看不見的大自然：生命和健康的微生物根源（簡體書）

前 言
哥白尼的日心說揭開了現代科學的序幕，我們正在經歷一場同樣激動人心的科學革命。然而，當前的這場科學革命不是聚焦於巨大的行星，而是關注肉眼不可見的微觀生命。一系列密集的新發現正迅速揭示地下、我們體內和地球各處生命的秘密。科學家們發現，我們所知的世界其實是基於另一個幾乎被我們忽視的世界之上的。
縱觀歷史，博物學家們在沒有工具協助的情況下，僅依賴眼、耳和手去發現世界。然而，一旦涉及這個看不見的世界，感官便會阻礙我們，以至於讓那個微觀的世界全然處於一片神秘當中。直到近年，新的基因測序技術和功能更強大的顯微鏡才為我們打開了這個世界的一扇窗。科學家們發現，復雜的微生物群落驅動著我們賴以生存的眾多事物，從土壤肥力到健康的免疫系統，不一而足。
我們對微生物生態學重要性的好奇心來得不可思議——是在前往自家後院的足不出戶的旅程中產生的。安妮和我都在觀察和關注自然方面受過訓練：我研究地質作用力如何在漫長的時間段內塑造地形地貌，而安妮則是一位公共健康領域的生物學家和環境規劃師。
因此，當我們買了一所房子，開始在院中掘地，發現土壤太過貧瘠時，我們受過訓練的頭腦便開始運轉。我們最先考慮的就是究竟怎樣才能讓這麼差勁的土壤為一座花園提供足夠的養分。安妮首先行動，隨心所欲地把有機質鋪在毫無生氣的土壤上——這些有機質可真不少！一噸噸的咖啡渣、碎木片、樹葉、自制堆肥茶在土壤中瞬間便沒了蹤影。看！根本沒多久，我們新花園中的植物便開始繁盛、瘋長起來。
我根本沒想到，這樣死氣沉沉、並不起眼的有機質，竟能孕育出這一片勃勃生機。就是這個簡單的謎團讓我倆開始了探索之旅。很快，我們就發現，土壤中極微小的生物細細咀嚼、吱吱咬碎了有機質，將之變為營養元素，供生長中的植物大快朵頤。這個看不見的世界靠微小、不可見且少為人知的生物運行，這一事實簡直讓我們著迷。然而，它們不可否認的效果在我們腳下層層呈現——不到十年，這片荒蕪的土地已發展成茂盛的花園。
獲得新生的土壤給我們展示了種種驚人事實，也告訴了我們如何去解決一個困擾人類已久的問題——如何在不消耗或破壞土壤的前提下產出食物。我們後門外的實驗證明了早期從事有機種植的農民和園丁的遠見卓識。通過培育地下的生物，我們可以修復古老的耕作方式和現代濫用殺蟲劑及化肥給土壤造成的傷害。但我們的探索還不止於此。我們發現，土壤生物僅僅是看不見的大自然的一部分！
當安妮被診斷患上癌癥，我們對於人體內微生物的觀念由此發生了變化。病癥從哪兒來？這使我們也開始思考體內微生物變化的問題。一開始我們也持傳統醫學觀點，認為微生物多半是病原體。我們都曾經體驗過現代醫學在對抗感染時的威力，也感謝抗生素救過我們的命。但是，關乎我們健康的並不僅僅是微生物世界中那些不善的成員。
最新的微生物學研究發現告訴我們，我們的身體並不是自己想象的那樣。幾年前，一大群科學家在《科學》和《自然》上公布了他們的研究成果，讓我們一下子松了口氣。細菌、原生生物、古菌、真菌……無數種不可見的微小生命在我們體表和體內茁壯成長，被看作沒有生命的病毒也一樣。它們的細胞數量遠遠超過了我們自身的細胞數量——起碼是三比一的比例，有些人甚至認為達到十比一，然而我們對它們的作用卻知之甚少。跟動植物和人體一樣，我們的星球也裡裡外外被各種微生物覆蓋、包裹著。它們不僅數量眾多，且頑強堅韌，能夠忍受地球上一切最極端的惡劣條件。為了幫助各位暢遊激動人心的微生物世界，我們在書中列出了一個詞匯表和一些注釋，並為有興趣做深度研究的讀者提供了詳盡的參考資料。
我們越研究這些新發現，就越為微生物在保持植物和人類健康上所起的相同作用所吸引。我們現在知道了生存在人體內外的微生物的新名字：人體微生物組。我們開始明白微生物是如何恢復土壤肥力，幫人體抵抗現代慢性疾病的。我們就在這條發現自然的全新道路上蹣跚前行。
關於大自然這看不見的另一半，科學界正在醞釀一場革命。在這本書裡，我們將講述我們是如何發現與這場革命相關的理念和洞見，並與它們建立關聯的。我們依靠、汲取、擁護許多科學家、農民、園丁、醫生、記者和作家們的工作。這是一個探索人類與微生物關係的故事。我們正意識到，過去被視為禍害的微生物，可以幫我們解決一些我們正面臨的最迫切的問題。
這個關於微生物的全新視角讓人震驚——它們是構成我們和植物的基礎部分，並且一直以來都是。這樣一種視角為農業和醫療的新實踐提供了巨大的潛力。從微觀尺度思考一下畜牧業或園藝吧。在農場和花園中培育有益的土壤微生物可以幫我們抵御害蟲、促進豐收；在醫學界，關於人體的微生物生態學研究正催生出新的療法。如果是在幾十年前，這樣的想法會顯得荒謬可笑，正如幾個世紀前人們認為“存在這些看不見的生命”這一觀點荒誕不經一樣。以微生物為健康基礎的新興科學，直接挑戰了那種不分青紅皂白地滅殺農業土壤裡和人體內微生物的“智能”之舉。有些微生物是我們安靜的秘密伙伴。
無疑，只有從劃分清晰的學科角度研究自然世界才能幫助我們了解整體的復雜性。學科的細致分工使得科學家能夠取得驚人的成就，這成為我們在莊稼和人體得病時尋求治療的標準方法。然而這個有限的優勢遮蔽了微生物世界與我們之間廣泛存在著的根本聯系。
科學家寫作和交流科學發現的方式已經發生了深刻的變化。拿起一本一個世紀之前的《自然》或《科學》雜志，一般讀者都能讀懂幾乎任何一篇文章。如今卻不是這樣了。現代科學術語多半極其乏味。且不說挑選某個研究群體或者期刊，單單是為寫作本書而研讀文獻，我們就經常發現自己在這樣的語句中艱難跋涉：
小腸表皮細胞上的 NOD1 蛋白通過識別（細菌的）肽聚糖，從而產生 CCL20 和 b-defensin 3 等因子，招募 B 細胞到小腸隱窩處的能夠誘導淋巴組織的樹突狀細胞聚集體，誘發免疫球蛋白 A 的表達。a

