Sarah Maffé?s for Noema Magazine

作者

斯科特·F. 吉爾伯特

Scott F. Gilbert

斯沃斯莫爾學(xué)院生物學(xué)系教授

揚(yáng)·薩普

Jan Sapp

約克大學(xué)生物學(xué)系教授

阿爾弗雷德 ·I. 陶伯

Alfred I. Tauber

波士頓大學(xué)哲學(xué)系教授

譯者

楊軍潔

北京大學(xué)哲學(xué)系博士研究生

專業(yè)是科學(xué)技術(shù)哲學(xué)，學(xué)術(shù)興趣在于生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)的哲學(xué)、倫理、歷史與社會(huì)研究。

導(dǎo)語(yǔ)

在遺傳學(xué)、免疫學(xué)、進(jìn)化生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、解剖學(xué)和生理學(xué)的研究中，“生物學(xué)個(gè)體”（biological individual）是一個(gè)非常重要的概念。在這些生物學(xué)的分支學(xué)科中，每個(gè)學(xué)科都分別給個(gè)體性下了一個(gè)獨(dú)特的定義。從歷史上看，這種現(xiàn)象也為我們整合新數(shù)據(jù)的工作提供了概念的語(yǔ)境。在過(guò)去的十年中，核酸分析，特別是基因組測(cè)序和高通量RNA技術(shù)，使我們發(fā)現(xiàn)了動(dòng)物、植物與共生微生物之間存在著重要的相互作用。這些發(fā)現(xiàn)打破了過(guò)去我們一直認(rèn)為的生物學(xué)個(gè)體邊界的刻畫方式，并對(duì)這些學(xué)科中給出的關(guān)于個(gè)體的定義提出了挑戰(zhàn)。根據(jù)解剖學(xué)或生理學(xué)上的標(biāo)準(zhǔn)，動(dòng)物不能被視為個(gè)體，因?yàn)閯?dòng)物體內(nèi)存在著共生體（symbionts），它們能使動(dòng)物完成代謝路徑，并服務(wù)于動(dòng)物的其他生理功能。同樣，這些新研究也表明，如果沒(méi)有共生體，動(dòng)物的發(fā)育將是不完整的。共生體也參與了基因遺傳的第二種模式，即為自然選擇提供可受自然選擇的遺傳變異。免疫系統(tǒng)在一定程度上也是在與共生體對(duì)話的過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的，并由此形成了一種將微生物融入動(dòng)物細(xì)胞群落的機(jī)制。而“共生總體”（holobiont），指的是多細(xì)胞真核生物及其持久性共生體群落所組成的整體，這應(yīng)該作為解剖學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、生理學(xué)、免疫學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)中的一個(gè)重要單位。意識(shí)到這點(diǎn)，能幫助我們開(kāi)辟新的研究路徑，并幫助我們從概念上挑戰(zhàn)迄今為止各種生物學(xué)分支學(xué)科對(duì)生命實(shí)體的刻畫方式。

近代早期出現(xiàn)了“獨(dú)立公民”這一概念；與之相對(duì)應(yīng)，自主個(gè)體主體（autonomous individual agent）的概念也構(gòu)建起了生物學(xué)的框架，這一框架下的生物學(xué)圍繞著微粒相互作用下的生命實(shí)體展開(kāi)研究（Taylor 1989）。解剖學(xué)、生理學(xué)和發(fā)育生物學(xué)中的各種標(biāo)準(zhǔn)完全是從個(gè)體的角度設(shè)定的，達(dá)爾文的生命觀也將競(jìng)爭(zhēng)的單位確定為具有共同祖先的個(gè)體集合。隨著人們逐漸理解植物和動(dòng)物都是由活的“細(xì)胞”構(gòu)成的，一個(gè)整合了生理過(guò)程和解剖單位的生物學(xué)新方向迅速發(fā)展起來(lái)，但這些細(xì)胞仍然被理解為一種能構(gòu)建和維持單一生物體的主體，而單一生物體反過(guò)來(lái)又需要維持細(xì)胞的自主性和完整性。直到19世紀(jì)下半葉生態(tài)學(xué)的出現(xiàn)，有機(jī)系統(tǒng)補(bǔ)充了生命科學(xué)中基于個(gè)體的概念，而有機(jī)系統(tǒng)則由處于合作和競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系中的個(gè)體所組成。

生態(tài)學(xué)也發(fā)展出了很多關(guān)于個(gè)體與系統(tǒng)的復(fù)雜表述，在這些表述中，技術(shù)成為刻畫生命過(guò)程的重要部分。我們只能感知技術(shù)所能觸及到的那部分自然。同樣，我們關(guān)于自然的理論也受到了技術(shù)的高度限制，技術(shù)決定了我們能夠觀察到哪些東西。但是，理論和技術(shù)是相互作用的：我們構(gòu)建那些我們認(rèn)為非常重要的技術(shù)，這些技術(shù)能幫助我們從特定的角度研究自然。例如，顯微鏡的發(fā)展向我們揭示了細(xì)菌、原生生物和真菌所處的微生物世界，而我們過(guò)去對(duì)這一世界一無(wú)所知；這種儀器的發(fā)展進(jìn)一步幫助我們發(fā)現(xiàn)了亞細(xì)胞器、病毒和大分子。聚合酶鏈反應(yīng)、高通量RNA分析和下一代測(cè)序等新技術(shù)的出現(xiàn)，大大改變了我們關(guān)于地球生物圈的概念。這些技術(shù)不僅給我們揭示了一個(gè)更具多樣性的微生物世界，而這種多樣性的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超乎我們之前的想象。此外，這些技術(shù)還讓我們認(rèn)識(shí)到了一個(gè)充滿著復(fù)雜和混合關(guān)系的世界——這些關(guān)系不僅存在于微生物之間，也存在于微觀生命和宏觀生命之間（Gordon 2012）。這些發(fā)現(xiàn)深刻地挑戰(zhàn)了過(guò)去人們所普遍接受的“個(gè)體”觀。共生正在成為當(dāng)代生物學(xué)中的一個(gè)核心原則，并且正在取代“個(gè)體性”的本質(zhì)主義概念。共生概念與更宏大的系統(tǒng)方法相契合，而這種方法正在把生命科學(xué)推向不同的發(fā)展方向。這些發(fā)現(xiàn)引導(dǎo)我們走向?qū)ψ晕?非我、主體/客體二分法的超越，而這種二分法正是西方思想的典型特征（Tauber 2008a,b）。

這種重新定位的工作在微生物學(xué)或植物學(xué)領(lǐng)域并不鮮見(jiàn)。在原生生物的世界里，存在著大量的遺傳共生現(xiàn)象，即獲得性共生體的遺傳現(xiàn)象。在微生物的世界里，你完全可以從字面上去理解“人如其食”（you are what you eat）這個(gè)俗語(yǔ)。在植物學(xué)中，根瘤菌（rhizobia）、菌根（mycorrhizae）和內(nèi)吞真菌（endocytic fungae）的發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了自主個(gè)體（autonomous individual）這一概念。盡管如此，由于微生物共生體在動(dòng)物進(jìn)化中發(fā)揮的作用難以得到考察，因此動(dòng)物學(xué)家們?cè)诤荛L(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都對(duì)生物體持一種更為個(gè)體主義的觀點(diǎn)（Sapp 1994，2002，2009）。我們?cè)谶@里想要向各位讀者報(bào)告的是，在動(dòng)物科學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)了動(dòng)物也是許多物種共同生活、發(fā)展和進(jìn)化的復(fù)合體。整個(gè)動(dòng)物界中普遍存在著共生關(guān)系，這一發(fā)現(xiàn)從根本上改變了孤立的個(gè)體性這一經(jīng)典概念，物種之間的互動(dòng)關(guān)系模糊了生物體的邊界，也模糊了關(guān)于同一性的基本概念。

我們希望通過(guò)這篇綜述達(dá)到的目的是：概述那些能夠證明動(dòng)物是多個(gè)物種共同生活的共生復(fù)合體的數(shù)據(jù)；說(shuō)明徹底的共生觀點(diǎn)如何開(kāi)辟了重要的研究領(lǐng)域，提供關(guān)于生物體的全新概念，并探討這些新證據(jù)對(duì)生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和生物多樣性保護(hù)的意義。

個(gè)體性的標(biāo)準(zhǔn)

