（比如家里其他79950种生物）时，就会产生负面影响。在本书里我会经常谈到人们试图消除家中的生物多样性时产生的不良后果。这里我只简单总结为：这些方法会利于病原体的扩散、侵入和演化，利于害虫的传播和危害，而不利于免疫系统发挥功能。在大多数情况下，只要有害的物种处在管控之下，家中的生物多样性越丰富——尤其是来自土壤和森林的细菌种类越多——对人体健康就越有益。实际情况远远比这复杂（关于生物的一切都是如此），但大致可以这样表述。   谈到这儿，可能有人会想：“那我还是要把家中的细菌都消灭掉。”我们身上和家里那些无害生物的作用之一就是阻止病原体的侵袭。不过你可能会觉得，如果我消灭了所有细菌，家里就不再有任何病原体了，这些生物就没必要去管了。清洁产品常常号称能消灭99%的细菌（剩下的都是些超级顽强且会造成危害的），但你还是可能会被那1%感染。假如有所房子里面的人真的这样做了，有一个可以让人们了解这种可能性的室内空间，就是国际空间站。假如你想把家里搞得完全无菌，国际空间站是个很好的例子。在美国国家航空航天局（NASA）成立之初，那里的科学家就认为防止细菌被传播到太空具有重要意义。起初，他们担心的是航天飞机会在无意中将地球上的微生物带到太阳系的其他星球   ，或者外星生物会来到地球。这至今仍是NASA行星保护办公室的主要工作。后来，NASA的科学家也开始担心宇航员被困在航天飞机和国际空间站上不能按时返回时，病原体会危害他们的健康，而外部宇宙空间给病原体们帮了大忙。来自宇宙的微生物进入航天飞机或空间站，这种可能性基本不存在。如果你在地球上，推开家里的窗户，户外的细菌会随风飘入。但你如果打开空间站的舱门，宇宙真空会将你（以及你周围所有的生物）吸走。另外，和公寓楼相比，空间站里的空气总量较少，因此要控制湿度和空气流动就更容易。而且，NASA还设计了最先进的设备来给运送到空间站的任何食物和材料消毒。简单地说，你家里再怎么无菌，也不如国际空间站干净。那么，空间站里除了宇航员还有没有别的生命呢？科学家对此开展了详细研究，更多的研究还在路上。最近一个项目更使用了和我们研究罗利市民居中生物一样的方法来探索空间站。这肯定不是巧合。2013年在我们关于40个家庭的研究发表后不久，加州大学的微生物学家乔纳森·艾森（Jonathan Eisen）给我写信，询问能否用同样的方法来给空间站取样。和我们邀请居民给自己家取样一样，他会请宇航员来给空间站取样。他们使用了同样的棉拭子，取样的地点也相似，尽管和家里会有细微的不同。我们让居民取门框周围的灰尘来分析来自空气中的细菌在家周围聚集的情况。在空间站里，引力很小，灰尘无法落地。因此宇航员从空气过滤器上取样。研究中也使用了类似的知情同意书（授权让科学家研究这些数据），不过有一点不一样——在对住家的研究中，研究结果是匿名的（人们可以查看自己家的结果，但其他人看不到）。在国际空间站中，结果要匿名是不可能了，宇航员谁都认识。当时住在空间站的有美国宇航员斯蒂夫·斯旺森（Steve Swanson）和里克·马斯特拉基奥（Rick Mastracchio），俄国宇航员奥列格·阿尔捷米耶夫（Oleg Artemyev）、亚历山大·斯克沃尔佐夫（Alexander Skvortsov）、米哈伊尔·秋林（Mikhail Tyurin）和来自日本航天局的指挥官若田光一（Koichi Wakata）。若田光一在空间站里取了样，样本随后被送回乔纳森位于戴维斯市加州大学内的实验室，交给他的学生詹娜·朗（Jenna Lang）进行分析。空间站的早期研究表明站内基本没有环境细菌，没有来自森林和草原的细菌，也没有和食物相关的细菌。如果说空间站设计之初的目标是里面不能有别的生物，那这是成功的。不过空间站内并非没有细菌，几乎所有细菌都属于和宇航员身体有关的细菌。这是空间站早期研究的重要成果。詹娜的报告也证明了这一点。