盡管大多數人讀不懂，但實際上這正是簡潔的科學著作的一個例子——學術顧問們和編輯們鼓勵、有時甚至堅決要求的那種風格。它把一頁的內容精簡成了一句話。但是，除了該領域的技術專家，誰能理解它的含義呢？用容易理解的話說，這個語句的意思是，腸細胞能識別特定種類的細菌，識別出來以後，免疫細胞就會釋放出對健康至關重要的物質。當然，原文傳達了更多細節，比如涉及的特定分子和免疫細胞的名稱，但是有時這些細節會讓更重大的信息變得模糊。我們越深地鉆研微生物科學，我們就越清晰地認識到，關於微生物生態如何影響我們的健康和環境，我們需要了解得更多。
微生物學和醫學研究者正慢慢發現人類和微生物之間復雜的共生關係。細菌與我們的腸道細胞排列共存，在我們的腸道深處它們教會並訓練免疫細胞辨別敵友。與之類似，土壤生態學家也發現了土壤生物影響植物健康的驚人事實。在病原體侵犯植物大門時，植物根須內外的細菌菌群就會幫忙鳴響警鐘，組織防御。
很多證據表明，在土壤中和我們體內的大多數細菌都對我們有益。縱觀陸地生命史，微生物不停地分解地球上的所有有機質，如樹葉、樹枝和骨頭，從已死的生命中塑造出新生命。然而，我們對待看不見的那部分自然所采用的方式仍然是斬盡殺絕，而不是了解它、發揚其有益的一面。在 20 世紀與微生物進行的戰爭中，我們不知不覺中鑿掉了自己站立的根基。
許多神奇的變革性新產品和微生物療法在農業和醫學領域即將大放異彩，我們有著深刻而簡單的理由去關心這看不見的大自然。它們是我們的一部分，而不是與我們毫不相幹。微生物在我們體內調節著我們的健康。它們代謝的很多副產品是我們身體所需的基本物質。地球上這些最微小的生物，從遠古進化開始時起就與所有的多細胞生物形成了長久的合作關係。它們在我們身邊主宰著這個世界，小到從巖石中攝取植物所需的營養元素，大到促成全球碳氮循環，維持生命之輪的運轉。
現在是時候重新認識微生物在我們生活中的關鍵作用了！它們塑造了我們的過去，如何對待它們也將塑造我們的未來，而我們剛剛才開始懂得這些。因為，我們將永遠無法逃脫我們的微生物搖籃。看不見的大自然深藏於我們體內，正如我們也深藏在它們之中。

