科學人 7月號/2012 第125期 SCIENTIFIC AMERICAN

與細菌共享人生

研究體內有益菌的科學家開始思考：人體的功能到底
由誰當家作主？是由人類自己，還是與人類共生的微生物？

撰文╱阿克曼（Jennifer Ackerman）
翻譯╱涂可欣

重點提要
■人體內的細菌細胞數是人類細胞的10倍，然而研究人員直到最近，才開始了解微生物對健康的助益。
■有些細菌會製造人體無法合成的有益化合物，有些細菌則能訓練身體對外來威脅不要過度反應。
■電腦和基因定序技術的進步，讓研究人員可詳列出構成微生物群系的所有細菌基因。
■可惜的是，抗生素的使用和其他因素破壞了人體內有益的微生物，可能因而導致自體免疫疾病和肥胖症的增加。

生物學家曾以為人類是獨立的生理島嶼，可以完全靠自己調節內部運作：我們的身體會製造所有必需的酵素來分解食物，吸收其中的養份來供應和修護組織及器官；各組織送出的信號宣告了身體的狀態，例如飢餓或飽足；免疫系統的特化細胞會自我學習如何辨識並攻擊危險的致病微生物，卻不會騷擾身體健康的組織。

然而過去10年來，研究人員證明人體並不全然是一座自給自足的孤島，更像是一個複雜的生態系或一個社群網絡：我們的皮膚、生殖器、口腔、尤其是腸胃道等處，居住著數兆個細菌和其他微生物。事實上，人體內絕大多數的細胞竟然不是人類細胞，細菌細胞的數目是人類細胞的10倍；此外，由各種微生物和它們的基因構成的微生物群系（microbiome），並不會對人類造成威脅，反而協助了從消化、生長到自我防衛等基本生理機制。

這就是所謂的人類「自治」！

生物學家已詳細檢定了人體內最常見的微生物種類，最近他們開始調查這些居民的特定效應，也因而對人體的運作和一些現代疾病（像是肥胖和自體免疫疾病）越來越普遍的原因有了新見解。

種類繁多的共生細菌

每當提到人體內的微生物時，人們通常想到的都是病原體。的確有很長一段時間，研究人員專注於會造成危害的病菌，而忽略了那些有益菌的重要性。美國加州理工學院的生物學家瑪茲曼尼恩（Sarkis K. Mazmanian）認為，這是因為我們以扭曲的觀點看世界，他說：「我們的自戀使我們的思想受到局限，我們相信自己擁有維護健康所需的一切功能，但不能只因為微生物是外來的、只因為我們終生都可獲得，就認為它們不是我們重要的一部份。」

事實上，所有人在生命非常初期時即擁有一個微生物群系，即使出生時一無所有，每個人都會從周圍環境中獲得自己的共生社群。由於子宮通常不含細菌，胎兒一開始是無菌的個體，在通過產道時獲得了一些來自母親的共生細菌，這些細菌開始繁殖；之後在哺乳以及驕傲的父母、祖父母和親朋好友照護的過程中，再加上日常接觸床單、毛毯、甚至寵物，都讓嬰兒的微生物方舟迅速擴充。到了嬰兒時期末期，我們體內已形成了一個地球上最複雜的微生物生態系。

撰文/李家維

年前我到西湖畔的中國茶葉博物館，洽談引種收集自中國各地的茶樹品系，到屏東高樹的植物保種中心。接著就參觀唐宋茶具展，末了我要求看最精采的庫藏。人家大方端出了三樣寶貝：光緒貢茶、光緒普洱和哥德堡號沉船茶。哥德堡號在1745年觸礁沉於瑞典，20多年前打撈起來自廣州的貿易茶，送了少量茶樣給中國茶葉博物館。這是迄今保存最老的茶之一了，僅次於明萬曆時墓葬裡的一小撮茶末子。
 
看著這珍品，我的物慾心大起，於是問：這真是茶嗎？又是什麼茶？人家當然回答不了，我即表示：台灣有好技術，讓我們合作研究吧！就這樣我分到了約一公克的樣品，捧到在楊梅的台灣茶葉改良場。陳場長建議做元素分析，結果好極了，鈉、鐵和鋁的含量超高，海水和鏽船可以解釋鈉和鐵的異常，而高量的鋁就是山茶科植物的特色了，老葉含量尤高。這清朝外銷茶的含鋁量又遠超過一心二葉的台灣烏龍茶，顯然當時中國人摻了不少老葉給洋人喝。
 