如果共生現(xiàn)象被視為通則而不是例外，生物學(xué)將會(huì)是什么樣的？如果物種之間的密切合作是進(jìn)化的一個(gè)基本特征，哪些科學(xué)問(wèn)題會(huì)變得至關(guān)重要？這將如何改變我們對(duì)生命的看法？如果所有的生物都是嵌合體，真正的單基因個(gè)體并不存在，那么“個(gè)體選擇”（individual selection）究竟意味著什么？

“個(gè)體”一詞在生物學(xué)中有許多種用法——可以從解剖學(xué)、胚胎學(xué)、生理學(xué)、免疫學(xué)、遺傳學(xué)或進(jìn)化生物學(xué)等方面定義個(gè)體（參見(jiàn)Geddes and Mitchell 1911；Clarke 2010；Nyhart and Lidgard 2011）。然而，這些概念并不完全是相互獨(dú)立的。而這些關(guān)于個(gè)體的定義表達(dá)得也并不十分清楚。事實(shí)上，即使在今天的生物學(xué)中，我們也沒(méi)有一個(gè)定義去說(shuō)明是什么構(gòu)成了個(gè)體生物體。不過(guò)，這些定義都蘊(yùn)含著基因組個(gè)體性這一共同信條，事實(shí)上這些不同學(xué)科中關(guān)于個(gè)體的定義也都起源于這個(gè)共同信條。這個(gè)信條就是：一個(gè)基因組，一個(gè)生物體。因此，所有關(guān)于個(gè)體的經(jīng)典概念，都可以被普遍存在的共生現(xiàn)象這一證據(jù)所質(zhì)疑。

解剖學(xué)的

個(gè)體性

在解剖學(xué)上，動(dòng)物個(gè)體被認(rèn)為是一個(gè)結(jié)構(gòu)化的整體。然而，來(lái)自聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）的研究結(jié)果顯示，動(dòng)物與許多細(xì)菌和其他微生物“物種”共享細(xì)胞和身體。在一些海綿中，其生物體體積的近40%是由細(xì)菌所組成的，而這些細(xì)菌在宿主的代謝中作出了顯著的貢獻(xiàn)（Taylor et al. 2007）。藻類共生體，即共生藻（Symbiodinium），為其宿主珊瑚提供的所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)高達(dá)60%（這里使用的術(shù)語(yǔ)“宿主”是從傳統(tǒng)意義上講的，指的是“共生體”所在的那個(gè)較大的真核多細(xì)胞生物）。當(dāng)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)海面的溫度持續(xù)上升，這種共生體就會(huì)受到破壞，珊瑚就會(huì)被“漂白”。它們會(huì)因?yàn)槭チ嗽孱惞采w而死亡。類似地，我們稱為奶牛的實(shí)體是一種具有復(fù)雜腸道共生體生態(tài)系統(tǒng)的生物體，它們的腸道里充滿著由纖維素消化細(xì)菌、纖毛原生生物和厭氧真菌所組成的多樣群落，這一生態(tài)系統(tǒng)能提供給我們關(guān)于奶牛解剖結(jié)構(gòu)的一些信息，確定奶牛在植物消化方面的生理學(xué)機(jī)制。這一生態(tài)系統(tǒng)還能調(diào)節(jié)奶牛的行為，并會(huì)最終決定這一物種的進(jìn)化方向（Kamra 2005）。

除了遠(yuǎn)古時(shí)期出現(xiàn)的線粒體共生現(xiàn)象這一遺跡之外，成千上萬(wàn)的細(xì)菌“物種”（本身也都是基因復(fù)合體）與我們自己的真核細(xì)胞密切相關(guān)。據(jù)估計(jì)，構(gòu)成我們身體的所有細(xì)胞中，有90%的細(xì)胞是細(xì)菌（B?ckhed et al. 2005；Ley et al. 2006），這一事實(shí)顛覆了我們從解剖學(xué)角度對(duì)個(gè)體同一性的簡(jiǎn)單理解。宏基因組測(cè)序（Qin et al. 2010）的結(jié)果已經(jīng)表明，每個(gè)人的腸道都與超過(guò)150種細(xì)菌建立了持久的伙伴關(guān)系，在人類的腸道微生物群中存在著大約1000個(gè)主要細(xì)菌群。這個(gè)共生宏基因組包含的基因組數(shù)量大約是人類真核細(xì)胞基因組的150倍，還不包括存在于人類呼吸道、皮膚、口腔和生殖孔中的共生體。

達(dá)爾文白蟻（Mastotermes darwiniensis）是一種分布于澳大利亞北部的白蟻，這種白蟻或許可以被稱為嵌合個(gè)體的“招牌式生物”。工蟻會(huì)吞食樹(shù)木和整個(gè)房屋，纖維素在它們的內(nèi)臟中進(jìn)行消化，為建造復(fù)雜的地下巢穴提供原料。但是，劉易斯·托馬斯（Lewis Thomas，1974）、林恩·馬古利斯（Lynn Margulis）和多里昂·薩根（Dorion Sagan，2001）曾提出過(guò)這樣一個(gè)問(wèn)題：個(gè)體生物體是由什么構(gòu)成的？當(dāng)蟻巢是物種的生殖單位時(shí)，工蟻怎么能被認(rèn)為是個(gè)體呢？工蟻甚至不能在沒(méi)有混毛蟲(chóng)（Mixotricha paradoxa）這一腸道共生體的情況下消化纖維素，而混毛蟲(chóng)本身又混合了至少五個(gè)其他物種的基因。根據(jù)解剖學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，人類和任何其他生物體都不能被視為個(gè)體。為了理解這種復(fù)雜性，“共生總體”（holobiont）這一術(shù)語(yǔ)被引入解剖學(xué)中，用來(lái)描述由宿主元素以及與其持久共存的共生體種群共同組成的生物體（Rosenberg et al.2007）。

發(fā)育生物學(xué)的

個(gè)體性

從發(fā)育的視角來(lái)考察動(dòng)物個(gè)體性，這一觀點(diǎn)最初是由托馬斯·赫胥黎（Thomas Huxley）在他發(fā)表的演講《論動(dòng)物個(gè)體性》（Upon Animal Individuality）中提出的（Huxley 1852）。作為生物學(xué)個(gè)體性解剖學(xué)版本的變體，赫胥黎提出的“動(dòng)物個(gè)體”被理解為從一個(gè)卵子到另一個(gè)卵子的過(guò)程。然而，有證據(jù)表明，我們所理解的“個(gè)體”是由動(dòng)物細(xì)胞和微生物所組成的聚生體（consortia）發(fā)育而來(lái)的，這恰恰證明了發(fā)育的個(gè)體觀是錯(cuò)誤的（McFall-Ngai 2002；Gilbert and Epel 2009；Fraune and Bosch 2010；Pradeu 2011）。事實(shí)上，脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物的發(fā)育（尤其在幼體和胚胎后期的發(fā)育階段）都與微生物有著非常密切的關(guān)系。

在某些情況下，共生關(guān)系可能會(huì)變成寄生關(guān)系，即一個(gè)生物體受益于另一個(gè)生物體。例如，歐洲藍(lán)蝴蝶（Maculinea arion）的發(fā)育要求雌性在百里香植株上產(chǎn)卵。然而，歐洲藍(lán)蝴蝶的幼蟲(chóng)并不以百里香為食。蟲(chóng)卵會(huì)落到地上，并釋放出一些揮發(fā)性的化學(xué)物質(zhì)，用來(lái)模仿一種紅蟻（Myrmica sabuleti）幼蟲(chóng)的氣味。巡邏中的紅蟻會(huì)誤以為蝴蝶的幼蟲(chóng)是自己的后代，就會(huì)把它們帶進(jìn)蟻巢。一旦蝴蝶幼蟲(chóng)和螞蟻幼蟲(chóng)待在一起，工蟻就會(huì)喂養(yǎng)這些毛毛蟲(chóng)，而毛毛蟲(chóng)最終會(huì)吃掉那些小螞蟻，為化蛹做好準(zhǔn)備。它會(huì)在蟻群中經(jīng)歷變態(tài)過(guò)程，并最終以成蟲(chóng)的形態(tài)離開(kāi)蟻群（Thomas 1995；Nash et al. 2008）。這種生命周期共生現(xiàn)象在海洋無(wú)脊椎動(dòng)物中也時(shí)有發(fā)生，幼蟲(chóng)在何時(shí)何地開(kāi)始在宿主那里定居并變態(tài)發(fā)育，往往需要食物來(lái)源的提示。