前 言 / 1
第一章 死 土/ 1
第二章 微觀世界/ 23
第三章 窺視生命/ 39
第四章 互惠互利/ 61
第五章 關於土壤的論戰/ 77
第六章 地下同盟/ 107
第七章 近在咫尺/ 133
第八章 內在的大自然/ 161
第九章 看不見的敵人/ 195
第十章 醫學先驅中的一對宿敵/ 215
第十一章 私人的煉金術士/ 241
第十二章 料理花園/ 265
第十三章 迎接來自遠古的朋友/ 289
第十四章 培育健康/ 321
詞匯表/ 337
參考文獻/ 345
致 謝 / 367
作者介紹/ 371
譯後記/ 373

譯後記
瘟疫和戰爭伴隨著人類的歷史。
一場疫情，讓人類意識到了微觀世界的巨大力量。
無論多堅固的屏障、多嚴密的防範，這小小病毒無堅不摧，無孔不入。
直到我們寫下這篇譯後記時，人類與新冠病毒的斗爭已歷經快一年，卻完全不能以“戰勝”來形容，甚至還談不上以微弱的優勢取勝。身在海外，常聽國人笑言“國內打上半場，海外打下半場”， 面對每日飆升的歐美確診數，不得不承認：全球的下半場戰役，確實任重而道遠。
這個肉眼完全不可見的世界，越發讓人無法忽略。
病毒、細菌、微生物，都是這看不見世界中的重要一員。
病毒，雖是有機身，既不是生物亦不是非生物，在生物學之“五界”間遊走，卻展現了令人可畏的能力。RNA 的“核酸”之名現在已是婦孺皆知。
細菌，具有裸露 DNA 的原始單細胞生物，是在自然界分布最廣、個體數量最多的有機體，也曾在戰爭和和平年代發揮過或好或壞的各種作用，可謂人類運用過的雙刃劍。
而微生物，才是本書真正的主角。書的英文原名是“The Hidden Half of Nature”，直譯為“大自然隱秘的另一半”。我想，之所以最終定為“看不見的大自然”，是因為這“另一半”遠大於實際的 “一半”。雖然地上的世界看似繁盛，門綱目科屬種劃分有序，這地下的自然，實則超乎想象、令人訝異。如同作者前言中所說：“我們越研究這些新發現，就越為微生物在保持植物和人類健康上所起的相同作用所吸引……看不見的大自然深藏於我們的體內，正如我們也深藏在它們之中。”
本書從各個角度介紹了微生物的發現、分類及廣泛應用，從作者的親身經歷一直深入科學史的眾多方面，涉及範圍包括土壤學、地理學、生物學（動物學和植物學）、醫學、化學、營養學甚至園丁學，旁征博引，既簡明扼要、又生趣盎然，是一本跨度極大的交叉學科佳作。
作為免疫學科的臨床醫生，我對免疫系統疾病研究的前沿應用相對了解，T 細胞、B 細胞、代謝問題，都在我的研究範圍內。我本以為，科學世界對微生物的探索已經非常先進。沒想到，如同一棵樹的根須，微生物的世界涉及如此多的跨學科內容。
我太太曾是文字工作者，對科學領域的了解很大程度上限於我們生活中的談資。通過此書的翻譯工作，她也獲益匪淺，直言“像是看了一本科學史”，而微生物，就是串聯起這本科學史的重大線索。我們也很懷念每個周日的下午坐在新加坡碧山公園咖啡館裡翻譯的情景。目之所及，是新加坡特有的的“雨樹”，根須繁茂，樹冠參天，可以想見“看不見的另一半”占據了多大的體積；鍛煉者、遛狗者眾，兒童喧鬧玩耍，是歲月靜好的模樣。李白有詩云“問餘何意棲碧山，笑而不答心自閑。桃花流水窅然去，別有天地非人間。”碧山公園確實是這樣一個充滿美好的所在。
感謝北大出版社的周志剛，他的熱情邀約和悉心編輯給我們打開了一個新世界。感謝最初參與本書編輯工作的王彤，她的專業、細致，也讓我們領教了國內出版業的蓬勃生態。感謝浙江科技學院的陸江教授，他的參與和專業水平，讓此書翻譯能夠順利完成；感謝北京大學李鑫博士的協助翻譯。再次感謝編輯團隊對我們交稿速度和文字疏漏的包容。
感恩的話很多，不一一贅述。正如作者在前言第一句話中所言，“哥白尼的日心說揭開了現代科學的序幕，我們正在經歷一場同樣激動人心的科學革命”，請讀者朋友打開本書，享受這一趟看不見的自然之旅吧！

徐傳輝