为了让人们更直观地感受到这些数据，了解其相关背景，我们可以把空间站和空间站中的细菌和来自其他地方（特别是罗利市的40户居民家中）的细菌画在一起，如图3.2。含有类似细菌的样本距离较近，细菌差别大的距离较远。从这图上你可以看出在讲到罗利市的研究时我曾提到过的一点：门框上的样本含有户外细菌和室内细菌，这些样本彼此类似。厨房样本的细菌种类差别较大，它们都含有和食物相关的细菌。同样，来自枕头和马桶垫的样本之间也有区别，但没有你所想的那么大。来自空间站的样本在图的下方，取自空间站的各个部位。按它们和地球上样本的相似程度来看，这些细菌最接近枕头和马桶坐垫上的细菌。    

　　图3.2　上面不同图形代表我们在罗利市居民家中和空间站中的取样地点。图形越大，表示特定取样点不同样本间细菌组成差异越大。两个图形挨得越近，它们代表的取样点的细菌组成越相似。最下面的取样点含有的全是人体相关细菌，右上角的取样点主要是食物相关的细菌，左上角的主要是土壤和其他环境细菌（尼尔·麦科伊 绘）和枕头、马桶垫一样，这些样本中含有来自粪便的细菌。詹娜发现其中一些与大肠杆菌和肠杆菌（Enterobacter ）有关。   她还发现了一种来自粪便的细菌，人们对这种细菌研究非常少，甚至都没有命名，我们暂且称其为“理研菌科未分类细菌/S24-7”（Unclassified Rikenellaceae/S24-7）。空间站样本与枕头和马桶垫上的细菌并非完全相同，比如其中和唾液有关的细菌要少一些，更多细菌和皮肤有关。早期研究发现引起脚臭的枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis ）在空间站中很常见。詹娜证实了这种细菌的存在，但她还发现另一种棒杆菌（Corynebacterium ）数量更多。棒杆菌是引起腋臭的元凶。有了这些枯草芽孢杆菌和棒杆菌，难怪人们说空间站“闻起来就像塑料、垃圾和体臭的混合物”。   我们发现男性居住的房子里和腋臭有关的棒杆菌更多，因为在取样时空间站里全是男性。这让我关注到另一个空间站和地球上房屋的不同点——空间站中几乎没有来自阴道的细菌，或者说没有阴道常见的菌落，如乳杆菌（Lactobacillus ），这大概同样因为取样时空间站里生活的都是男性。从任何角度来看，空间站中的细菌组成情况，就等于消除了所有环境影响的地球上房屋中的情况。这就是你不停做卫生、紧闭门窗和缝隙后的成果。但还不光是这样，取自空间站不同区域样本的细菌组成彼此十分相似，生物四处飘散。从这点来看，空间站就像一个用泥巴、树叶做成的原始小屋。在这样的小屋中，细菌同样四处飘散（和其他房子相比），但两者有一个区别——在原始小屋中每一处的细菌组成十分相近，因为环境细菌无处不在；而空间站中不同区域的细菌组成相似是因为全部都是来自人体的细菌，在接近失重或失重、没有其他细菌的状态下，人体相关细菌得以散布开来。如果你一遍遍地打扫，房间里很可能就是这种情况，我们在曼哈顿一些公寓中见到的就是这样。我们在研究这些公寓中生物组成情况时发现了一个问题。这个问题和那些不见踪影的生物有关。当我们创造了一个除了人体细菌之外几乎没有任何生物多样性的室内空间，而且全天宅在家时，这个问题就来了。大街上污水横流，腐烂的死老鼠被泡得肿胀变形……四脚朝天漂浮在苹果皮、芦笋杆和卷心菜堆中……仿佛龋齿大面积发炎、腐熟的肠胃胀气、醉鬼呼出的浊气、动物腐尸留下的污渍和便盆骚臭的混合物……污水一泄而出，遍布大街小巷……在夜晚散发出恶臭。——《费加罗报》 19世纪，全球出现了多次霍乱大流行。1816年首次霍乱爆发于印度，造成十几万亚洲人死亡。1829年霍乱在整个欧洲肆虐，到30年后疫情总体缓和时，从俄罗斯到美国纽约有几十万人被夺去生命。1854年，霍乱卷土重来，这一次是全球性的大流行。