時隔一年，我拎著罐東方美人茶再到杭州去，算是交作業，也是邀功。報告完畢，我獲贈15公克的光緒貢茶，這可是給皇帝喝的啊！又可以繼續古茶研究了。在王館長豐盛的江南宴中，東方美人茶是主話題之一，色五彩、味蜜香，還是台灣之寶。清明之後，竹南、苗栗濕熱茶園裡的小葉綠蟬大發，被叮了的茶葉既長白毫，也多產能禦敵的二次代謝物，此乃它獨特色香味之源，據說還能散發氣味，引來小葉綠蟬的天敵。
 
植物能藉氣味來彼此溝通，是30年前的聳動發現，接續的研究更是高潮迭起，原來芸芸眾生間的互動是如此精妙複雜。〈植物也懂聞味道〉將大大顛覆我們的傳統看法，若是詠歎自然的對話和文學仍停留在豔色及芬芳上，就顯膚淺了。
 
然而並非所有植物都如此神奇，生存競爭下仍是敗者居多，可可樹就是個令人擔憂的新案例。〈眾神的食物——巧克力〉是對這美食的禮讚，而〈巧克力危機〉是可可樹不敵害蟲及真菌感染的農情警訊。儘管浪漫該有代價，我看情人們也不必過慮，對如此重要產業，科學家當然不會束手無措。

醫 學
36 與細菌共生

文╱阿克曼（Jennifer Ackerman）

44 腸道菌決定一生健康
文╱蔡英傑

永續農業
48 巧克力危機
文╱施密茲（Harold Schmitz）、夏比洛（Howard-Yana Shapiro）

食品科學
54 眾神的食物巧克力
文╱李名揚

神經科學
60 壓力，讓你腦中一片空白
文╱安斯坦（Amy Arnsten）、馬蘇爾（Carolyn M. Mazure）、辛哈（Rajita Sinha）

科學與藝術
66 古生物插畫大師——奈特
文╱密爾納（Richard Milner）

70 借屍還魂：遊走於虛實之境
文╱程延年

人物專訪
76 自說自畫
專訪科學插畫家哈伯特
採訪╱龐中培

植物學
80 植物也懂聞味道
文╱查姆維茲（Daniel Chamovitz）

經典文摘
84 諾貝爾巡禮
整理╱麥森（John Matson）、賈布爾（Ferris Jabr）

科學人看科學人
96 最愛物理，但絕不只愛物理——陳丕燊
文╱郭雅欣
即使陳丕燊對物理「一見鍾情」，卻絕非「專情」之人，他同時也熱愛美術、音樂、文學。在他眼中，科學與藝術都是美好的事物，非但毫不衝突，更有許多共鳴之處。

公共衛生
104 引爆新流感的實驗
文╱古特爾（Fred Guterl）

鑑識醫學
110 心臟的告白
文╱秦安（Ann Chin）

【專欄】
4 科學人觀點 曾志朗
智力：從人獸之別到國與國之差異

30 形上集 高涌泉
真相揭曉的時刻到了

32 網路不打烊 張寶芳
預見未來電視

33 不可勝數 曹亮吉
我的連續初體驗

34 上下古今人間世 趙丰
將軍崖岩畫：天外來客？

112 專家看新聞 艾立遜
伊朗核彈正在默默成形

114 資訊世界 波哥向重複收費說不！

116 健康與科學 史塔克斯、史拉巴克
深究吃土行為

118 真真假假 薛莫
公義的科學

119 反重力思考 米爾斯基
禁藥、手術與變種人

【單元】
8 總編輯的話

12 讀者論壇

18 科學人新聞
當媽媽？還是當科學家？
火山爆發怎知道？
細菌快遞員
碳的萬花筒
水星真的有水！？
奈米雙晶銅線革新！
老細胞學會新把戲
手機預測洪水
電子論120週年
推銷員踏上新旅途
跟著蟑螂去當神經科學家
太初之雨
生髮可不是種草！
蝨子報馬仔

120 生物手記
冰河孑遺——台灣杉

122 在家玩科學
廢紙回收，自製再生紙

124 圖表會說話
水足跡

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焦點單元（科學人新聞/ 科學人剪影/ 科技解剖室/ 謠言與真相/ 專家解答/ 科學Easy Learn）
●科學人新聞：生活的新奇發現與科學解釋。
●科學人剪影：簡介當代具有成就或是發展潛力科學家。
●科技解剖室：以簡單的圖像介紹各種科技產品的運作原理。
●謠言與真相：以科學邏輯詳細解答讀者可能產生的謬誤。
●專家解答：互動專區，邀請專家為讀者提出的科學問題作精闢的解答。
●科學Easy Learn：台灣特別企劃單元，淺顯且完整解釋日常生活中的科學原理。如：伸卡球、颱風等。