4月22日，是第51个地球日，主题是“珍爱地球 人与自然和谐共生”。
今天，我们来看看，个体微小的微生物是如何与地球携手亿万年，与地球上的人类相爱相杀。
地球在宇宙中就像一粒尘埃，却是已知唯一存在生命的行星。摄影／朱进
微生物：一切生物的老前辈
迄今为止，地球是宇宙中已知唯一存在生命的行星。
而地球生命的起源，是从微生物开始的。
什么是微生物？微生物是一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称，我们所熟知的细菌、病毒、真菌等等都是微生物的代表。
微生物有多小呢？想象一下，一滴牛奶中可能含有50 亿个细菌。供图/图虫创意
《极简人类史》里提到，地球诞生于约45亿年前，微生物则诞生在35亿年前，最有名的类人祖先“露西”诞生在约300万年前。
如果我们把地球的年龄压缩成一年，微生物约在3月20日诞生，而人类约在12月31日下午7时许出现在地球上。
目前看来，地球是独一无二的生命星球。供图/图虫创意
距今约35亿年前，在地球的某个地方，很可能是早期海洋的深处，第一批微生物诞生了。最早的这批微生物可以通过新陈代谢从周围环境汲取能量，还利用DNA的特性进行自我复制。
由于在复制过程中总是存在微小的差异，所以个体间的差异就越来越大。
▲细菌最主要的繁殖方式是二分裂，在少数细菌中，还存在着其它的繁殖方式，如不等二分裂、出芽繁殖、三分裂和多分裂等。图源/soogif
通过这种方式，生物开始逐步改变、进化，顺应各种各样的环境，演化出千百万个不同的物种。
这就是达尔文的“自然选择”机制，从进化的角度，微生物是一切生物的老前辈。
无处不在的微生物
微生物遍布地球的每一个角落，海洋、冰川、沙漠、火山，哪怕是人类认为极其苛刻的生存环境，微生物都甘之如饴。
南极大陆上的唐璜池，作为地球上盐分浓度最高的湖泊而闻名,其盐度达到了令人惊异的40%，即便在零下50℃也不结冰。在这样严酷的生长环境下，科学家都能在湖中发现微生物活动的迹象。
在极寒环境里，微生物依然顽强生存。摄影╱贾昊
科学家推断，微生物强大的适应能力，是由35亿年前恶劣的生长环境进化而来。当时，地球地质活动剧烈，火山喷发频繁，大气层中也没有游离氧，但是微生物顽强地生存下来，并且能够通过光合作用产生氧气，从而逐渐改变地球大气的组成。
随着地球环境的改变，越来越多生物出现了。距今约6亿年前，第一批多细胞生物出现，这是生物圈历史上具有重大意义的变革之一。尽管当时微生物依然占据统治地位，但是肉眼可见的动植物已经有了雏形，科学家称之为“埃迪卡拉生物群”。
▲纳米比亚新化石证据显示埃迪卡拉动物群被5.41亿年前寒武纪开始时生命形式爆发所颠覆。图源/中国古生物化石保护基金会
从单细胞到多细胞，生命进化速度大大加快，在这个过程中，微生物中的重要一员——病毒功不可没。
病毒，作为一种必须在活细胞内寄生并以复制方式增殖的非细胞型生物，为了达到繁衍的目的，一定要把自己的基因寄生在其他有细胞的生物基因里，这时候它就把自己的基因加到了被侵染细胞的基因里。
▲病毒需要寄生在活的宿主细胞之内，依赖于宿主细胞提供病毒复制过程中所需要的原料体系、能量和场所。供图/图虫创意
这些病毒在基因交换的过程中，推动了海洋生物的演化。
海洋中有一种叫聚球藻的细菌，含量非常丰富，地球上有1/4的光合作用都是通过它完成的。聚球藻之所以能进行光合作用，离不开它本身拥有的一种能捕捉光子的蛋白质。