城市一个个地在霍乱中沦陷，出现了一家人同时被埋葬的惨状。原本热热闹闹、人们工作和生活的住宅楼，变成了死气沉沉的空壳。有些城市的死亡人口超过新生人口。生态学家把这种只得靠移民维持人口的情况委婉地称为“人口下降”（population sinks）。   城市变成了一个巨大的洗碗池，无数生命顺着管道被冲走，化为乌有。人们将霍乱的蔓延归于“瘴气”。瘴气理论认为：包括霍乱在内的疾病是由臭气（瘴气），特别是夜晚的臭气引起的。这种理论的荒谬性显而易见，但人们对臭气的厌恶不是毫无道理的。这反映出难闻的气味常常和疾病有关。演化生物学家们声称：腐臭味与疾病有关，这种观念从远古就已经存在，它埋藏于我们的潜意识之中。   在人类漫长的演化历史中，避开那些难闻的气味，可能确实提高了人类的存活率。   对死尸腐臭味的嫌恶，减少了尸身病原体的传播；对粪便臭味的避让，减少了粪便中细菌致病的可能。从这个角度看，瘴气的概念竟然如此古老，仿佛它原本就存在一样。不过，随着城市的发展，难闻的气味与疾病相关这一说法不再适用了。城市中处处都是污浊之气，要远离臭气，意味着你要离开城市，而这只有富人才能做到。对霍乱真正病因的探索走了几十年的弯路，科学家和民众无法认真分析眼前的数据。不过，在19世纪中期的伦敦，终于出现了一位有心之士——约翰·斯诺（John Snow）。他认为霍乱是由某种“病菌”引起的，它是通过沾染粪便入口，而非通过空气传播。他解释说，尽管粪便有臭味，但病菌本身无味。这一观点并不被大众接受，因为它与臭气理论相矛盾，而且这个说法还十分恶心。1854年，在亨利·怀特海牧师（Reverend Henry Whitehead）的工作的基础上，斯诺搜集了伦敦苏荷区患病和未患病人口的分布情况，当时苏荷区的霍乱疫情尤其严重。最后他发现，所有感染霍乱而死的人，都分布在一块较大的区域内，他找出了其中的原因。住在这一区域的人用的都是位于布罗德街（现在的布罗德威克街）水井里的水。一些没有饮用这些井水的家庭也有人染上霍乱，但后来人们发现，因为自己的水井也散发出臭气，他们多多少少都喝了点这口井里的水。斯诺绘制了近期霍乱导致的死亡案例分布图，直观显示了霍乱源于布罗德街的水井。基于这张分布图（图4.1），斯诺指出布罗德街水井污染是导致疾病的源头，只要取下井口的把手（井就无法使用），疫情就会得到控制。   事情果真如他所说，但他说服周围的人花去了几年时间。同时，苏荷区的疫情也自然缓和下来。   后来，调查表明，井水被附近废弃污水坑中一块陈年尿布所污染了。几年后，结核杆菌（Mycobacterium tuberculosis ）的发现者、微生物学家罗伯特·科赫（Robert Koch）终于找到了霍乱的元凶——霍乱弧菌（Vibrio cholerae ）。这种细菌来自印度，19世纪早期随着贸易被带到伦敦，继而被传播到了全世界。 

　　图4.1　这张是现代人重新绘制的斯诺用于展示1854年伦敦苏荷区霍乱死亡情况的地图。黑色小长条代表死亡病例，P代表水井的位置。通过这张地图，斯诺形象地说明了大部分死者都住在布罗德街水井附近，或从这口水井中获取饮用水［约翰·麦肯齐（JohnMackenzie）仿斯诺原图所画的地图，有修改］人们花费了几十年来寻找重建城市并抵御污染的办法。伦敦的办法是即刻开始从受污染较少的远处水源取水，再运到城市。在斯诺的发现为人所熟知后，包括伦敦在内的大城市开始更加积极地处理人类生活垃圾。有些城市甚至开始进行水源处理。这些举措，挽救了数亿甚至数十亿人的生命。   阻断病原体到口传播，起到了很好的作用。继斯诺之后，用病例分布图来反映疾病的扩散成为流行病学专业的常用方法。学生们知道了斯诺的分布图是第一张反应疾病传播情况的图表（但事实并非如此）。他们也了解了分布图有显示疾病源头以及推断潜在源头的作用。一般而言，使用分布图是为显示特定病原体出现的时间、地点并推导出原因。