共生生物對(duì)于宿主完成生命周期而言也十分重要。例如，在寄生蠕蟲(chóng)中，細(xì)菌對(duì)胚胎發(fā)育和蛻皮至關(guān)重要（Hoerauf et al. 2003；Coulibaly et al. 2009）；在蠑螈的發(fā)育過(guò)程中，卵凍上的共生藻為斑紋鈍口螈胚胎的生存提供了所需的氧氣（Olivier and Moon 2010；Kerney et al. 2011）。

在許多生物體中，特定器官的發(fā)育取決于共生體發(fā)出的化學(xué)信號(hào)（Douglas 1988, 2010）。例如，一種寄生蜂（Asobara）的卵巢如果接收到了其共生體沃爾巴克氏體（Wolbachia）缺乏的信號(hào)，就會(huì)啟動(dòng)細(xì)胞凋亡的程序（Pannebakker et al. 2007）。夏威夷短尾魷魚(yú)（Euprymna scolopes）的幼體在出生時(shí)缺少一個(gè)發(fā)光器官，只有當(dāng)這種魷魚(yú)的腹側(cè)上皮細(xì)胞吸收了一種發(fā)光細(xì)菌（費(fèi)氏弧菌，Vibrio fisheri）之后，魷魚(yú)和細(xì)菌之間的合作才會(huì)使魷魚(yú)發(fā)育出這種會(huì)發(fā)光的器官（McFall-Ngai et al. 2012）。沒(méi)有這些細(xì)菌，器官就不能發(fā)育。

小鼠的免疫系統(tǒng)和消化系統(tǒng)的發(fā)育也離不開(kāi)腸道細(xì)菌（Ley et al. 2006，2008；Lee and Mazmanian 2010）。對(duì)于那些在“無(wú)菌”條件下繁育出來(lái)的無(wú)共生體的小鼠，它們的腸道中沒(méi)有足夠多的毛細(xì)血管，腸道中相關(guān)淋巴組織發(fā)育不良或缺失，T細(xì)胞庫(kù)減少，這些情況會(huì)導(dǎo)致它們出現(xiàn)免疫缺陷綜合征（Stappenbeck et al. 2002；Rhee et al. 2004；Niess et al. 2008；Duan et al. 2010）。在斑馬魚(yú)中，微生物（通過(guò)經(jīng)典的Wnt路徑）調(diào)節(jié)腸道干細(xì)胞的正常增殖。沒(méi)有這些微生物共生的斑馬魚(yú)，它們的腸道上皮細(xì)胞較少，缺乏杯狀細(xì)胞、內(nèi)分泌細(xì)胞和特有的腸道刷狀緣酶（Rawls et al. 2004；Bates et al. 2006）。

微生物共生體似乎是所有哺乳動(dòng)物生命周期中正常而必要的一部分，一旦羊膜破裂或嬰兒開(kāi)始吮吸或擁抱，它們就會(huì)獲得微生物。這些微生物在腸道中定居，并在新生兒的腸道中誘導(dǎo)適當(dāng)?shù)幕虮磉_(dá)（Hooper et al. 2001）。在小鼠和斑馬魚(yú)的內(nèi)臟發(fā)育過(guò)程中，有數(shù)百個(gè)基因需要依賴細(xì)菌共生體才能被激活（Hooper et al. 2001；Rawls et al. 2004）。哺乳動(dòng)物及其腸道細(xì)菌的共同進(jìn)化，實(shí)際上導(dǎo)致了發(fā)育信號(hào)從動(dòng)物細(xì)胞“外包”給了微生物共生體。因此，共生體就這樣被整合進(jìn)了動(dòng)物發(fā)育的正常網(wǎng)絡(luò)中，與它們“宿主”的真核細(xì)胞之間發(fā)生相互作用（Gilbert 2001，2003；McFall-Ngai 2002）。發(fā)育就成為了物種間交流的問(wèn)題。因此，從發(fā)育生物學(xué)的角度來(lái)看，我們并不是個(gè)體。

生理學(xué)的

個(gè)體性

自從亨利·米爾恩-愛(ài)德華茲（Henri Milne-Edwards，1827）和魯?shù)婪颉ぢ逡揽ㄌ兀≧udolf Leuckart，1851）的經(jīng)典著作發(fā)表以來(lái)，生理學(xué)的動(dòng)物個(gè)體觀認(rèn)為，生物體是由為了整體利益而合作的各個(gè)部分所組成的。隨著動(dòng)物組織的復(fù)雜化，各器官之間的分工也越來(lái)越細(xì)化。這一想法源自亞當(dāng)·斯密（Adam Smith）的理論，即復(fù)雜社會(huì)中的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展是勞動(dòng)分工的結(jié)果（Limoges 1994）。在后達(dá)爾文時(shí)代，這種關(guān)于生物體的個(gè)體主義觀點(diǎn)延伸到了對(duì)于細(xì)胞組織的理解，并投射到“生物體是由細(xì)胞間關(guān)系所形成的”這一認(rèn)識(shí)上。因此，所有復(fù)雜組織都是生存競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果，它們通過(guò)分工不斷提升生物體的整合程度（Sapp 1994, 2003）。這一經(jīng)典概念背后有一個(gè)共同的假設(shè)，即所有生物體都來(lái)自一種種質(zhì)（germplasm），即受精卵。

然而，與這一經(jīng)典概念相去甚遠(yuǎn)，雖然我們目前擁有的證據(jù)還很少，但還是有越來(lái)越多的證據(jù)表明這種生理上的分工也可以通過(guò)不同物種的共同生活來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，在19世紀(jì)后期，我們發(fā)現(xiàn)了具有雙重性的苔蘚、在蘭花和森林樹(shù)木根部生長(zhǎng)的真菌、豆類根瘤中的固氮細(xì)菌以及在半透明刺胞動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)生活的藻類。隨后，在20世紀(jì)初，我們發(fā)現(xiàn)了微生物可以獲得昆蟲(chóng)卵中的遺傳物質(zhì)并發(fā)生形態(tài)變化，但這對(duì)于其宿主來(lái)說(shuō)沒(méi)有明顯的致病作用。這進(jìn)一步表明了兩種生活距離較近的生物之間是如何共享各自的生理特征的（Buchner 1965；Sapp 1994）。

盡管如此，我們現(xiàn)在所擁有的微生物之間以及微生物與動(dòng)物之間密切互動(dòng)的證據(jù)仍然較少。而微生物感染賦予宿主生命特性的證據(jù)，也無(wú)法與疾病的細(xì)菌理論所取得的巨大成功及其重要性相抗衡。事實(shí)上，微生物感染是由致病的“細(xì)菌”導(dǎo)致的，這一觀點(diǎn)使人們把微生物定義為“人類的敵人”，由此一來(lái)人類和微生物就成了對(duì)立的雙方。

當(dāng)前的分子生物學(xué)研究強(qiáng)調(diào)了共生體是如何參與到強(qiáng)制性整合共生關(guān)系過(guò)程之中的（MacDonald et al. 2011；Vogel and Moran 2011）。例如，粉蚧（Planococcus）的“基因組”是嵌套共生的產(chǎn)物：粉蚧的動(dòng)物細(xì)胞攜帶一種β變形菌（Tremblaya princeps），而這種細(xì)菌又?jǐn)y帶一種γ變形菌（Moranella endobia）。而氨基酸合成的過(guò)程似乎需要這兩種微生物及其宿主之間的相互協(xié)調(diào)。苯丙氨酸的合成過(guò)程需要許多酶的參與，其中三種酶由Moranella菌提供，五種酶由Tremblya菌提供，而苯丙氨酸合成途徑中的最后一種酶則由昆蟲(chóng)自身編碼（McCutcheon and von Dihlen 2011）。注意，這三種生物體的基因組全部在這種共生關(guān)系中發(fā)生了改變。這種宏基因組測(cè)序的結(jié)果已經(jīng)證明了微生物在昆蟲(chóng)的生理系統(tǒng)中發(fā)揮了重要作用（Vásquez et al. 2012；Weiss et al. 2012）。