科学家在研究中发现，这种蛋白的基因来自于病毒。海里有一种携带光合作用基因的自由漂浮病毒，当病毒入侵聚球藻先祖时，也就把这种光合作用基因送给了聚球藻。
在海洋深处，还有很多未知生命领域等待探索。摄影/王敏嘉
生物本身的基因组进行逐代积累突变是十分缓慢的，但是现成的、已经适应环境的微生物把基因交换出来，就能大幅度提高生命进化的速度。有研究表明，在构成人类DNA的30亿对碱基中，就有约8%来源于病毒残留。
与此同时，微生物也广泛地担负着对地球有机物的最终分解工作。
每年6-10月，被亚热带季风气候和热带季风气候覆盖的云南迎来了雨季，郁郁葱葱的森林开始出产野生菌。牛肝菌、红菇、羊肚菌、鸡枞等人类口中的美味，对森林来说是整个生态位上不可或缺的分解者。
全国已知600多种野生菌，云南就有500多种。摄影/行摄自然
枯枝、落叶、死去的老树、动物拉下的粪便，都要通过这些微生物的分解，重新转化为简单无机物，从而保持森林里生态系统的良性循环。可以说，没有微生物，地球表面将堆满各种尸骸粪便，根本没有人类的一席之地。
地球之所以充满生命力，离不开微生物。而人类对待微生物，可以说是又爱又恨。
微生物与人类的相爱相杀
1994年,美国宾夕法尼亚大学考古队在伊朗一处新石器时代遗址发掘出土两件盛有液体的陶罐,经检测，陶罐中的液体是当时所知的世界上最古老的白酒，人类酿酒的历史由此可以追溯至距今7000年前。
酿酒，是一段由粮食、技艺和时间共同参与的微生物发酵过程。摄影／董建成
酒作为一种非必须消耗品，是怎么诞生的呢？
在农业社会，粮食开始出现部分剩余，熟谷被放置在树洞或陶罐里，有时候会被雨水打湿，受潮后再经一定时间的闷存，谷物中的主要成分淀粉便会自动分解成葡萄糖，
与空气中的微生物发生作用，散发出诱人的香味，产生酒化现象。受到这种自然发酵成酒的启示，人们开始有意识地进行酿酒。
近年来火爆朋友圈美食的芝士，就是一种含有乳酸菌的发酵牛奶制品。图源/soogif
这大抵是人类历史上最早对微生物的利用 。自酒以后，人们越来越多使用发酵技术保存食物，奶酪、酸奶、泡菜、酱油、食醋……
但是微生物对人类最重要的影响是带来传染病的流行。
公元6世纪，一个人类历史上很动乱，很不稳定的时间,由于波斯占据了亚欧之间连接的主要陆上通道，亚洲与欧洲的交流不得不以“海上丝绸之路”为主。商船由印度出发途经斯里兰卡，绕过印度半岛，穿越阿拉伯海峡抵达波斯湾，来自中国和印度的丝绸、瓷器与香料历经艰辛才能到达地中海的拜占庭帝国。
▲海上丝绸之路，是古代东西方交通贸易和文化交往的海上通道，也称"海上陶瓷之路"和“海上香料之路”。图源/《中国国家地理》中文繁体版2009年10期
这个复杂曲折的航线，给微生物的广泛传播带来了极大的便利。
公元541年，一场瘟疫开始在埃及爆发，沿着尼罗河传播到亚历山大里亚城，然后迅速传播到了君士坦丁堡及其它地区。
人们不知道瘟疫从何而来，更不知道如何预防，瘟疫带来了严重的后果：当人们还在街上交谈，对面的人可能会突然身体摇晃，然后倒在地上，之后死亡的噩梦也会降临自己身上。于是人们闭门不出，但是人口依旧大量死亡，在粮食收获的季节无人进行收割，从而出现了饥荒；街上的手工艺人停止了工作，原本繁华的地中海沿岸城市死气沉沉，贸易停顿。
土耳其的伊斯坦布尔原名君士坦丁堡，始建在金角湾与马尔马拉海之间的地岬上，地跨欧亚两洲。供图/图虫创意