虽然分布图反映的仅仅是相关性，但它有助于流行病学家分析因果关系，分析疾病为何发生、如何发生。但分布图也能让我们意识到自己的无知，20世纪50年代一系列新疾病的出现，恰恰证明了这一点。克罗恩氏病（Crohn's disease）、炎症性肠炎、哮喘、过敏甚至多发性硬化都在此列，它们影响了我们的正常生活，带来痛苦。所有这些疾病都和某种慢性炎症有关。但炎症反应又是如何产生的呢？这些疾病的历史太短，不大可能来自基因，而且和伦敦的霍乱疫情一样，它们具有一定的地域性。伦敦霍乱的地域性比较特殊，与它不同，这些疾病在公共卫生系统和基础设施更完善的地区更常见。一个地区越富裕，人们得这些病的可能性就越大。这和我们从斯诺以来逐渐形成的对“病菌”及其分布的理解是相抵触的。不过，我们仍可以用斯诺的方法来研究这些疾病的分布图，分析它们的地域性和其他相关因素。科学家们可能会分析现有的疾病地图，提出关于病因的假说。接着，他会寻找能在自然条件下验证假说的实验。最后，在得到满意的验证后，他会用分布图来描述他认可的理论。当且仅当这时，我们才可能理解疾病的真正成因。对这些新的疾病来说同样如此。首先要提出假说，然后在自然条件下加以验证。人们曾把这些病怪罪于新的病原体、冰箱甚至牙膏。包括生态学家伊尔卡·汉斯基（Ilkka Hanski）在内的科学家，后来提出是和上面这些因素完全不同的原因引起的——不是某种细菌感染，而是缺少与外界生物的接触。汉斯基教授似乎不大可能会与慢性疾病和细菌的研究有交集。职业生涯之初，他是研究屎壳郎（蜣螂）的专家。他的自传一章章详细记录了自己的经历。2014年，他开始记录自己的生活，文章写得很仓促，因为同年3月他告诉友人“癌症在威胁着他的生命”。他想把他认为对整个生物世界而言最重要的东西记录下来，留给子孙后代。在书中，读者可以观察他的职业生涯轨迹。在不同的研究阶段，他一直对小型孤岛样栖息地很感兴趣。他刚开始研究的是粪堆。因为对屎壳郎而言，粪堆就是等待发现并且要迅速占领的“岛屿”。他用自己的粪便或死鱼做诱饵。在婆罗洲的姆鲁山登山时，他通过诱捕屎壳郎来观察不同种类竞争同一个粪堆和几乎无竞争的决定因素。之后，他开始在芬兰南部的奥兰群岛研究庆网蛱蝶（Glanville fritillary/Melitaea cinxia ）。通过研究这种蝴蝶，他了解了稀有物种在狭小的栖息地中的兴衰。在几十年时间里，他在近4000个小型栖息地中跟踪观察庆网蛱蝶与蝴蝶身上的寄生虫和病原菌（人们至今还在跟踪研究这些蝴蝶）。通过观察，可以得知当栖息地小到何种程度、隔绝到何种程度，其中生存的物种将会灭亡。他建立了能够量化这些的数学模型。后来，他对为何某种蝴蝶中的一些个体能在栖息地碎片化后存活产生了兴趣。他发现了一些基因，它们似乎和某些个体能在小片状的适宜栖息地中生存有关。从田野研究、理论、假说和检验中获得的洞见让汉斯基赢得了2011年的克拉福德生物科学奖，相当于生态学界的诺贝尔奖。在长达数十年的工作中，从研究整个屎壳郎种群到某一种蝴蝶再到这种蝴蝶中不同基因型的个体，汉斯基的研究范围不断收窄。接着，他突然转向慢性炎症性疾病，起因在于一次偶然的会面。2010年，汉斯基听了芬兰著名流行病学家塔里·哈赫泰拉（Tari Haahtela）做的关于慢性炎症性疾病的报告。   报告中引用的资料和汉斯基以往研究过甚至见过的都不一样。这些资料虽然未经加工，但足以触动人心。哈赫泰拉呈现了慢性炎症性疾病的上升趋势。数据显示：从1950年以来，这些疾病的发生率每20年就翻一番，在发达国家更明显。而这一上升过程仍在继续。例如，过去20年，美国的过敏发生率上升了50%，哮喘上升了1/3；而随着不发达国家城建投入的增加，慢性炎症性疾病的发病率也出现了上升（图4.2）。这一全球性的态势触目惊心，引发了广泛的担忧。这些上升的曲线，或许同样可以表示股价、人