微生物共生也在脊椎動(dòng)物生理學(xué)中得到了證實(shí)。脂質(zhì)代謝、異生素的排毒代謝、結(jié)腸pH值的調(diào)節(jié)、維生素合成和腸道通透性都是細(xì)菌提供給共生總體的生物學(xué)功能（Nicholson et al. 2012）。特定細(xì)菌還誘導(dǎo)調(diào)節(jié)T淋巴細(xì)胞的生成，這些T淋巴細(xì)胞的抑制可能會(huì)導(dǎo)致腸炎等危險(xiǎn)的免疫反應(yīng)（Mazmanian et al. 2008；Chow et al. 2010）。我們現(xiàn)在也充分認(rèn)識(shí)到了共生微生物在哺乳動(dòng)物疾病預(yù)防中的作用（Mazmanian et al. 2008；Lee and Mazmanian 2010；Ballal et al. 2011），并且最新的宏基因組測(cè)序也在不斷地給我們提供新的見(jiàn)解，讓我們認(rèn)識(shí)到人類的生理狀態(tài)以及人體內(nèi)的微生物種群之間存在何種關(guān)系（Turnbaugh and Gordon 2009；Greenblum et al. 2012）。這是一個(gè)互惠的過(guò)程。多形擬桿菌（Bacteroides thetaiotaomicron）是一種常見(jiàn)的腸道共生體，這種細(xì)菌能誘導(dǎo)腸道潘氏細(xì)胞（Paneth cell）的血管生成素-4基因的表達(dá)。這種蛋白質(zhì)的功能是產(chǎn)生新的血管。但它同時(shí)也是一種消滅李斯特菌（Listeria）的殺菌因子，而李斯特菌的主要競(jìng)爭(zhēng)者是擬桿菌（Bacteroides）和一種腸道病原體（Cash et al. 2006）。從這些例子我們可以得出結(jié)論，基于經(jīng)典生理學(xué)，動(dòng)物也不是個(gè)體。

遺傳學(xué)的

個(gè)體性

經(jīng)典遺傳學(xué)中的個(gè)體概念，其根源在于性，并以受精時(shí)獲得的染色體組的遺傳為基礎(chǔ)。在19至20世紀(jì)發(fā)展起來(lái)的魏斯曼生物學(xué)的基礎(chǔ)上，遺傳個(gè)體的概念（Weismann 1893）被經(jīng)典的孟德?tīng)栠z傳學(xué)所強(qiáng)化，之后關(guān)于線粒體染色體的研究也影響了遺傳個(gè)體的概念（Chapman et al. 1982；Avise 1991）。在群體遺傳學(xué)中，這種遺傳同一性取代了其他所有的同一性版本，因?yàn)槿藗冋J(rèn)為遺傳同一性包含了等位基因變異，而等位基因變異是表型變異的基礎(chǔ)。

經(jīng)典遺傳學(xué)中提出的“一個(gè)基因組，一個(gè)生物體”的學(xué)說(shuō)，隨著遺傳共生相關(guān)研究的深入而逐漸沒(méi)落。微生物共生體形成了第二種遺傳類型（Moran 2007；Gilbert 2011）。節(jié)肢動(dòng)物通常通過(guò)母體生殖系以垂直的途徑獲得共生體，但也會(huì)從環(huán)境中以水平的途徑獲得共生體。哺乳動(dòng)物通過(guò)母體的生殖道和出生后的相互舔舐和梳理毛發(fā)而獲得共生體。微生物共生體代表了不同的基因組；這些基因組也可以和它們宿主的基因組一起受到自然選擇。在蚜蟲(chóng)中，共生細(xì)菌提供了可受自然選擇的等位基因變異（耐熱性、顏色、對(duì)寄生蜂的抗性），使一些宿主在不同的環(huán)境條件下能夠更好地生存（Dunbar et al. 2007；Tsuchida et al. 2010）。人類微生物群中也存在等位基因突變。平常擬桿菌（Bacteroides plebeius）的基因在不同的人群中有所不同。日本人體內(nèi)的平常擬桿菌菌株至少包含兩個(gè)能夠幫助細(xì)菌進(jìn)行復(fù)雜糖類代謝的基因（這兩個(gè)基因是從一種生活在海洋中的細(xì)菌那里水平轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的），比如幫助代謝那些來(lái)自紫菜中的糖分（Heheman et al. 2010）。事實(shí)上，人類微生物組項(xiàng)目（Turnbaugh et al. 2007）也應(yīng)用了生態(tài)宏基因組學(xué)來(lái)探索人類物種中的微生物世界。

微生物共生體在進(jìn)化上的作用是十分重要的，遠(yuǎn)不止于增加宿主的適應(yīng)性，或者給宿主提供保持群落穩(wěn)定的可遺傳變異這么簡(jiǎn)單。例如，最近我們?cè)趯?duì)果蠅（Drosophila）的研究中，發(fā)現(xiàn)是共生體而不是核基因的等位基因，提供了交配偏好所必需的重要信息素線索（Sharon et al. 2010）。因此，共生體可以提供可受自然選擇的等位基因變異，使得整個(gè)群體（共生總體）是可被選擇的實(shí)體，而不是單獨(dú)的宿主或單獨(dú)的共生體作為可受自然選擇的實(shí)體（參見(jiàn)Zilber-Rosenberg and Rosenberg 2008；Gilbert et al. 2010）。因此，微生物提供了第二套遺傳系統(tǒng)，使共生總體能生存下來(lái)并進(jìn)行自然選擇。事實(shí)上，正如前面提到的粉蚧案例表明的那樣，基因組的進(jìn)化方式是復(fù)雜的，一個(gè)基因組需要其他基因組一起參與才能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的基因整合。共生關(guān)系中的三個(gè)物種都沒(méi)有“完整”的基因組，而共生總體則擁有完整的基因組。因此，根據(jù)遺傳學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，我們并不是個(gè)體。

免疫學(xué)的

個(gè)體性

“免疫自我”個(gè)體性模型最初是由麥克法蘭·布爾內(nèi)特爵士（Sir McFarlane Burnet）提出的（Burnet and Fenner 1949），他將免疫系統(tǒng)描繪成一個(gè)防御網(wǎng)，生物體用它來(lái)對(duì)抗充滿敵人的外部世界。免疫個(gè)體會(huì)排斥任何不屬于“自我”的東西。事實(shí)上，免疫學(xué)這門學(xué)科也被稱為“辨別自我與非我的科學(xué)”（Klein 1982）。根據(jù)這種觀點(diǎn)，免疫系統(tǒng)是一種防御“武器”，生物體進(jìn)化出免疫系統(tǒng)來(lái)保護(hù)身體免受病原體的威脅，這些病原體就包括蠕蟲(chóng)、原生生物、真菌、細(xì)菌和病毒等等。因此，如果一個(gè)生物體沒(méi)有免疫系統(tǒng)，就不免會(huì)導(dǎo)致伺機(jī)性感染（opportunistic infections）（就像免疫缺陷的情況），而這個(gè)生物體也將會(huì)死亡。

然而，最近的研究表明，個(gè)體的免疫系統(tǒng)在一定程度上是由其體內(nèi)的微生物群創(chuàng)造的，這一發(fā)現(xiàn)使得過(guò)去我們關(guān)于生命的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了驚人的反轉(zhuǎn)。在脊椎動(dòng)物中，腸道相關(guān)淋巴組織的特化與組建過(guò)程是細(xì)菌共生體參與的結(jié)果（Rhee et al. 2004；Lanning et al. 2005）。當(dāng)腸道中沒(méi)有共生微生物時(shí)，腸道免疫系統(tǒng)的功能就會(huì)發(fā)生紊亂，免疫組庫(kù)的功能也會(huì)顯著下降（參見(jiàn)李和馬茲曼尼安2010；Round等人，2010年）。同樣地，希爾等人（Hill et al. 2012）發(fā)現(xiàn)，微生物共生體能夠提供限制嗜堿性粒細(xì)胞祖細(xì)胞增殖的發(fā)育信號(hào)，從而阻止嗜堿性粒細(xì)胞誘導(dǎo)的過(guò)敏反應(yīng)。李和馬茲馬尼安總結(jié)道，“多種腸道免疫細(xì)胞群的發(fā)育和功能都需要微生物群的參與”（Lee and Mazmanian 2010：1768）。