一项现代统计表明，541—750 年间出现多达18次疫情暴发，覆盖了东方的伊朗和美索不达米亚，西方的伊比利亚半岛，北方的英国、爱尔兰和斯堪的纳维亚半岛，以及南方的也门。人们的腹股沟、腋窝、耳后或大腿上开始肿胀，紧接着出现标志性黑痈，随之而来的就是昏迷、精神错乱、吐血和发烧。
这次瘟疫从6世纪持续到8世纪，可能夺走了欧亚大陆西部和北非1/4的人口，并在14世纪中叶、19世纪30年代卷土重来，肆虐欧亚大陆。根据估算，三场瘟疫导致的死亡总数高达2亿人。
到了现代，考古学家在德国巴伐利亚州一个公元6世纪中叶的罗马墓地中，从10具骨架中找到了鼠疫杆菌的DNA片段，其中有两具骨架上的DNA足以重构鼠疫杆菌的整个DNA序列，人类从生物学角度证实了当时的瘟疫是由鼠疫杆菌引起的。
鼠疫杆菌是腺鼠疫、肺鼠疫和败血型鼠疫的病媒。供图/图虫创意
人类与微生物的战争，并不止于鼠疫杆菌。微生物与人类长期共存，但是新现和再现的微生物不断感染人类，由此发生一次又一次的传染病大流行。
在冰河时期，亚洲东北端楚科奇半岛和北美洲西北端阿拉斯加之间，还存在着白令海陆桥，直到冰期末期，海平面上升，切断了两个大洲的联系，欧亚大陆和美洲大陆的生态环境才得以各自发展。
与美洲大陆相比，欧亚大陆的居民与感染病原体的动物的接触更广泛，这种频繁的接触使当地居民更多暴露在致命的微生物环境中。随着天花、麻疹、流感、鼠疫、疟疾、黄热病和伤寒等瘟疫的流行，在幸存下来的人们身上实现了我们所熟知的“群体免疫”。
病毒的存在，带给人类历史上一次次传染病大流行。图源/soogif
群体免疫是人类面对微生物感染的防御，指人群或牲畜群体对传染的抵抗力。疾病发生流行的可能性不仅取决于动物群体中有抵抗力的个体数，而且与动物群体中个体间接触的频率有关。
如果群体中有70%—80%的动物有抵抗力，就不会发生大规模的爆发流行。
当获得群体免疫的欧洲人登陆美洲，潜伏在他们身上的微生物也正在伺机而动。
1519年埃尔南·科尔特斯带领西班牙军队涌入墨西哥城时，给当地的印第安人带来了欧亚大陆上的天花病毒。印第安人击退了西班牙的侵略，却倒在了肆虐的天花之下。当时，印第安人的阿兹特克王朝总人口是2200万。到了16世纪末，阿兹特克王朝人口只剩下不到200万。随着病毒在美洲的扩散，直接导致了约2000万到3000万印第安人死亡，也导致了整个印第安文明的衰落。流行病学家把它称之为“印第安人大灭绝”。
▲印第安人是对除因纽特人（又称爱斯基摩人）外的所有美洲土著的统称，并非单指某一个民族或种族，每个部落都有自己特殊的传统、文化和历史的特征。供图/图虫创意
相对的，西班牙人也从美洲大陆带回了梅毒。梅毒从西班牙传到意大利西西里岛和那不勒斯，再从意大利传播到法国，由法国到波兰而后进入俄罗斯再蔓延到中东。同时葡萄牙水手把梅毒带到了印度，随之远洋的水手把梅毒撒播到了中国。
在面对微生物带来的传染病上，全人类都是命运共同体。
微生物：进化与演变
人类与微细菌的相爱相杀从未停止，但是人类真正发现微生物存在还不到400年。
在1590年，荷兰的约翰逊父子首创光学显微镜，用两片透镜制作了简易的显微镜。但是直到1674年，另一个荷兰人安东尼·列文虎克才开始使用显微镜观察“非常微小的动物”，并且第一次发现了细菌，向人类展示了微生物这个看不见的生命族群，为18世纪和19世纪初期细菌学和原生动物学研究的发展起到奠基作用。
显微镜是人类最伟大的发明物之一，把一个全新的世界展现在人类的视野里。供图/图虫创意
