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       【環球科技】

　　7月15日至20日，國際共生大會在美國俄勒岡州立大學開啟了第9屆會議的議程，來自全世界20個國家的400多名生物學家一同探討“共生”這個涉及人類社會的重要議題。

　　進入21世紀以來，人們已認識到生物共生的普遍性、多樣性和重要性——

　　進入炎夏，百花盛開，爭奇斗艷；花叢中，蜂忙蝶舞；樹冠上，喜鵲們在聚會，螞蟻和蚜蟲也在親密合作而忙碌著……地下土壤中，那些默默無聞的“地下工作者”正在辛勤的進行著神秘而偉大的生物工程：細菌與植物合作在進行共生固氮；真菌與植物根系共生，協同促進養分吸收和植物生長；蚯蚓和昆蟲或在改良土壤或在與體內的固氮細菌和體外的真菌合作為植物提供氮素……蒼茫的天空下，展現著一幅幅神秘而超然的生物共生的畫卷。

大自然中奇妙的共生

　　1879年德國植物學家德巴利（Henrich Anton de Bary）提出了廣義的不同生物之間普遍存在著“共生” （living together）的概念。早在德巴利提出廣義的共生概念之前，即1877年德國植物生理學家弗蘭克（Albert Bernhard Frank）就已使用曾經用于描寫共同生活在社區里的民眾的詞語“symbiosis”（共生）來描述地衣中真菌與藻類的互惠共生關系。

　　然而，生物共生這一最普遍、最基本和最有效的生物學機制卻往往被人們所忽視。按照常識，數千米深的高壓、高溫（300℃～400℃）和劇毒（富含硫化氫H2S、甲烷CH4和氫氣H2等）的海底熱液口周圍是不會有生命的。而事實卻恰恰相反：2011年生物學家皮特森利用深海潛航器在大西洋3000~6000米深的海脊熱液口拍攝到豐富多樣的海洋生物，如體長約為30-40cm的巨型貝類白瓜蛤和深海偏頂蛤，以及體長可達3m的管棲蠕蟲。這些動物體內有數以億計的共生細菌，其中，這些共生細菌的重量可達到管棲蠕蟲體重的60％，通過氧化從海底熱液中噴出的H2S獲取能量，并從海水中獲取氧O2，然后和二氧化碳CO2進行碳酸固定合成有機物，為蠕蟲提供養分。海底熱液口周圍的貝類體內共生細菌也是通過氧化H2S和H2獲取能量和養分提供給與之共生的貝類。這正是地球上生命起源的早期生物的生存途徑和法則。真菌與藍細菌共生形成的地衣共生體就是有力的證據之一。

　　在長期協同進化過程中，生物之間相互識別、相互選擇、相互適應，形成了復雜多樣的共生體系。人類自出生之日起就與微生物建立了緊密的互作關系。人體并非是一個單純的個體，而是由體內的微生物細胞和人體細胞共同構成的“超級生物體”。

　　人體是一個復雜的微生態系統，我們的身體里居住著數以萬億計的微生物，包括真核生物、古菌、細菌及病毒，分布在我們的皮膚、口腔、鼻腔、生殖器及腸道等部位，構成了被稱為人類的第二基因組的人類微生物組。其中，微生物細胞總數約1014個，其數量是人體自身細胞的10倍左右，其編碼的基因數量至少是人體自身基因數量的100倍。人體微生物占到了我們身體重量的1%~3%。如人類的腸道與細菌建立了互惠共生體系：前者為后者提供了適宜的溫度、豐富的營養物質、優越的棲息和繁殖生境；后者則能夠調控腸道上皮細胞發育、防止細胞損傷、調節宿主脂肪存儲、刺激腸道血管生成、構建生物被膜等免疫屏障、阻抑外來致病菌的侵入定殖、幫助人類消化大分子食物成分、合成人類必需的維生素與氨基酸等、參與糖和蛋白質代謝、并促進營養元素吸收與利用。