共生體調(diào)節(jié)和促進(jìn)共生總體免疫能力的現(xiàn)象并不僅限于脊椎動(dòng)物。在幾種昆蟲(chóng)中，沃爾巴克氏體屬的一些細(xì)菌似乎能在昆蟲(chóng)抵抗病毒的過(guò)程中起到重要的保護(hù)作用（Teixeira et al. 2008；Moreira et al. 2009；Hanson et al. 2011）。而在植物中，內(nèi)生菌是一種真菌，它們?cè)谥参锝M織內(nèi)度過(guò)大部分生命周期，且形態(tài)多樣、分布廣泛，能為宿主提供增強(qiáng)的病原體免疫；它們還可以幫助植物抵御食草動(dòng)物，為植物帶來(lái)許多好處（Herre et al. 2007）。因此，在一定程度上，免疫系統(tǒng)就是由微生物共生體創(chuàng)造的。我們將在下文中回到這些新興的免疫概念，討論共生總體群落如何成為在進(jìn)化過(guò)程中保存下來(lái)的“個(gè)體”。

進(jìn)化生物學(xué)的

個(gè)體性：

免疫修飾的個(gè)體

在進(jìn)化生物學(xué)中，生物學(xué)個(gè)體性也可以被定義為能夠受自然選擇的個(gè)體性（參見(jiàn)Maynard Smith and Szathmáry 1995；Michod and Roze 1997；Okasha 2006）。通常來(lái)講，進(jìn)化生物學(xué)中的個(gè)體就是基因生物體，或者說(shuō)是單基因組生物體。但是，從上面的討論我們可以明顯看出，生物體在解剖學(xué)、生理學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、遺傳學(xué)和免疫學(xué)的意義上，都是多基因組和多物種的復(fù)合體。這會(huì)不會(huì)是由于生物體受到自然選擇而成為了多基因組聯(lián)合體？那些在競(jìng)爭(zhēng)中生存下來(lái)的“適者”難道是多物種群體，而不是該群體中的單一物種個(gè)體嗎？

一個(gè)有啟發(fā)性的例子來(lái)自于科學(xué)家對(duì)豌豆蚜蟲(chóng)（Acyrthosiphon pisum）以及生活在蚜蟲(chóng)體內(nèi)細(xì)胞中的幾種細(xì)菌的研究。這些細(xì)菌的功能各異：一些布赫納氏菌（Buchnera）的變異型能提高蚜蟲(chóng)的耐熱性，而這是以犧牲蚜蟲(chóng)在常溫下的繁殖力為代價(jià)的（Dunbar et al. 2007）；立克次氏小體（Rickettsiella）為蚜蟲(chóng)提供變化顏色的能力，它們通過(guò)合成醌類化合物，使得那些在遺傳上應(yīng)該呈現(xiàn)紅色性狀的蚜蟲(chóng)變成綠色蚜蟲(chóng)（Tsuchida et al. 2010）；還有一些漢密爾頓氏菌（Hamiltonella）的變異型能為蚜蟲(chóng)提供抵抗寄生蜂感染的免疫力（Oliver et al. 2009）。但對(duì)于漢密爾頓氏菌來(lái)說(shuō)，那些提供保護(hù)能力的變異型其實(shí)是細(xì)菌基因組中摻雜了一種特殊的溶源性噬菌體的結(jié)果。蚜蟲(chóng)必須感染了漢密爾頓氏菌，并且漢密爾頓氏菌必須感染了APSE-3噬菌體，才能實(shí)現(xiàn)抵抗寄生蜂感染的效果。正如奧利弗等人（Oliver et al. 2009）所說(shuō)的那樣：“在我們的系統(tǒng)中，噬菌體、細(xì)菌共生體和蚜蟲(chóng)的進(jìn)化利益，與那些威脅它們生存的寄生蜂的進(jìn)化利益之間，呈現(xiàn)出相對(duì)應(yīng)的關(guān)系。噬菌體參與了對(duì)蚜蟲(chóng)的保護(hù)，從而促進(jìn)了漢密爾頓氏菌（H. defensa）在豌豆蚜蟲(chóng)（A. pisum）自然種群中的傳播和繁殖。”（Oliver et al. 2009:994）但是，宿主也要為這種有益的保護(hù)付出代價(jià)，因?yàn)樵跊](méi)有寄生蜂感染的情況下，那些攜帶溶源性噬菌體的細(xì)菌所寄生的蚜蟲(chóng)，其繁殖力不如那些不攜帶溶源性噬菌體的細(xì)菌所寄生的蚜蟲(chóng)。類似地，在這些蚜蟲(chóng)身上還會(huì)出現(xiàn)一種折中效應(yīng)。這些蚜蟲(chóng)攜帶著布赫納氏菌的耐熱遺傳變異型，這也就意味著雖然它們會(huì)更耐熱，但在較溫和的溫度下，它們的繁殖力低于那些不攜帶耐熱遺傳變異型布赫納氏菌的蚜蟲(chóng)。而那些不是耐熱遺傳變異型的布赫納氏菌，則缺乏能夠產(chǎn)生熱休克蛋白的功能性等位基因。然而作為一個(gè)整體，這一攜帶耐熱遺傳變異型布赫納氏菌種群可以在炎熱的天氣中存活下來(lái)，但是它們的繁殖能力會(huì)受到削弱。

這種共生關(guān)系似乎符合群體選擇的標(biāo)準(zhǔn)：等位基因可以在整個(gè)群體中傳播，因?yàn)樗鼈兡軌蚪o群體帶來(lái)益處，而不管這一等位基因會(huì)對(duì)該群體中個(gè)體的適應(yīng)性產(chǎn)生什么樣的影響。只不過(guò)，在這種情況下，有益的等位基因是細(xì)菌共生體中的遺傳變異，它們?yōu)樗拗魈峁┝说诙€(gè)可受自然選擇的遺傳變異的來(lái)源。我們不是遺傳學(xué)或解剖學(xué)意義上的個(gè)體；如果不存在“個(gè)體生物體”，那么“個(gè)體選擇”這一經(jīng)典概念還剩下什么內(nèi)容？

這樣一來(lái)，關(guān)于共生關(guān)系的生物學(xué)討論就進(jìn)入了“群體選擇”這一嚴(yán)肅的概念之中，新達(dá)爾文主義者們?cè)谇楦猩蠀拹哼@一概念，以博弈論為研究基礎(chǔ)的社會(huì)生物學(xué)家們也在詆毀它。大多數(shù)關(guān)于群體選擇的討論（參見(jiàn)Williams 1966；Lewontin 1970；Hull 1980；Keller 1999）與我們?cè)谶@里的討論并不貼切，因?yàn)樗鼈兗俣ㄋ懻摰娜后w是由一個(gè)單一的物種所組成的。然而，有一個(gè)重要的問(wèn)題是相關(guān)的——欺騙者（cheaters）。所有群體選擇理論（以及群體本身）的主要問(wèn)題是存在著潛在的“欺騙者”，即群體中那些宣稱自己是自主的，并且以犧牲其他群體為代價(jià)以實(shí)現(xiàn)自身數(shù)量增長(zhǎng)的低層級(jí)部分。正如斯特恩斯（Stearns）所指出的，“低層級(jí)內(nèi)部以及低層級(jí)和高層級(jí)之間的沖突必須被壓制，或者以其他方式得到解決”（2007：2275）。

有人則爭(zhēng)辯說(shuō)，欺騙者的問(wèn)題使得許多群體選擇模型在數(shù)學(xué)上是站不住腳的（參見(jiàn)Keller 1999；Leigh 2010；Eldakar and Wilson 2011）。“欺騙者”的問(wèn)題必須以這樣一種方式來(lái)解決，即共生關(guān)系中的各個(gè)要素都處于整體的社會(huì)控制之下，即處于共生總體的控制之下。這種強(qiáng)大的社會(huì)化和整合性的力量存在于免疫系統(tǒng)中，而我們可以從中找到解決共生復(fù)合體欺騙者問(wèn)題的辦法。

免疫系統(tǒng)可以被視為擁有兩條“手臂”：一條手臂向外探查，保護(hù)生物體免受外來(lái)病原體侵害，另一條手臂向內(nèi)探查，尋找生物體內(nèi)部產(chǎn)生的潛在危險(xiǎn)（參見(jiàn)Burnet and Fenner 1949；Tauber 2000，2009； Ulvestad 2007；Eberl 2010；Pradeu 2010）。這種二元論觀點(diǎn)最初來(lái)自于19世紀(jì)末梅奇尼科夫（Metchnikoff）的構(gòu)想。他認(rèn)為，免疫是關(guān)于炎癥的一般生理機(jī)制，其中包括修復(fù)以及監(jiān)測(cè)衰老、死亡和癌變的細(xì)胞，并且承擔(dān)了防御病原體入侵的責(zé)任（Tauber 1994）。因此，這種更廣泛、更系統(tǒng)的理解將防御性視為生物體及其生物環(huán)境（包括“內(nèi)環(huán)境”和“外環(huán)境”）之間相互作用的一部分，并且這二者之間在不斷地進(jìn)行協(xié)商和談判（Ulvestad 2007；Tauber 2008a,b）。