19世纪60年代，法国微生物学家巴斯德进行了著名的鹅颈烧瓶实验，把肉汤灌进两个烧瓶里，一个是普通烧瓶，另一个是鹅颈烧瓶。巴斯德在肉汤煮沸、冷却后放任空气进入瓶内，普通烧瓶在三天就产生了微生物，而鹅颈烧瓶直到第四年都没有变质，此举证明了细菌不是自然发生的，而是由原来已存在的细菌产生的。
在这个基础上，巴斯德提出了著名的“巴氏消毒法”，并且在战胜狂犬病、鸡霍乱、炭疽病等方面都取得了成果。英国医生李斯特据此解决了创口感染问题。从此，整个医学迈进了细菌学时代，得到了空前的发展。
肺结核、炭疽病、鼠疫等疾病都是由细菌所引发。供图/图虫创意
1892年，俄国植物生理学家伊万诺夫斯基在研究烟草花叶病时，发现一种更小的，能通过细菌过滤器的微生物存在，这就是我们所熟知的“病毒”。
细菌与病毒的发现极大地推动了人类的医学进步。
世界权威性杂志《科学》曾将微生物基因组研究评为世界重大科学进展之一。通过基因组研究揭示微生物的遗传机制，发现重要的功能基因并在此基础上发展疫苗，开发新型抗病毒、抗细菌、真菌药物，将对有效地控制新老传染病的流行。
研究人员在现代医学实验室进行血液测试，微生物的发现大力推动了现代医学的发展。供图/图虫创意
疫苗的研发就是人类对抗微生物感染的重要手段，将病原微生物（如细菌、立克次氏体、病毒等）及其代谢产物，经过人工减毒、灭活或利用转基因等方法制成用于预防传染病的自动免疫制剂，例如卡介苗，脊髓灰质炎疫苗、麻疹疫苗、鼠疫菌苗、百日咳菌苗、伤寒菌苗等。
但是微生物的进化也远远超出人类科学发展的速度。从埃博拉病毒（1976）、艾滋病毒（1981）、亨德拉病毒（1994）、禽流感（1997）、SARS（2003）、H1N1猪流感（2009）、MERS（2012）、H7N9禽流感（2013），再到最近的新型冠状病毒肺炎，当人类不断侵占野生动物的生存空间，频繁的接触给予了微生物在人类身上演化的大量机会。
▲根据国际病毒分类委员会(ICTV)2018年的报告，已分类的病毒共有4958种。但是仍有大量的新病毒处于未知领域。供图/图虫创意
正如疾病历史学家威廉·H·麦克尼尔所说：“如果从饥饿的病毒或者细菌的角度来看这个世界，人类为它们提供了一个巨大的食物来源……这使得人类成为了所有有机体进化后理想的攻击目标。”
从7000年前利用微生物酿酒到340年前发现微生物的存在，这个“看不见”的生物与人类的发展史如影相随，它的复杂程度也远远超过我们的想象。
毕竟，早在人类出现之前，微生物就占领了地球。
疫情之下，全人类都是命运共同体。供图/图虫创意
参考资料
·大卫·克里斯蒂安.《从宇宙大爆炸到21世纪 极简人类史》.
·沃尔特·沙伊德尔.《不平等社会 从石器时代到21世纪,人类如何应对不平等》.
·贾雷德·戴蒙德.《枪炮、病菌与钢铁 人类社会的命运》.
·威廉·H·麦克尼尔.《瘟疫与人》.
·中国科学院微生物研究所.《微生物在整个生命世界中的地位》
http://www.im.cas.cn/kxcb/wswdjt/201010/t20101028_2998680.html
·邴钟兴.《疫情中的医学通识：人类和病毒谁更强大》
http://mp.163.com/v2/article/detail/F51JUDQQ0526DDNI.html
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