　　現代科學研究進一步證明，這些腸道微生物還與癌癥、精神疾病甚至美容等方面不無關系。正是這些微生物深刻影響和調控著人類的健康。生活在不同地區的人們健康狀況和壽命差異顯著，同樣，生活在不同地區的人的腸道微生物群落結構與功能差異顯著。與其說是“一方水土養一方人”，還不如說是“一方水土養一方體內微生物”。與我們人類共生的這些微生物為我們的健康發展做出了巨大的不可替代的重要貢獻。

共生維護生態系統平衡

　　動物體內共生著大量真菌和細菌，如反芻動物瘤胃中真菌和細菌類群多樣性豐富，經過數百萬年的進化，反芻動物與瘤胃微生物之間構建了相互依賴和互惠共生的系統。作為生態系統物種數量最多的生物類群的昆蟲與真菌、細菌和放線菌共生，如切葉蟻通過在巢穴中建立菌圃，種植真菌來獲取食物來源，并通過攜帶放線菌產生的抗生素抑制病原菌的生長而保護菌圃。動物與真菌等建立的各種共生體系對維持生態系統的平衡發揮了一定的作用。

　　植物與真菌構建的共生體系生物體量更大、種類更豐富、功能更強。植物根系與菌根真菌形成的互惠共生體，從極端環境到正常生境、從地下網絡到地上網絡、從內共生到外共生、從分解到修復、從合成到生產、從低等到高等、從遠古生物起源到現代生物進化，無不體現出超強的生物學和生態學的核心效應與機制。該共生體系將地下與地上兩個共生網絡聯結成一個巨大、完整、統一的共生網絡，更加有效地發揮生理生態效能，全面增加和介導地上和地下物種多樣性。

　　2013年加拿大生物學家喬依（Jeffrey Joy）指出“共生體系主導生物多樣性”。事實上，共生何止僅是主導生物多樣性，菌根真菌還能參入其他生物共生體系。例如，植菌昆蟲、豆科植物共生固氮體系等，可形成三重或多重互惠共生體，直接和間接影響植食性昆蟲與食草動物的取食行為、改變食物網結構特征與能量流動模式，更加有效地活化土壤養分、增加土壤肥力、改善土壤條件、修復退化與污染土壤、拮抗病原物、誘導植物抗逆性、促進生物的發展與協同進化、增加生物群落多樣性。這影響了整個生物群落的演替、生態系統的穩定與演化，這是任何其他共生體系所不能替代的。因此可以確定，菌根真菌占據著主導其他共生體系和非共生體系發展的地位。

　　在當今地球上，細菌與細菌、細菌與真菌、細菌與植物、細菌與動物、細菌與人類、真菌與真菌、真菌與植物、真菌與動物、真菌與人類、植物與植物、植物與動物、植物與人類、動物與動物、動物與人類之間，均依靠其共生體系及多種復合共生體系在發展、進化和繁榮。在構成生態系統的同時，生物多樣性也得以增加、保護和維持。

　　更為有趣的是，早在40萬~60 萬年前，昆蟲就依靠其與真菌構建的共生體系進化了培育共生真菌的能力，昆蟲適應不同的功能而進行分工合作，同時精心管理菌圃，植菌昆蟲培植真菌作為食物，實現了由單一的“游牧”采集轉向“栽培”以獲得食物的“農業”，具有明確的人類農業的特點。而我們人類僅僅在1萬年前才完成了從古老的收集、捕獲到主動種植農作物的生活方式的轉變，即開始了農業生產。由此可見，地球上自生物起源以來生物共生就已存在，生物之間通過密切聯合、共同生活與協同作用促進了整個生物界的進化、發展和多樣性的形成。

共生與共贏

　　生物共生是自然界所有生物群體包括人類在內的共生合作、需求互補、協同進化、協作繁榮的能力和普遍法則。生物共生首先是“抱團取暖”以適應生境的自然現象，從微生物之間的相互依存、微生物與植物之間的分工合作、微生物與動物之間的互利共生，到植物與植物、植物與動物、動物與動物之間的協作共棲，再到人類與其他生物獨特的共生關系無不體現著自然界與人類發展中共生的生物學作用和社會學意義。