在維系動(dòng)物細(xì)胞和微生物細(xì)胞方面，如果說(shuō)免疫系統(tǒng)是起到關(guān)鍵作用的憲兵隊(duì)，那么服從免疫系統(tǒng)的管理就等于成為共生總體內(nèi)的公民。逃避免疫控制就是要去成為病原體或者腫瘤。對(duì)于腫瘤細(xì)胞這種自主增殖的低層級(jí)細(xì)胞來(lái)說(shuō)，它們必須逃避宿主的先天免疫系統(tǒng)、獲得性免疫系統(tǒng)以及失巢凋亡介導(dǎo)的免疫系統(tǒng)才能存活下來(lái)（Hanahan and Weinberg 2011；Buchheit et al. 2012）。而感染則是指那些微生物以類似的方式逃避了免疫強(qiáng)化下形成的具有一致性的社會(huì)模式（Hoshi and Medzhitov 2012）。例如，大多數(shù)奈瑟菌（Neisseria）都可以成為共生體。但是，有兩種致病的奈瑟菌（淋病奈瑟菌和腦膜炎奈瑟菌）不屬于共生群落。這兩種奈瑟菌物種因繞過(guò)免疫系統(tǒng)逃脫了共生總體的社會(huì)控制（Mulks and Plaut 1978；Welsch and Ram 2008）。

在某些情況下，我們實(shí)際上可以觀察到共生體內(nèi)部出現(xiàn)的免疫監(jiān)視作用。在昆蟲(chóng)中，共生體被固定在攜帶細(xì)菌的宿主細(xì)胞，即含菌細(xì)胞（bacteriocyte）中。在某些物種中，含菌細(xì)胞聚集在一起，形成一個(gè)細(xì)菌組（bacteriome）（Buchner 1965）。在象鼻蟲(chóng)體內(nèi)存在一種叫做鞘翅肽-A（coleoptericin-A）的抗菌肽，它可以選擇性地靶向含菌細(xì)胞內(nèi)的共生體，并抑制其細(xì)胞分裂（Login et al. 2011）。如果這種肽的合成受阻，細(xì)菌就會(huì)從含菌細(xì)胞中逃逸出來(lái)，擴(kuò)散到昆蟲(chóng)的組織細(xì)胞中。在這個(gè)案例中，宿主和共生體的共同進(jìn)化似乎使免疫系統(tǒng)能夠?qū)?nèi)共生關(guān)系起到促進(jìn)作用。在魷魚(yú)（McFall-Ngai et al. 2010）和哺乳動(dòng)物（Hooper et al. 2012）中，宿主免疫系統(tǒng)中的一些要素被調(diào)動(dòng)起來(lái)，為宿主體內(nèi)的共生細(xì)菌的定殖、活動(dòng)界限和持久生存提供支持。

麥哲托夫等人（Medzhitov et al. 2012）曾討論過(guò)將“耐病性”視為一種策略，生物體通過(guò)這種策略將防御因子最小化，以防止其對(duì)受感染生物體的傷害。然而，我們討論的不僅僅是對(duì)微生物的“耐受性”，而是免疫系統(tǒng)對(duì)共生細(xì)菌的主動(dòng)募集。彼得森等人（Peterson et al.）的研究表明，免疫球蛋白A（IgA）除了在攻擊脊髓灰質(zhì)炎病毒和其他病原體中起到了眾所周知的作用外，還在“建立可持續(xù)的宿主——微生物關(guān)系中發(fā)揮著關(guān)鍵作用”（2007：328）。類似地，派伊爾氏淋巴集結(jié)（Peyer's Patch）抗體在對(duì)抗伺機(jī)性病原體中也發(fā)揮了關(guān)鍵作用，而這些抗體似乎也參與了“在派氏結(jié)內(nèi)部創(chuàng)造最佳共生環(huán)境”的過(guò)程（Obata et al. 2010：7419）。即使是介導(dǎo)先天性免疫的Toll樣受體也被擬桿菌用來(lái)建立宿主共生關(guān)系。朗德等人（Round et al. 2011）從共生細(xì)菌利用先天性和獲得性免疫途徑啟動(dòng)共生的能力這一現(xiàn)象中得出結(jié)論：“免疫系統(tǒng)可以通過(guò)識(shí)別共生細(xì)菌產(chǎn)生的分子，在共生定殖的過(guò)程中區(qū)分病原體和微生物群。”（Round et al. 2011：974）打個(gè)擬人化的比方，免疫系統(tǒng)不僅僅是生物體內(nèi)的“武裝力量”，也是生物體內(nèi)的“護(hù)照管控”系統(tǒng)，它進(jìn)化出的功能是識(shí)別并邀請(qǐng)那些能為自身帶來(lái)幫助的生物體進(jìn)入體內(nèi)。

因此，免疫系統(tǒng)在免疫監(jiān)視中向內(nèi)探查，以監(jiān)測(cè)潛在的微生物欺騙者。免疫的“防御”作用在醫(yī)學(xué)和農(nóng)學(xué)領(lǐng)域非常突出，我們必須加強(qiáng)進(jìn)化生物學(xué)和生態(tài)學(xué)的研究，以達(dá)到不同視角之間的平衡。免疫不僅僅能夠保護(hù)機(jī)體免受環(huán)境中其他生物體的入侵，還會(huì)調(diào)節(jié)機(jī)體參與到“其他”群落中，為其他群落謀取福利 （Tauber 2000；Agrawal 2001；Hooper et al. 2001；Dale and Moran 2006）。免疫系統(tǒng)通過(guò)進(jìn)化不僅習(xí)得了應(yīng)該排斥哪些生物體、應(yīng)該殺死哪些生物體，還習(xí)得了應(yīng)該促進(jìn)哪些生物體、允許哪些生物體進(jìn)入體內(nèi)、哪些生物體應(yīng)該得到支持。如果其他生物體被免疫系統(tǒng)接受，共生體就可以相互參與各自的發(fā)育和生理過(guò)程。此外，它可以幫助調(diào)節(jié)共生總體對(duì)其他生物體的反應(yīng)，讓它們有效地成為“自我”。從這個(gè)角度來(lái)看，并沒(méi)有一個(gè)受限制的、自主的實(shí)體先于所指明的“自我”而存在。什么才算作“自我”？這個(gè)問(wèn)題的答案是動(dòng)態(tài)的，并依賴于語(yǔ)境。

“合眾為一”

E pluribus unum：
局部和整體的

協(xié)商監(jiān)測(cè)

協(xié)商監(jiān)測(cè)是一種普遍的機(jī)制，生物體進(jìn)化出這一機(jī)制的作用在于：允許生物體將可能發(fā)生自我復(fù)制的部分整合進(jìn)連貫的整體之中（參見(jiàn)Maynard Smith and Szathmáry 1995；Michod and Roze 1997；Okasha 2003，2006）。林恩·馬古利斯（Sagan 1967）很早就預(yù)言我們將處于進(jìn)化生物學(xué)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)變過(guò)程中；因?yàn)楣采四芴峁┓N內(nèi)選擇所需的變異（見(jiàn)上文）之外，在宏觀進(jìn)化的創(chuàng)新中也是至關(guān)重要的（可參見(jiàn)Margulis and Fester 1991）。

首先，正如前文所述，真核細(xì)胞本身就是幾種微生物共生的結(jié)果，這也是最重要的一點(diǎn)。在整個(gè)二十世紀(jì)期間，許多人都一直在提這樣一個(gè)假說(shuō)，那就是真核細(xì)胞的細(xì)胞核、線粒體和葉綠體都起源于遠(yuǎn)古時(shí)期的共生作用。但這些觀點(diǎn)遭到了他人的駁斥與嘲笑，因?yàn)檫@一觀點(diǎn)與經(jīng)典生物學(xué)中的主要原則相沖突（Sapp 1994）。轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)線粒體和葉綠體被證明擁有自己的基因，并且存在獨(dú)立的翻譯機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)使得真核細(xì)胞起源中的共生關(guān)系成為了細(xì)胞生物學(xué)的前沿（Sagan 1967；Margulis 1970，1981）。

