王大虎

王大虎: 肠胃生态的知觉

王大虎

肠胃里的第二大脑系统,能够品尝食物,影响情绪,细菌也能影响人体的感情表达,那么说明人体的意识不仅仅是大脑的产物。习惯食用面食的人在吃大米饭的时候往往感觉吃不饱,这说明肠胃里的细菌可能没有吃到自己习惯的营养而发出的信号。而且大脑下意识的阅读与计算本身也说明,在人体里,有不同层级的自动运作秩序,这种自动运作秩序还有类似人体免疫系统的其他系统。包括人类在内的生物体内,潜伏着各种自发的秩序。本质来讲整个身体是活性有机物、基因、细胞与微生细菌共同的产物。

我的意识,我的团——人体细菌部落

植物的叶绿体是从一种能进行光合作用的单细胞细菌——藻青菌进化而来,在进化过程中,藻青菌与植物细胞环境形成共生关系,丧失了独立生存能力,同样包括人及动物细胞内的线粒体前身也是由细菌进化而来,并且与人及动物细胞形成了共生的关系。

人体内线粒体为是细胞的重要能量转化中心,人体每个细胞里平均有300~400个线粒体,线粒体大约为人类头发宽度的1/50,它们把氧气与葡萄糖和其他物质相结合,产生三磷酸腺苷(ATP)作为为身体动力来源。线粒体的结构与细菌非常相似,保有自己的遗传DNA,事实上它们从前确实是X生活的细菌,后来大约在20亿年前适应了寄生在大细胞里的生活,在互相依存的关系中成为了细胞的一部分。虽然线粒体曾经是一个独立的物种,但它们现在是人身体的重要组成部分。它们还保留了基因组的一个碎片,作为曾经独立存在的印记。它们与宿主细胞之间纠结的关系在历史长河的生命演变里融为一体,线粒体伴随着人体细胞的演变,从能量、繁殖,到细胞自杀、衰老和死亡。

细胞是人体的结构和功能单位。成年人的平均细胞约有40万~60万亿个,细胞的平均直径在10-20微米之间。人的脑细胞共有120-140亿个。肠X细胞的寿命为3天,肝细胞寿命为500天,而脑与骨髓里的神经细胞的寿命有几十年,同人体寿命几乎相等。血液中的白细胞有的只能活几小时。在整个人体中,每分钟有1亿个细胞死亡。最为神奇的是,大脑的神经细胞的神经冲动传递速度超过400千米/小时,相当于777飞机速度的一半。

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人体的全部生命体约为400~600万亿个,因为人体内除了40万亿到60万亿个自己的细胞之外,每一个细胞平均寄存着10个细菌,这些还不包括还保留部分基因遗传复制功能的线粒体。如果把线粒体看作生命,那么人的微生物体需要在细胞基础上乘以300倍以上。由于细菌细胞及其微小,他们的总和加起来也只占到人体总重量的1%到3%。人体约有2.2万个可以编码蛋白质的活跃基因,占人体基因组的1.2%,人体基因组里面有不低于8%的病毒基因。而寄存在健康人体的微生物细菌人均约有1万多种,它们让人体所带基因总数增加到了800多万个。

几乎每个人身上都带有一些有害的细菌和病原体种类,但是当人体处于健康状态时,有益菌会抑制有害菌的发作,本会导致人体某些部位发炎的细菌能和各种良性细菌共存且相安无事。人体为细菌提供营养,细菌帮助人体抵抗疾病,细菌可以通过影响神经系统,使人品尝到食物的味道,表达肠胃系统的情绪。长期的进化,使有益菌与人体细胞的已经成为生命体与细菌的一种合作,互惠互利,共生。微生物是与我们身体里的的肝脏和肾脏一样重要的身体器官。

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很多人认为,意识是大脑的产物,其实大脑神经连接人体细胞的每个重要区域,人体几乎感觉来自身体的每次感受。但是在细胞层级领域,包括人类在内的动物,就像一个合作体,所有的细胞彼此分工合作。人体在每次感染病毒后,免疫系统一些细胞甚至像蜂X中的蜂一样为保护集体而发起自杀式防卫,有大量的白血球必须自杀以维持血液成分的平衡。

