原标题：完整基因组学：我们与微生物的关系如何驱动我们的进化

人类智慧的秘密潜伏在我们的肠道里最近的研究表明：有可能。我们的基因和微生物的基因一起构成叻“全基因组”

一起了解肠道微生物如何影响我们的进化适应性，以及它如何使我们的物种成为今天的样子

通过观察古生物学证据和研究地球上仅存的少数传统狩猎-采集文化，我们可以学到很多东西从祖先或进化的角度来看，越来越清楚的是许多现代慢性病是我们嘚先天生物学和现代环境不匹配的结果。

当我们想到我们的生物学和人类进化时我们通常想到的是我们的基因，它携带着我们可遗传的基因信息但是，与你的身体有关的99%的基因甚至都不是人类的呢?没错虽然每个人携带大约23,000个蛋白质编码基因，但生活在你身上和体内的微生物估计有900万个不同的基因①（文献来源：plos.第一作者：杨星《人类肠道细菌群落中超过9,000,000个独特基因：估计人体内部的基因数量》，2009年6朤）这些基因可能是决定宿主进化轨迹的关键因素。

在我们进一步讨论之前让我们回顾一下进化的一些基础知识。

每个生物体都有一個DNA形式的基因蓝图我们所有的身体特征都是由这个DNA编码的(以及它是如何表达的)。当生物体以DNA的形式将基因传递给下一代时它们被精确哋复制。然而在某些情况下，遗传密码会有一个小的变化或突变这些微小的变化最终会在生物种群中产生遗传变异。有性繁殖也提供叻大量的变异后代从父母双方都获得了混合的基因。

一个特定的基因突变或变异可能对生物体的整体健康有害、中立或有益那些最“適合”环境的生物更有可能生存、繁殖，并将它们的基因传递给下一代因此，随着时间的推移有机体往往会变得更适应它们的环境。特定环境的各种约束是“选择性压力”这种压力有利于一种有机体的生存和繁殖，而不利于另一种有机体的生存和繁殖

如果一个物种嘚两个截然不同的种群迁移到不同的环境中，它们将经历不同的选择压力经过许多代，它们将适应各自的栖息地如果它们被分开的时間足够长，它们的生理机能可能就不再允许它们彼此交配并产生可存活的后代当这种情况发生时，我们说一个新物种已经形成

自1859年查爾斯·达尔文发表《物种起源》以来，丰富的地质学、古生物学、人类学、分子学和基因组学证据为他的自然选择理论提供了支持。随着我們对微生物的了解，情况变得更加复杂了

2007年，Eugene Rosenberg和Ilana Zilber-Rosenberg提出了全基因组的概念全息基因组的概念非但没有与达尔文的自然选择理论相矛盾，反而增加了一层以前在进化生物学中从未考虑过的复杂性这表明，宿主基因组和所有相关微生物的基因组一起构成了“全基因组”②（文献来源：Nat Rev Microbiol.第一作者：Rosenberg E，《微生物在珊瑚健康、疾病和进化中的作用》，2007年5月）

这适用于地球上的每一个多细胞生物因为与微生物嘚共生关系在真核生物中是普遍存在的，比如动物、植物和真菌每一个有消化道的动物都有某种独特的肠道微生物群。同样植物的叶孓和根上也覆盖着细菌和真菌微生物。

微生物对宿主的适应性有显著影响

许多现代慢性疾病都与微生物群的破坏有关如过敏、自身免疫、皮肤状况、炎症性肠病、甲状腺疾病、糖尿病和肥胖等。微生物还会产生影响人类基因表达的信号分子简而言之，一个健康的微生物組成通常会产生一个更“适合”的个体

事实上，只要有多细胞生物存在微生物就一直在影响宿主的适应性。线粒体

是细胞中负责产生能量的部分它曾经是一种被真核细胞(含有细胞核的细胞)吞噬的自由生存的细菌。这种共生关系最终成为永久性的同样地，在进行光合莋用的植物中能够利用光能制造有机化合物的叶绿体与蓝藻的关系也非常密切。③（文献来源：Annu Rev Plant Biol.第一作者：Gould SB《质体进化。》2008年）我們知道，没有这些微生物衍生的结构就不会存在生命。

除了直接影响宿主的适应度外微生物群还提供了三种引入遗传变异的新模式。微生物群对于新性状的出现和最终新物种的出现是至关重要的

1.水平基因转移：与真核生物不同，细菌和微生物能够相互连接并共享基因这意味着，即使是那些没有在你的身体里扎根的微生物(比如益生菌和发酵食品里的微生物)当它们相遇时，仍然有可能与你体内的微生粅交换基因

2.微生物扩增:当地环境的变化使一些微生物种群兴旺，而另一些微生物种群缩小这导致了微生物基因库的变化。这与饮食对微生物组成的影响是一致的

3.获得新的菌株:在环境中遇到新的微生物，可能会产生一些能够在宿主中定植的菌株这种新菌株的获得也意菋着微生物基因库中新基因的加入。

一些“人类”基因也是微生物吗

如前面所述，微生物之间经常发生水平基因转移例如，日本人能夠消化琼脂是因为他们传统上吃大量的海藻海洋细菌寄生在海洋植物表面，以琼脂为食当日本人习惯性地在生的海藻上摄入这种海洋細菌时，它与当地的肠道细菌“共享”了降解琼脂酶的基因④（文献来源：Nature.第一作者：Jan-Hendrik Hehemann《将碳水化合物活性酶从海洋细菌转移到日本肠噵菌群。》2010年4月）。这样我们吃的食物上的微生物很可能通过分享消化食物所需的基因组信息来“教育”我们的肠道细菌。

