《我包罗万象》作者：埃德·扬
上一节，我们介绍了失控的微生物会给生态平衡造成巨大的影响，但从另一方面来说，和微生物建立起共生关系，也能给动物带来极大的好处。那么，接下来，我们就来看看那些微生物能创造出的惊人力量。
共生依存的起源
关于动物和微生物共生的历史，可以追溯到两亿五千年到两亿年前。那时，恐龙刚刚出现，哺乳动物和开花植物还没有诞生，但古老的蚜虫已经和布赫纳氏菌建立起了共生关系。
蚜虫是一种啃噬植物表皮，吸取植物汁液为生的小型昆虫。植物汁液是一种很好的食物来源，首先，随便一颗植物体内就蕴含着充足的汁液，对蚜虫来说唾手可得。其次，这些汁液通常含糖量很高，毒性又很低，因此健康又好吃。但是植物汁液也有一点不足，就是它严重缺乏动物生存所必需的十种氨基酸。
那么，蚜虫要到哪里去找到这十种氨基酸呢？事实上，蚜虫根本不会为此发愁，因为它们什么都不用做，就能得到这些氨基酸，生产氨基酸的一切工作，都靠寄生在它们身上的布赫纳氏菌来完成。
但这并不是一项简单的工作。因为氨基酸是一种非常复杂的营养物质，需要通过一系列化学反应来生成，每一次反应都需要不同的化学酶来催化。合成氨基酸的整个过程，就像汽车工厂的流水线一样，布满了各种各样的机器，有的用来固定座位，有的用来加装发动机，有的负责安装车轮，有的负责安装挡风玻璃，把这些工序按部就班的完成，才能出现一辆崭新的汽车。别看布赫纳氏菌小到肉眼根本看不见，可它的基因组却像汽车工厂的流水线那样，保存着许多合成氨基酸的基因，这些基因能把植物汁液中的养分一步步加工成蚜虫所需的氨基酸。而在这个过程中，布赫纳氏菌也从植物的汁液中获得了生存所需的营养。
由于这种共生关系的存在，蚜虫仅仅依靠食用植物的汁液，就在地球上顽强生活了两亿年之久。
肠道里的微生物特殊小队
说到“吃”，你有没有想过，为什么哺乳动物会分成食草动物和食肉动物呢？为什么狮子和老虎就算饿死，也不会通过吃草来充饥呢？这其实也和微生物息息相关。
科学家在对不同哺乳动物进行研究后发现，每一种哺乳动物都有一套独属于自己的肠道微生物组。而这一发现来自英国微生物专家露丝·莱，她花了4年时间，收集了世界范围内的60个物种的粪便样本，为了得到样本中的DNA数据，她忍受着难闻的气味，对每一份样本都进行了干燥、研磨，最终，她得到了这些哺乳动物的肠道微生物图谱。
露丝发现，虽然每种哺乳动物的肠道微生物组各不相同，但根据这些动物的祖先，以及它们的饮食结构，微生物组也可以被分成一些小群体。比如，食草动物的肠道菌群通常具有最高的多样性，而食肉动物的肠道菌群种类最少，杂食动物的饮食种类最丰富，但肠道菌群的多样性居于食草动物和食肉动物之间。那么，这一现象背后隐藏着什么原因呢？
这是因为，植物中的碳水化合物构成更加复杂，比如纤维素、半纤维素、木质素和抗性淀粉等，消化它们需要更多的化学酶。和蚜虫一样，哺乳动物也不具备生成这些化学酶的能力，它们一样需要借助细菌的力量。在食草动物体内，各种细菌化身为切断植物组织的工具。拿食草动物肠道内最常见的B-theta细菌来说，它的基因组可以生成250种切断碳链的酶，这些酶能够切断植物中不同成分的碳水化合物，让肠道得以吸收其中的营养。
研究数据表明，我们人类每天摄入总能量的大约10%，都是由肠道细菌从植物组织中分解出来的，如果是一个素食主义者，这个比例还要再高一大截。而对于牛羊等食草动物来说，细菌更是为它们提供了高达70%的能量。而且，想要从植物中获得更多能量，动物就需要种类更丰富、数量更庞大的微生物。
如果关于哺乳动物和微生物之间的话题到此为止，或许大家不会感到十分惊讶，毕竟，我们已经见识了那么多动物与微生物合作的案例，但事实上这个话题还远没有结束。
地球上最早出现的哺乳动物是食肉动物，它们体型很小，靠捕食昆虫为生。在漫长的演化中，哺乳动物逐渐从四周环境中接触到了可以分解植物组织的微生物，这些微生物生成的酶让哺乳动物有能力消化树叶和藤蔓。于是，哺乳动物实现了从肉食到草食的跨越。伴随着恐龙大灭绝所腾出的生态空间，食草的哺乳动物开始站上地球的舞台中央。哺乳动物的成功无疑是建立在以植物为食的基础上，而这种成功归根到底则是建立在微生物分解植物的基础上。