要明確證明真核生物細(xì)胞器的共生起源，還需要開(kāi)發(fā)出新的分子方法，以此來(lái)揭示微生物世界中的進(jìn)化關(guān)系。卡爾·烏斯（Carl Woese）及其同事研發(fā)出了一種基于核糖體RNA比較的方法，用于探索那些目前未知的微生物進(jìn)化關(guān)系（參見(jiàn)Sapp 2009）。當(dāng)研究者將這一方法應(yīng)用于線粒體和葉綠體的起源研究時(shí)，研究者發(fā)現(xiàn)線粒體和葉綠體分別是過(guò)去自由生活的α變形菌和藍(lán)細(xì)菌的遺跡。今天，分子系統(tǒng)發(fā)生學(xué)家普遍認(rèn)為，母細(xì)胞就是一個(gè)發(fā)生內(nèi)吞作用的宿主（engulfing host），它的核基因組本身就是由一種古生菌加上一個(gè)或兩個(gè)其他菌系共生融合而成的結(jié)果。這些非古生菌共生體的性質(zhì)仍然是微生物系統(tǒng)進(jìn)化生物學(xué)家討論的一個(gè)主題 （Hartman and Federov 2002；Hall 2011；亦可參見(jiàn)Sapp 2005， 2009）。

第二，多細(xì)胞性也可能是由細(xì)菌和原生生物之間的相互作用而導(dǎo)致的結(jié)果。某些種類的領(lǐng)鞭毛蟲(chóng)（choanoflagellates）的單細(xì)胞進(jìn)化肢，被認(rèn)為是多細(xì)胞動(dòng)物的旁系群，而它們可以通過(guò)與特定細(xì)菌相互作用，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為多細(xì)胞生物（Dayel et al. 2011）。在某些細(xì)菌存在的情況下，細(xì)胞在分裂后仍然會(huì)聚集在一起，這些細(xì)胞會(huì)形成蓮座狀上皮組織，共享細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞間橋。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，多細(xì)胞性的一種發(fā)生模式，可能是細(xì)菌和原生生物的多物種合作改變了細(xì)胞發(fā)育的結(jié)果。

第三，胎盤哺乳動(dòng)物的起源可能在于外源DNA在基因組水平上的整合。每個(gè)基因組都是歷史的產(chǎn)物，就像細(xì)胞一樣，均是發(fā)生在遠(yuǎn)古時(shí)期的共生現(xiàn)象和水平基因轉(zhuǎn)移的結(jié)果。我們都是基因組嵌合體：近50%的人類基因組由外源獲得的轉(zhuǎn)座DNA序列所組成（Lander et al. 2001；Cordaux and Batzer 2009），這可能是通過(guò)從微生物共生體到動(dòng)物細(xì)胞的水平基因轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)的（參見(jiàn)Dunning Hotopp et al. 2007；Altincicek et al. 2012）。雖然這種添加進(jìn)基因組的DNA大部分被認(rèn)為是“寄生的”，但是一些轉(zhuǎn)座因子可能在創(chuàng)造新的轉(zhuǎn)錄模式方面起到了關(guān)鍵作用（Sasaki et al. 2008；Oliver and Greene 2009；Kunarso et al. 2010）。子宮是真獸類哺乳動(dòng)物的標(biāo)志性特征。在幾種哺乳動(dòng)物中，控制催乳素基因表達(dá)的轉(zhuǎn)座子似乎獨(dú)立地促進(jìn)了子宮的出現(xiàn)。這些轉(zhuǎn)座子中含有轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)，使催乳素基因在子宮的細(xì)胞中得以表達(dá)（Lynch et al. 2011；Emera et al. 2012）。此外，這種通過(guò)插入轉(zhuǎn)座元件實(shí)現(xiàn)基因表達(dá)的趨同進(jìn)化也表明，這種轉(zhuǎn)座子可以介導(dǎo)適應(yīng)性的進(jìn)化過(guò)程。通過(guò)DNA甲基化，或者通過(guò)小干擾RNA選擇性沉默此類轉(zhuǎn)座子，似乎是另一種促進(jìn)進(jìn)化的保護(hù)機(jī)制（Chung et al. 2008；Kaneko-Ishino and Ishino 2010；Casta?eda et al. 2011）。

因此，動(dòng)物不再被認(rèn)為是任何經(jīng)典生物學(xué)意義上的個(gè)體，不論是解剖學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、生理學(xué)，還是免疫學(xué)、遺傳學(xué)或進(jìn)化生物學(xué)。我們的身體必須被理解為共生總體，其解剖、生理、免疫和發(fā)育功能在不同物種之間的共享關(guān)系中不斷進(jìn)化。因此，共生總體及其完整的物種群落成為了自然選擇的單位，其進(jìn)化機(jī)制顯示了目前我們基本上還未探索的復(fù)雜性圖景。正如劉易斯·托馬斯（1974：142）在思考自我和共生問(wèn)題時(shí)評(píng)論的那樣：“當(dāng)你仔細(xì)思考這個(gè)事情的時(shí)候，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)它真的很神奇。所有那些用來(lái)形容一個(gè)人的自我是什么樣的概念，包括非凡且古老的自由意志概念、自由進(jìn)取概念、自主概念、獨(dú)立概念、自我孤島概念，通通都只是一個(gè)神話。”

新觀點(diǎn)，新問(wèn)題

共生體對(duì)動(dòng)物發(fā)育、健康和穩(wěn)態(tài)是至關(guān)重要的，這一理解給我們帶來(lái)了“新”問(wèn)題，并為我們開(kāi)辟了新的研究路徑。在進(jìn)化生物學(xué)中，我們需要對(duì)微生物多樣性方面的理解展開(kāi)更多研究，以試圖揭示微生物彼此之間以及微生物與動(dòng)物宿主之間的復(fù)雜關(guān)系。細(xì)菌共生體及其動(dòng)物宿主的進(jìn)化仍然是一個(gè)尚未得到充分研究的領(lǐng)域，而這對(duì)于進(jìn)化生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和農(nóng)學(xué)來(lái)說(shuō)都是非常重要的課題。

在過(guò)去十年中，沃爾巴克氏體內(nèi)共生體研究領(lǐng)域的發(fā)展就是一個(gè)很好的例證，這充分體現(xiàn)了我們了解這些領(lǐng)域中共生關(guān)系的重要性。沃爾巴克氏體通過(guò)多種昆蟲(chóng)和線蟲(chóng)卵的細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行性傳播。它們有各種影響生物體的方式，從互惠到寄生不等。它們會(huì)引起細(xì)胞質(zhì)不親和性和孤雌生殖，并能將雄性后代轉(zhuǎn)變?yōu)榇菩裕栽鰪?qiáng)自身的傳播和繁殖能力（Werren 2005）。分子系統(tǒng)發(fā)育分析還表明，沃爾巴克氏體向宿主基因組進(jìn)行水平基因轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象非常普遍（Dunning Hotopp et al. 2007）。沃爾巴克氏體對(duì)于我們理解快速的物種形成過(guò)程至關(guān)重要，還能讓我們了解與昆蟲(chóng)和線蟲(chóng)共生的豐富的物種多樣性，以及幫助我們控制昆蟲(chóng)導(dǎo)致的病蟲(chóng)害（可參見(jiàn)Brelsfoard and Dobson 2009）。

在醫(yī)學(xué)中，共生概念首先就對(duì)我們闡明健康、疾病和人類微生物群變化之間的復(fù)雜關(guān)系提出了挑戰(zhàn)。宿主基因組、共生體和飲食之間的相互作用，變得越來(lái)越重要。例如，某些小鼠的基因組已經(jīng)顯示其能夠使特定腸道細(xì)菌定殖，這會(huì)導(dǎo)致小鼠產(chǎn)生肥胖或瘦弱的表型，而這取決于細(xì)菌利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力（Turnbaugh et al. 2006）。當(dāng)給斑馬魚(yú)攝入小鼠腸道微生物時(shí)，特定的腸道菌群會(huì)被選擇（Rawls et al. 2004，2006）。雖然“沒(méi)有人是一座孤島”是一句經(jīng)典的格言，這句話適用于描述人類之間的互動(dòng)。然而，對(duì)于那些共生的細(xì)菌細(xì)胞來(lái)說(shuō)，每個(gè)人恰恰就是一座島嶼。在共生關(guān)系中，島嶼生物地理學(xué)對(duì)于寄生、演替、資源分配和功能單元?jiǎng)澐值难芯縼?lái)說(shuō)可能至關(guān)重要（參見(jiàn)Morowitz et al. 2011；Muegge et al. 2011； Costello et al. 2012）。