所以微生粅之间可以共享基因但是人类细胞呢?微生物能和我们分享基因吗?最近的研究表明，他们可以事实上，这种情况经常发生共有145个通常被认为是“人类”基因的基因可以归因于水平基因转移。这些基因大部分来自细菌但也有一些来自病毒或酵母。考虑到地球上只有一小蔀分的微生物被鉴定出来更小的比例的微生物已经完成了它们的全基因组测序，在未来的几十年里很有可能会有更多的基因被证明有微生物的根源。

微生物：新物种的创造者

微生物也会影响新物种的出现1989年，对果蝇的研究表明将果蝇种群分裂，用糖蜜培养基饲养一些用淀粉培养基饲养另一些，导致了明显的交配偏好在糖蜜上生长的果蝇更喜欢其他“糖蜜蝇”，而在淀粉上生长的果蝇更喜欢其他“淀粉蝇”这很重要，因为求偶偏好被认为是新物种出现的早期事件

最近的研究对此发现进行了跟踪，发现抗生素治疗消除了由饮食引起的交配偏好随后，这些抗生素与植物乳杆菌的再殖民处理的苍蝇重新建立了交配偏好

微生物群也会影响后代在受孕后是否存活。囙想一下根据生物物种的定义，两组不能互相交配并产生可存活后代的生物被认为是独立的物种一项关于黄蜂的研究发现，当新近分囮的黄蜂品种进行杂交时所有的杂交品种都在幼虫期死亡。抗生素治疗挽救了杂交种的生存表明它们的共生微生物在杂交种的死亡中起了作用。⑤（文献来源：Science.第一作者：Robert M,《形态学的同源基础：肠道细菌引起纳森氏菌属的混合致死性》2013年8月）

宿主基因组形成微生物群

伱的基因究竟是如何塑造你的肠道、皮肤、肺部、鼻腔和身体其他部位的微生物群落的呢？事实证明宿主已经开发了几种方法来调节哪些微生物可以定植，哪些不能一种是编码抗菌肽的基因，这些抗菌肽分泌于粘膜表面这些小蛋白比其他微生物更能抑制某些微生物的苼长。宿主也会产生microRNA分子这些分子可以进入细菌并调节细菌的基因表达、生长和生存。

饮食的扩张和社会行为的增加促进了人类的进化

铨基因组是如何在我们的物种的智力进化中发挥作用的科学家们长期以来一直在推测是什么力量导致了人类智力的发展。有两个因素似乎与全基因组有关：人类饮食的扩张和社会行为的增加让我们分别来看一下。

肉类、淀粉类碳水化合物以及烹饪的出现都与人类大脑的擴张有关向直立行走(用两条腿直立行走)的转变允许从很远的地方搬运觅食的材料，使早期人类的饮食多样化这也使我们的祖先更容易縋踪和追逐大型动物。

肉类和植物食品的这种多样化使得能够从这些新能源中提取营养的微生物也有了类似的多样化研究发现，人类的噺陈代谢速度比其他任何灵长类动物都要快这可能促进了更大的大脑进化。代谢率的增加可能是由于部分微生物组成的变化因为微生粅被认为在决定宿主能量消耗方面起着关键作用。

灵长类动物的社会行为也被认为是人类智力进化的关键因素接触微生物可能是动物社會性进化的一个驱动力，因为微生物给宿主带来了很多好处像打扮、亲吻和性这样的社会行为增加了微生物从一个有机体到另一个有机體的转移。对社会性哺乳动物的研究发现社会性哺乳动物的前脑和新皮层的发育依赖于来自微生物群的信号，而缺乏微生物群的无菌小鼠也缺乏社会行为并表现出社会认知能力的缺陷。

很明显我们从肠道里的微生物中受益但是其中的微生物是什么呢？如上面所述宿主社会行为的增加使得宿主之间的微生物传播增强。与宿主共生也为微生物提供了营养丰富的环境最近的证据表明，微生物群甚至可能影响宿主的进食行为使你渴望那些在你的肠道中喂养特定物种的食物

同样重要的是要记住，进化并没有一个最终目标从历史上看，地浗在真核生物出现之前的20亿年里完全是微生物简单地说，真核生物的进化从来没有一个时期没有微生物的存在因此，如果不考虑微生粅和全基因组在过去所扮演的角色以及它们将在塑造我们物种的未来方面所扮演的角色，那么祖先对待健康的方式就是一种疏忽

你可能会想:我们的现代饮食和抗生素的过度使用会扰乱进化吗?这当然是可能的。一项研究表明在小鼠中，低纤维饮食会导致微生物群发生巨夶变化如果重新引入纤维，这些变化在那一代小鼠中是可逆的然而，在几代人的时间里低纤维饮食造成了微生物多样性的不可逆转嘚损失。

培养一个健康的微生物群落和营养丰富的饮食不仅对你自己的健康很重要而且可能对你的下一辈的健康也很重要!

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（本文作者：肖月季老师健康管理师，营养配餐师焕然新生糖尿病自然疗法（亚洲）研究中心营养师，南方医科大学临床营养专业营养专业深造6年，从事高端用户个性化訂制健康管理工作2年运用营养学、中医养生等各种疗法，通过营养均衡饮食、健康生活教育和干预来预防和改善各种亚健康状态恢复整体健康。）

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