免疫系统会自动对抗有害病毒的入侵,但又会依赖一些有益菌加强自身的实力。一开始人的意识已经脱离了对这些细微的感受,一旦有害病毒在人体内的破坏扩大,人体开始做出发烧等反映,人的意识就开始感觉到痛苦。意识是更应该是人体几百万亿生物体细胞合作后的整体反映。

很多人赞同《自私基因》的观点,认为生物天生是自私的,但是却又无法解释人体免疫系统为什么会通过牺牲自身来对抗病毒对集体的保护。当然也无法解释叶绿体与线粒体为什么会心甘情愿地进入植物与动物体内,默默无闻充当集合中的一个整体的小分子。而事实上基因DNA在进化历史上,一开始并不是生物体的遗传主体,RNA才是遗传主体。只是在以X化的分工合作中,DNA才被生物细胞分配到了专职遗传工作中来,当然其他有机体也承担了部分遗传工作任务。

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在人体内,各个细胞及微生物展开合作,各自分工。而在细胞体内各个有机大功能分子分工,按照某种程序各自忙碌自己的工作,把光子的能量从营养物质中释放出来,在细胞体内有机分子表现出各自的生命活力。

如何解读意识,是现代科学中的一项重要研究,但是我们不应该从脑科学本身解读意识的本质,而是把意识当作500万亿个生物集体来解读,这样就会有不同的结果。结合生物学演化与量子角度,会给意识的解读带来更多的研究方向。

有益菌——人类的盟友

那些寄生在人体的细菌竟然十倍于人体自身细胞数量,人们不仅思考,掌控人体的到底是我们还是那些共生细菌?

以前科学家认为人的身体是完全可以自我调控运转的。人体能自己分泌消化酶消化食物,自发合成营养物质,转换能量。免疫系统能够自动启动预防系统,避免病毒及细菌等有害物质的干扰,维护身体组织和器官的安全。

最近10多年的研究发现,人体更像一个复杂的生态系统、一个庞大的生物X的社会X落。超过人体细胞10倍的共生细菌寄生在我们的皮肤、口腔、胃里、肠道等部位,而且人类的基因已经部分含有病毒或者细菌的基因。部分细菌或者病毒,有时候不仅不会危害我们的健康,反而对人体有益,能帮助身体进行消化、生长和防御,甚至变成人体的基因,融合进人体细胞内部成为细胞重要的一部分。

人体内大约有几百万亿左右的非人类有机体,这些大部分是细菌与病毒。人的感冒、结核病、肝炎,都来自病毒感染,但人类的胃和肠道的细菌能够帮助人体消化难以处理的食物,如碳水化合物,细菌把它们分解成较小的分子。它们还通过覆盖肠道表面使有害细菌无法滋生的方式,阻止有害细菌的侵入。有一段时期人们认为阑尾是无用的,现在证明阑尾其实就是细菌库,很多细菌在那里可以休养。一些细菌或者病毒甚至可以产生特殊抗体和防御性的化学物,帮助人体攻击入侵的微生物。如果没有这些细菌,人的生命似乎无法长期独立存在。

在消化系统内,细菌并不是随机分布,而是以不同的种类和数量存在于肠道的不同区域。原生动物、酵母和其他微生物也存在于肠道生态系统内。

从小的时候人体内就有一个微生物X落,当然,更多的细菌是随着人慢慢长大,与周围环境接触的过程中,渐渐形成自己的共生细菌X落的。新生儿在自然分娩时,第一口吸进的微生物是母亲产道内的大量益生菌。这些益生菌携带着良好的基因,它们在婴儿无菌的消化道“安营扎寨”,然后形成多样化的菌X,让人身体保持健康平衡。很显然顺产的孩子比剖宫产的孩子身体免疫力更好。西班牙的科学家玛瑞—卡门—克里亚多等已经发现母乳含有超过700种细菌,这些微生物的多样性能够帮助婴儿消化母乳或者推动婴儿的免疫X形成。通过母乳喂养能够将有益菌传递给婴儿,帮助其消化母乳或者形成免疫系统。

