E珊瑚微生物学家尤金·罗森伯格(ugene Rosenberg)在21世纪初遇到了一个相当大的问题。在以色列特拉维夫大学(University of Tel Aviv)工作期间，他发现自己无法复制10年前的突破性发现。这在当时看来似乎是一个潜在的毁灭性的失败，但却将罗森博格引向了思考进化的新方法。
在20世纪90年代，他发现了珊瑚疾病的一个驱动因素。不断上升的海洋温度已经开始导致地中海东部的珊瑚白化。没有人真正理解为什么会发生白化，只知道如果珊瑚虫没有海藻存在太久，它会饿死和死亡。一些人认为，珊瑚虫驱逐藻类是因为，在更高的温度下，受到压力的藻类停止了对共生关系的贡献。从某种意义上说，他们变成了效率低下的员工，然后就被解雇了。
但经过一系列实验，罗森博格得出了不同的结论。他注意到在珊瑚白化区域的边缘聚集了大量杆状细菌，表明感染了。如果他先用抗生素处理海水，杀死寄生细菌，然后提高鱼缸里珊瑚的温度，珊瑚就不会变白。看来，仅仅高温并不能导致疾病。细菌的贡献。
他分离出一种叫做弧菌shiloi——霍乱的远亲——引发了珊瑚疾病。它是一种机会主义者:在正常温度下无害，但在温度升高时就会致病。
1996年，他在自然．但十年后的今天，他和他的研究生试图复制这个实验，但失败了——两次。弧菌似乎不再引起疾病。
“珊瑚已经有了抵抗力，”罗森博格告诉我。“这是一个打击。”
他开始思考各种可能的解释。人类和其他脊椎动物都有适应性免疫系统。暴露在病原体中，我们的免疫系统可以学习和记忆。当我们遇到以前见过的病原体时，我们可以在它伤害我们之前击退它。这就是疫苗的基本原理。但珊瑚缺乏适应性免疫系统。他们无法通过之前的接触获得免疫力。
正如传染病可以通过人口传播，导致疾病和死亡，因此可能有益微生物迅速分散。
一天早上散步时，罗森博格向他的妻子Ilana Zilber-Rosenberg提到了这个问题。她是一名微生物学家和营养学家，立刻想到了一个主意:益生菌，改善健康的微生物。她解释说，在人体中，天然细菌有助于抵抗病原体。奇怪的是，这就是为什么服用抗生素的人在治疗后可能会出现新的感染。消灭共生微生物为机会主义者打开了大门。
也许在第一次实验和最后一次实验之间的这段时间里，珊瑚获得了新的微生物，现在这些微生物保护了它们诉shiloi．
回到实验室后，尤金验证了这个想法。他用抗生素治疗珊瑚，杀死珊瑚里的所有微生物。然后他重复了最初的实验，将珊瑚暴露在诉shiloi．现在，当他调高温度时，珊瑚变白了。(一些科学家不认为感染会导致珊瑚白化，因为他们没能将这些弧菌从漂白的珊瑚中分离出来。罗森博格说，无效的发现受到方法论缺陷的困扰。他指出，其他研究人员已经证实了他的发现。)
珊瑚获得的益生菌是什么?罗森博格分离出了一种细菌，他将其命名为EM3。当它被引入到珊瑚中，就能抵抗诉shiloi．这可能并非偶然，em3是一种弧菌，属于一种在盐水中生长的运动的逗号状细菌属。珊瑚和它们的敌人的一个亲戚成了朋友。这个新的联盟帮助他们适应不断变化的环境。
罗森博格意识到，他无意中发现了一个重要的生物学原理:适应不是通过基因突变或重组，而是通过微生物调节。这种变化发生得非常迅速，只用了三年时间，可能是一个珊瑚的寿命。他的观点是，正如传染病可以像野火一样在人群中传播，导致疾病和死亡一样，有益的微生物也可以迅速传播，促进健康和生存。
他对我说:“如果疾病流行是可能的，为什么益生菌流行不是呢?”