這種新的共生觀點(diǎn)使某些數(shù)據(jù)變得更有意義，并為人體解剖學(xué)和生理學(xué)提供了一個(gè)全新的觀點(diǎn)。人類母乳中的低聚糖不能被新生兒利用；然而，它們對(duì)于嬰兒體內(nèi)的雙歧桿菌（Bifidobacillus）來(lái)說(shuō)一種極好的食物，而它們能幫助嬰兒增強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)（Zivkovic et al. 2011）。蠕蟲(chóng)狀的闌尾在很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)都被認(rèn)為是人類進(jìn)化過(guò)程中殘留的器官，但是它實(shí)際上可能是正常腸道細(xì)菌的儲(chǔ)存庫(kù)，當(dāng)我們腹瀉發(fā)作的時(shí)候，闌尾中儲(chǔ)存的共生體會(huì)迅速出動(dòng)，補(bǔ)充腸道中因腹瀉流失掉的共生體（Smith et al. 2009）。腹瀉仍然是欠發(fā)達(dá)國(guó)家兒童死亡的主要原因（CDC 2010），抗生素會(huì)殺死腸道中正常的共生體而導(dǎo)致梭菌的擴(kuò)散進(jìn)而引發(fā)結(jié)腸炎，這些都可以通過(guò)低技術(shù)含量的糞便移植而治愈（移植的糞便通常來(lái)自于配偶；參見(jiàn)Bakken 2011）。

如果我們已經(jīng)進(jìn)化出選擇微生物共生體的能力，那么對(duì)這些細(xì)菌進(jìn)行基因編輯或許可以促進(jìn)我們的健康。有研究顯示，對(duì)乳酸菌進(jìn)行基因編輯使其誘導(dǎo)更多的白介素-10（IL-10），能使乳酸菌對(duì)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下腸道炎癥的治療效果會(huì)更加明顯（Mohamadzadeh et al. 2011）。此外，由于微生物在一定程度上能夠分解異源化學(xué)物質(zhì)，因此我們對(duì)藥物的反應(yīng)可能取決于我們體內(nèi)的微生物種群（Haiser and Turnbaugh 2012）。

我們認(rèn)為值得研究的東西，會(huì)受到我們現(xiàn)有范式的影響。發(fā)育生物學(xué)中最重要的領(lǐng)域之一是關(guān)于哺乳動(dòng)物的大腦如何形成的研究。雖然目前我們知道環(huán)境刺激會(huì)影響行為和學(xué)習(xí)，但微生物調(diào)節(jié)神經(jīng)發(fā)育的可能性直到最近才開(kāi)始被我們納入考慮范圍。最近，有學(xué)者提出了“微生物—腸道—腦軸”（microbiota-gut-brain axis）的說(shuō)法（Cryan and O'Mahony 2011；McLean et al. 2012）。例如，無(wú)菌小鼠大腦相關(guān)腦區(qū)中的神經(jīng)生長(zhǎng)因子-1A（NGF-1A）和腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）（它們分別是一種與神經(jīng)元可塑性相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子和旁分泌因子）水平低于常規(guī)環(huán)境下飼養(yǎng)的小鼠。海茨等人（Heijtz et al. 2011：3051）得出的結(jié)論是：“在進(jìn)化過(guò)程中，腸道微生物群的定殖已經(jīng)融入進(jìn)大腦發(fā)育的編程之中，進(jìn)而影響運(yùn)動(dòng)控制的過(guò)程以及焦慮樣的行為。”在另一項(xiàng)調(diào)查中，一種特殊的乳酸菌株能夠通過(guò)調(diào)節(jié)迷走神經(jīng)依賴的GABA受體來(lái)調(diào)節(jié)情緒性行為（Bravo et al. 2011）。在對(duì)流行的范式提出挑戰(zhàn)之前，人們根本不敢想象要去研究細(xì)菌產(chǎn)物如何調(diào)節(jié)大腦發(fā)育。

承認(rèn)共生體關(guān)系帶來(lái)的各種影響，也極大啟發(fā)了保護(hù)動(dòng)物學(xué)的研究。例如，有關(guān)共生的知識(shí)對(duì)于防止美國(guó)中部各州的斑紋鈍口螈滅絕至關(guān)重要；而我們掌握有關(guān)歐洲藍(lán)蝴蝶和紅蟻之間寄生共生關(guān)系的知識(shí)，對(duì)于幫助歐洲藍(lán)蝴蝶重新回到大不列顛至關(guān)重要 （Thomas 1995）。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，“治愈”昆蟲(chóng)體內(nèi)的關(guān)鍵共生體可能是一種控制蚜蟲(chóng)等害蟲(chóng)的方法，并且這種方法會(huì)更加環(huán)保。這種通過(guò)殺死共生體來(lái)破壞宿主的方法已被證明在很多情況下是有效的，例如我們就是通過(guò)破壞共生體的方式來(lái)殺死寄生在人類身上的曼森線蟲(chóng)（Mansonella）（Coulibaly et al. 2009）。

最后，這種對(duì)共生關(guān)系的新認(rèn)識(shí)，即使是對(duì)微觀進(jìn)化的研究，也可能涉及物種間的相互作用——這些認(rèn)識(shí)為進(jìn)化生物學(xué)研究提出了一系列新問(wèn)題。生態(tài)演替模型可以描述一個(gè)局部相互作用的多物種集體隨時(shí)間的變化。在生態(tài)演替的第一個(gè)表述中，克萊門茨（Clements 1916）將演替比作發(fā)育，將頂極群落視為成年表型。每個(gè)生物體可能都必須成為生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型中的一員，而生物體的細(xì)胞則來(lái)自不同的基因型。

在2009年，牛津大學(xué)舉行了一場(chǎng)題為“向達(dá)爾文主義致敬”的辯論。在辯論中，理查德·道金斯（Richard Dawkins）對(duì)于把共生關(guān)系引入進(jìn)化論的做法提出質(zhì)疑：

以普通動(dòng)物的標(biāo)準(zhǔn)故事為例。[在這個(gè)故事里，]你有一個(gè)動(dòng)物分布，[然后]你還有一個(gè)海角或者一個(gè)島嶼或者其他什么東西，這樣你就會(huì)得到兩個(gè)[地理]分布。然后在任意一個(gè)地理分布中，你都會(huì)受到不同的選擇壓力，所以一個(gè)[群體]開(kāi)始這樣進(jìn)化，[另]一個(gè)開(kāi)始那樣進(jìn)化，這種說(shuō)法有什么錯(cuò)呢？這是非常合理、經(jīng)濟(jì)且節(jié)約成本的考慮。當(dāng)共生起源理論（symbiogenesis）如此繁雜且不經(jīng)濟(jì)的時(shí)候，你究竟為什么要把這一理論拖進(jìn)來(lái)呢？

林恩·馬古利斯回答說(shuō)，因?yàn)樗驮谀抢铮―awkins and Margulis 2009）。

并且，這件事具有重大意義。對(duì)于動(dòng)物和植物來(lái)說(shuō)，個(gè)體這種東西就從來(lái)就沒(méi)有存在過(guò)。這種新的生物學(xué)范式也給我們提出了新的問(wèn)題，需要我們?nèi)ヌ剿鞯厍蛏喜煌鼘?shí)體之間的新關(guān)系。我們其實(shí)和苔蘚沒(méi)什么兩樣。

致謝

我們寫作本文是為了紀(jì)念林恩·馬古利斯，他是杰出的理論締造者，他從聚生體的相互作用的角度重新思考生物學(xué)。斯科特·F. 吉爾伯特由芬蘭科學(xué)院提供資助，揚(yáng)·薩普（Jan Sapp）由加拿大社會(huì)科學(xué)與人文研究委員會(huì)提供資助。吉爾伯特還要感謝H. 德明（H. Deming）和D. 弗利茨（D. Fritz）提供的行政協(xié)助，以及感謝美國(guó)國(guó)家進(jìn)化綜合中心（NESCent）組織了一場(chǎng)以“動(dòng)物—微生物相互作用”為主題的精彩會(huì)議。

本文譯自“A Symbiotic View of Life: We Have Never Been Individuals,”The Quarterly Review of Biology 87, no. 4 (2012): 325-41. 參考文獻(xiàn)請(qǐng)查閱原文。

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