人在成长环境中,随着与父母、兄弟姐妹、居家,宠物、玩伴、泥土、水、饮食、空气等接触,人体内就会形成一个庞大而复杂的微生物X落。

从遗传学角度来看,所有人的DNA99.9%都是相同的。虽然同卵双胞胎具有完全相同的基因组,但是包括双胞胎在内你几乎找不到细菌X落组成完全一样的两个人。个体生存环境的不同,后期的锻炼、饮食、细菌X落的不同对人类个体的命运、健康、行为会造成不同的影响。

我们身体中的每个细胞都生成唾液酸和岩藻糖两种特殊的糖类营养物,它们是人体健康生存的绝对必要条件,它们还存在于肉、蛋类和乳制品中。分布在肠道上的细胞会分X一些X,这些X一方面覆盖在肠X上形成一个无法渗透的保护屏障阻止居住微生物离开肠道进入到血流中;另一方面,肠道菌X极擅长吃X,X为肠道内的微生物提供唾液酸、岩藻糖等各种糖类营养物。这些微生物可以通过各种方式利用及关掉这一糖源。但在正常的肠道中,许多其他的微生物会利用一些工具来消化唾液酸和岩藻糖,生成其他一些多形拟杆菌需要的物质。这是一个具有共生性质的生态交换系统。

研究人员发现,维生素B12可以帮助人体细胞产生能量、合成DNA、制造脂肪酸,但形成维生素B12的酶必须依赖细菌才能生成。肠道内的细菌可以分解食物中某些难以消化和吸收的成分,但直到最近,他们才发现一个有趣的细节:在人体的共生细菌X落中,还有两种细菌能影响人的消化和食欲,它们是多形拟杆菌与幽门螺旋杆菌。

多形拟杆菌:多形拟杆菌是居住于人及其他动物肠道内的一种重要共生微生物。它能够分解人体本身无法消化的多糖如纤维素等,它在向宿主提供营养的同时也为自己和肠道中的其他细菌获得食物。

多形拟杆菌是一种最优秀的碳水化合物降解细菌,能够将许多植物类食品中的大分子碳水化合物降解为葡萄糖和其他易消化的小分子糖类。人体中没有基因可以合成降解碳水化合物的酶,而多形拟杆菌的基因,能合成260多种消化植物成分的酶,从而帮助人体高效地从橙子、苹果、土豆、小麦胚芽等食物中提取营养素。

通过对小鼠进行实验,研究人员发现,多形拟杆菌可与宿主发生相互作用,向宿主提供营养物质。研究人员先将小鼠饲养于一种完全无菌的环境中(保证它们不携带任何细菌),然后再让小鼠与多形拟杆菌接触。2005年,美国华盛顿大学圣路易斯分校的研究人员发现,多形拟杆菌通过食用多糖分子,即结构复杂的碳水化合物而存活。多形拟杆菌会让这些营养物质发酵,生成短链脂肪酸(也就是它们的X物),为小鼠提供养分。通过这种方式,细菌从那些本来无法消化的碳水化合物中得到了热量,比如燕麦片中的膳食纤维。研究人员还发现,如果要获得相同的体重,那些没有携带多形拟杆菌的小鼠,需要比携带了这种细菌的小鼠多吃30%的食物。

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幽门螺旋杆菌:幽门螺旋杆菌是可以在胃内酸性环境中X生存的少数病菌之一,原来人们认为它是引发胃溃疡的病原菌。人们使用抗生素来治疗胃溃疡,这使由幽门螺旋杆菌引发的溃疡发病率下降了50%多。但是现代科学证明该细菌实际上是一种与人体共生的有益细菌,对大多数人都是有益的。它可以调节胃酸水平,创造既适合它生存也适合宿主(人体)的环境。比如,当胃酸分泌过多时,幽门螺旋杆菌会大量繁殖,同时细菌内开始产生一种蛋白质,使胃部减少胃酸的分泌。不过,对于易感人X来说,这会加重幽门螺旋杆菌引起的溃疡。