　　值得關注的是，達爾文的進化論強調生物物種之間通過拮抗競爭優化而進化，而忽視了生物之間更多的是依靠共生互助來有效適應更多的環境而協同進化。即使是病原物與其寄主植物或宿主動物之間也是協同進化的。恰恰是后者彌補了達爾文進化論的部分缺陷，合理地解釋了自然界植被中存在的由諸多不同物種的單一個體組成的植物群落的現象。可見，生物的進化需要拮抗競爭，更需要共生互助。由于生存的需要，兩種或多種生物之間必然按照一定模式相互作用、共同生活，形成共同生存、協同進化的共生關系。生物的進化發展是不斷競爭與合作的過程。其中，互利共生、合作共贏的共生關系則是最主要、最核心和最關鍵的種間關系。生物界進化是以共生合作為主導的，來引領和驅動的，其次才是競爭拮抗。這是對達爾文生物進化論的重要補充。

　　1935年，英國生態學家坦斯利首次提出將生物間相互關系和環境條件通過物質的循環、能量的轉換與流動聯系起來，作為核心的生態系統理論。這一理論經過長期不斷地發展與完善，當今的共生理論已經建立：共生是自然界與人類社會的普遍現象，共生的本質是協作，協同是自然界與人類社會發展的基本動力之一，互惠共生是自然界與人類社會共生發展的基本法則。

　　從生物共生學的視角來看，“地球村”本身就是一個大的共生體系。該共生體系內，各類生物間以及與外界環境之間通過能量轉換和物質循環密切聯系起來，形成共生系統。在增添新內容的基礎上，擴展共生的范圍意義。生物共生是最基本、最普遍的自然現象、自然規律與自然法則。跨越三個世紀的共生學說發展與試驗研究證明，生物共生理論不僅是生命科學領域的基本理論，而且涉及許多應用問題，也是一種生物哲學。當今共生概念和共生理論早已超出生物學等自然科學的范圍，而廣泛深入到人文與社會、經濟與政治、藝術與產業等領域和哲學的范疇。

　　無論是人文與社會、政治與經濟，還是商業與產業，所有領域里都存在著共生的基因。共生是自然界與人類社會的普遍現象，因為共生的本質是協作，而協作是自然界與人類社會發展的基本形式之一。所有的事物都是普遍聯系的，而互惠共生是自然界與人類社會發展的基本法則，這是當今對廣義共生概念和理論的新認識和新發展。

　　進入21世紀以來，人們越來越認識到生物共生的普遍性、多樣性和重要性。2005年，生物共生被列為生命界最重要的十項頂級創造之一。2009年，第6屆國際共生大會上，與會者分析比較了不同的共生系統，揭示了較一致的共生關系發展趨勢。運用何種工具與理論在更廣泛的共生領域發展研究，如何使共生研究在解決全球問題上發揮作用（如新型抗生素的耐藥性、對替代能源的需求，以及對農業與自然資源可持續發展的追求等），都是科學家們熱議的話題。畢竟，共生理論要服務于人類社會，要能解決當前及未來人類社會所面對的現實問題。正是此次會議中，科學家們提出了共生模型和人類微生物組的概念。

　　2012年在波蘭召開的第7屆國際共生大會的主題是“地球是一個巨大的共生圈”。

　　2015年7月在葡萄牙召開的第8屆國際共生大會的主題和精神則是“共生的生活方式”。

　　中國目前積極倡導的生態和諧和生態文明的理念正是融入國際社會的標志。而人與自然、人與社會、人與人的和諧與共生思想將隨著人類社會的發展發揮越來越重要的作用。

　　（作者：劉潤進，系青島農業大學教授  來源：《光明日報》2018-08-01）