为了适应微生物带来的强大的植物消化能力，草食性哺乳动物又不断进化出了体积更大的肠胃，像牛羊这样的食草动物更是进化出了多个胃，每个胃里都有细菌来帮助他们分解植物。为了给细菌留出更多的工作时间，食草动物还学会了反刍。反刍就是把胃里的食物吐出来，在嘴里重新咀嚼和吞咽，这个循环过程虽然听起来有些不卫生，但是却可以大大提高细菌的工作效率，让它们与食物进行更充分的接触。可以毫不夸张的说，微生物左右了哺乳动物的进化，塑造了如今食草动物的身体形态。
在另一方面，哺乳动物也改变了微生物。科学家研究发现，草食性哺乳动物肠道内的微生物极为特殊。因为，不论是肉食性哺乳动物，还是其他非哺乳生物的肠道微生物，又或者生活在地球任何地方的微生物，都和草食性哺乳动物的肠道微生物不一样。这意味着微生物在它们体内也发生了演化，形成了和外界完全不同的群落。
作为人类，我们既可以从蔬菜沙拉和水果中吸取营养，也能从鸡鸭鱼肉中得到能量，这是因为在我们的肠胃中拥有两种菌群，其中一种菌群负责消化植物，分解碳水化合物，而另一种菌群则负责消化肉类，分解蛋白质。正是因为肠道里多出来的菌群，我们人类才拥有更灵活的饮食结构，更好的适应能力，最终让我们成为地球的主宰者。
解毒大师
对于另一些动物来说，微生物不仅帮助它们消化食物，还会消解食物中的有害物质，防止它们中毒。
在美国西部的沙漠中，生长着一种名叫石炭酸灌木的植物，这种植物具有非常强的抗干旱和抗老化性，所以它能安然无恙地生长在沙漠中。为了保持充足的水分，石炭酸灌木会在叶子里储存大量的汁水，而为了不被食草动物吞食掉树叶，石炭酸灌木的叶子演化出了很强的毒性，能够摧毁动物的肝脏和肾脏。但是，有一种动物却不怕这种带毒的叶子，这种动物就是荒漠林鼠。荒漠林鼠几乎完全以石炭酸灌木的树叶为食，它们每天吞下的大量的有毒树叶，其毒性足以让荒漠林鼠一天死上好几次，但在现实中，荒漠林鼠却安然无恙。
荒漠林鼠之所以能做到百毒不侵，全都要归功于它肠道内的特殊细菌。
为了验证肠道菌群在解毒过程中起到的作用，科学家把一批不具有解毒能力的另一种林鼠带到了沙漠。起初，这些新到的林鼠在吃下了石炭酸灌木以后，很快就被毒死了。可其中有一只林鼠在科学家的引导下，吞食了荒漠林鼠的粪便，荒漠林鼠肠道内的解毒菌群从而进入到了这只新林鼠的体内，赋予了这只新林鼠解毒的能力。
由此可见，荒漠林鼠之所以不怕中毒，并非来自于其自身拥有的免疫能力，而完全是依赖肠道中的细菌。
和荒漠林鼠类似的还有驯鹿。驯鹿主要以地衣为食，而地衣中携带着一种名叫地衣酸的有害物质。然而在驯鹿的排泄物里，科学家们完全检测不到地衣酸残留的痕迹。很显然，地衣酸已经在驯鹿的肠道内被分解掉了。而这样的例子在自然界中是普遍存在的。事实上，微生物不仅能够帮助动物消化食物、分解毒素，它们甚至连石油和金属都能分解掉。
细菌具有DNA移动能力
那么，为什么不起眼的细菌具备了如此多的动物们所不具备的能力呢？
细菌之所以发展出体量庞大的种类，演化出各种各样的能力，因为它们可以像交换电话号码那样交换DNA。两个细菌只要彼此靠近，就能够把自身的DNA传递到对方体内。
科学家甚至发现，细菌可以从死亡的生物体内吸收DNA，它们还可以依靠病毒把基因从一个细胞传递到另一个细胞。所以，即便是亲缘关系非常接近的两个菌株，也可能存在着明显的差别。
这一切都说明了，细菌的演化速度要远远超过了我们的想象。在几十亿年间，细菌不必等待基因突变去适应不断变化的新环境，它们只要从那些原本已经适应了环境的生物体内获取基因，就可以改变自己，给自己赋能了。
相比之下，我们动物的演化速度要慢得多。我们的基因是从父母身上继承下来的。如果我们身边有长得漂亮的朋友，头脑聪明的同事，我们是无法将他们的漂亮基因和聪明基因拿过来，放到自己的DNA里。但是细菌却能做到这样的事情。
人类只有一种创造“新能力”的方法，那就是靠某个个体的基因突变，然后再等待这个个体繁育出后代，这样一代代地把突变基因慢慢扩散到整个群体当中。这个过程相当漫长，而且无法控制，因为基因突变存在着极大的偶然性，并不是每次突变都是好的，也有可能出现有害的突变。
不过，和微生物相比，我们人类也有着一个巨大的优势，那就是我们知道微生物的存在。我们可以用仪器观察它们，用器皿培养它们，用工具研究它们，用科学解释它们。然后，我们便可以掌控微生物，让它们的能力为我们所用。在可以预见的将来，人类将和微生物建立起许多新的共生关系，以此让我们的生活更加美好。