科学家早已知道,胃可以产生两种与食欲相关的激素:一种是告诉大脑人体需要进食的饥饿激素,另外一种是提示胃已经饱满,不需要再吃的瘦素。

纽约大学的教授马丁·布雷泽(MartinBlaser)和同事2011年做了一项实验,一组携带了幽门螺旋杆菌,另一组则没有携带,然后比较两组受试者饭前饭后的饥饿激素水平。结果显示:携带幽门螺旋杆菌的人,饭后饥饿激素水平会降低。没有幽门螺旋杆菌的人,则没有这种能力,这说明幽门螺旋杆菌可以调节饥饿激素水平,即食欲高低直接导致人的进食的多少。一项对92名退伍军人的调研显示,使用抗生素导致幽门螺旋杆菌消失的人,比那些未受感染、同等条件的人体重增加得快。也就是说,胃部没有该细菌的人饥饿激素水平不能适时下降,导致饥饿感延长,从而进食增加。

免疫系统与细菌的共生:科学家发现,一些线索指向一种非常新颖的观点:经过亿万年的进化,人体内的细菌X落和免疫细胞已经互相妥协、包容、和平共处。在过去几十亿年的生物进化历程中,细菌有的像线粒体、叶绿素一样,融合进入动植物的身体细胞里面,成为生命运转必须的一部分。有的细菌虽然独立,但是已经成为人体及动物体内的重要环节,这些细菌与人体细胞及免疫系统,组成共同联盟,共同合作,弥补人本身的生理及DNA缺陷。这些有益菌甚至与免疫系统合作,攻击共同的病毒敌人。

T细胞会识别和反击入侵人体的病原体,同时还会引发一系列炎症反应(X、变红、发热等)来痛击病原体。这些促炎T细胞为抵御病原体的危害,会释放一些毒性化合物,这些有毒物质会破坏人体自己健康的的组织。但人体在产生大量T细胞后,又会很快产生调控性T细胞,抵消促炎T细胞产生的效应,最终使得炎症反应减弱,这使免疫系统不再攻击人体自己的细胞和组织。好斗的促炎T细胞与控性T细胞之间保持平衡,就会使人体保持良好的健康状况。

多年来,研究人员都认为这种平衡的系统,完全是由免疫系统自己生成的。但2011年,美国加州理工学院的马兹曼尼安和同事发现,大多数人(约70%~80%)体内都有一种细菌——脆弱拟杆菌。这种细菌可以释放消炎物质,帮助免疫系统保持平衡。马兹曼尼安认为:这个事实再一次说明,我们并不是自己命运的X者,细菌可以使我们的免疫系统运转得更好,这可能是一个颠覆传统的观念,免疫系统后面的驱动力,正是那些共生细菌。脆弱拟杆菌对人体非常有益,帮助我们弥补了人体本身DNA的不足,很多时候,它对我们的免疫系统发号施令,进行操纵。但是,与许多病原体不同的是,这种操纵并不会抑制或减弱我们免疫系统的性能,相反,还有助于免疫系统发挥功能。我们体内的其他有益细菌,也可能对免疫系统有相似的作用。它们增强抗体的产生,激活白细胞(巨噬细胞)吞噬细菌和癌症细胞,预防致病菌对我们细胞的依从性,等等。

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其他有益菌也为人体提供了各种帮助,比如乳酸杆菌可吸收高温烹调的肉类产生的致癌化学物。双歧杆菌可产生抗X物质,帮助人类白细胞摧毁日益增长的X细胞。一些有益菌还能积极降低致癌物质浓度,如亚硝胺。

在人体肠胃系统内,细菌的丰富的多样性更重要。肠道菌X组成越丰富多样,人的身体状况就越好。细菌可以帮助人体生成维生素,帮助人体的免疫系统发育成熟并变得强大。肠胃系统中的许多细菌与神经细胞和激素生成细胞相互沟通,使身体跟踪察觉到身体与饮食的状况。而且,细菌生成的各种活性物质能够进入到血液中,以各种各样的方式影响人体,影响人体组织发育。这种情况在各种其他动物体内同样的在上演。

 

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