罗森博格将这个更宽泛的概念称为进化的“全基因组理论”。1994年，分子生物学家理查德·杰斐逊首次使用了这个词。(杰斐逊说，在多细胞生物的遗传分析中检测到的微生物不应被视为污染，而应被视为所研究的生物的组成部分。)
Rosenberg是独立地提出这个术语的，他认为有机体及其相关的微生物——“全息生物”——是一个单一的进化实体。“我们认为这是进化中的一种选择，”Rosenberg说。“我和你竞争不仅仅是基于我的基因，还基于我的细菌。”
一些人认为Oculina patagonica是珊瑚罗森伯格研究，是船舶被送到地中海的侵入性物种。其他人声称是由于环境变化扩大其范围的原生。无论哪种方式，它的变化普遍存在突出了许多人呼吁人培养的人：人类活动没有未被触及的生态系统。这转化为越来越多的新选择性压力，这些压力在珊瑚群中的生命形式，对我们来说。大规模灭绝是一个众所周知的担忧。但在这种生物动荡期间，我们也可能看到微生物能够快速适应的偶尔例子。特别是保护主义者密切关注这些动态，这可能代表寻求帮助一些野生动物生存的新杠杆点。与此同时，那些研究人类微生物的人已经考虑了他们的健康和疾病的重要性，历史上忽略了因素。
E自从查尔斯·达尔文告诉我们，生命是在无数压力的驱使下不断变化的——物种不是静止的，而是不断变形的——生物学家就一直在争论这些变化能有多快发生。基因组的发现是在达尔文发表论文一个世纪之后《物种起源》似乎划定了一个上限只有当有利基因出现和传播时，动物才能进化得最快，因为现有的基因组可以通过有性繁殖进行重组。但随后出现了“表观遗传学”:在不改变基因本身的情况下，通过改变现有基因转化为活体的方式，一些适应性可以更快地发生。
罗森伯格和其他人提出了一个更快的过程——生物体可以通过改变共生微生物来快速适应。使流行病如此可怕的特质——迅速传染——也可能推动大规模的适应。
为了支持全基因组理论，罗森伯格和其他人着眼于人类微生物组的研究，特别是以艰难梭状芽胞杆菌．人们倾向于在住院期间或在使用针对另一种感染的抗生素“清除”原有微生物后感染这种细菌。梭状芽孢杆菌然后开花。病人最终会神志不清，疼痛难忍，持续不断的带血腹泻会使他们虚弱。据估计，这种微生物每年感染50万美国人，一个月内杀死约2.9万人。
梭状芽孢杆菌对抗生素的耐药性越来越强，因此进一步治疗失败的病例约占五分之一。对于这些人来说，“粪便移植”几乎是奇迹。该程序包括通过灌肠或药片将健康人的粪便“植入”到患病者的肠道梭状芽孢杆菌．治愈率达94%梭状芽孢杆菌．科学家们认为，它是通过一下子恢复一个功能完整的微生物生态系统而起作用的。捐赠者紧密团结的社区剥夺了病原体梭状芽孢杆菌一种生态位，从肠道挤压它。
从技术上讲，粪便移植不是“益生菌流行病”。但是移植说明的原理——原生微生物可以预防疾病，调整这些微生物就可以抵御致命的感染——正是科学家们认为可能导致益生菌流行病的原因。
这种两栖真菌造成了最严重的野生动物死亡之一:200种野生动物灭绝;还有500人被感染
动物，从珊瑚到人类，是如何获取和培养它们的微生物群落仍然是一个谜。在一些动物中，微生物可能来自父母、同伴和更大的环境。不同的饮食也会影响微生物群，这表明一个物种所能容纳的微生物有一定的灵活性。然后是粘液本身，它排斥一些微生物，同时选择性地喂养其他微生物。
不像哺乳动物，它们的粘膜大部分是在内部，珊瑚的粘液在内部和外部都磨损。但同样的原则可能适用。包括盖恩斯维尔佛罗里达大学的科学家Max Teplitski和他的同事在内的研究人员发现，珊瑚黏液似乎吸引并培养了一种特殊的微生物群落。致病性弧菌可能存在，但在正常温度下，其他微生物可以控制它。然而，当温度上升时，弧菌开始迅速繁殖，压倒了具有保护作用的共生菌。这就是珊瑚疾病发生的时间。
特普里茨基研究过加勒比海埃尔克霍恩珊瑚的这些动态，他将其结果描述为“生态失调”:一种始终存在的微生物的不平衡。粉刺、酵母菌感染和蛀牙都是人类体内的微生物失调疾病的例子——这些疾病不一定是由新传入的病原体引起的，而是由无处不在的微生物引起的，这些微生物会迅速繁殖并伤害宿主。
罗森伯格珊瑚的神秘之处在于，它们是如何获得新的微生物，从而在更高的温度下保护它们。在珊瑚中有一些刻意过程的证据——不是针对细菌，而是藻类。
在20世纪90年代，科学家们提出在白化事件中，珊瑚驱逐了共生藻类后，它们可能会获得更适应新环境的新藻类。“这是一个美丽的假设，”罗森博格告诉我。在那之后的几年里，生物学家观察到类似的事情在加勒比海发生。
被称为虫黄藻的珊瑚共生体主要分为四个分支——“A”到“d”。科学家们指出，通常情况下，一旦珊瑚从白化中恢复过来，最耐热的进化枝D就会占据主导地位。这种变化可能代表的不是细菌的调整，而是更适应更高温度的藻类共生体的调整。
为什么这些珊瑚不源于耐热的钢管D才能开始？特拉华大学的研究科学家Tye Pettay说，一个答案是，乌鸦队窝藏这个疏水板可能比其他人的珊瑚慢得多。在里面orbicella.他研究的珊瑚，生长缓慢、耐热的藻类在正常温度下会付出代价:更容易受到侵蚀力的影响。然而，在高温下，当其他进化支开始衰落时，进化支D的相对劣势就消失了。
随着海洋温度的升高，进化枝D似乎正在加勒比海地区推进——海藻的益生菌波在珊瑚体内传播。但进化枝D并不能帮助所有的珊瑚。许多特殊的珊瑚无法将进化枝D带入它们的组织。这意味着，气候变暖可能会让大多数多面手珊瑚在短期内存活下来，因为多面手可以培育进化枝d(从长远来看，世界各地的珊瑚都面临着海洋酸化，这是比气温上升更大的潜在威胁)。
在进化枝D的故事中还有一个额外的转折。Pettay最近分析了它的基因组，并得出结论，这种藻类是原产于泰国附近印度太平洋一个炎热、浅水、通常浑浊地区的虫黄藻的后代。
根据他的分析，帮助加勒比珊瑚的共生生物是一种入侵物种。它是怎么到达加勒比海的?Pettay说压舱水是一条可能的路线。
如果这是一种益生菌波，那么它是由人类的手偶然促成的。
佩泰说:“具有讽刺意味的是，至少在短期内，这似乎是有益的。”“我不会说它是一件可怕的事情，但我也不会说它是珊瑚礁的救世主。”
许多人认为，我们正在经历地球的第六次大灭绝，这一次是由人类活动造成的。除了栖息地的丧失和过度捕捞之外，一个主要的挑战是气候变化的速度——气候变暖，病原体的人为传播，入侵物种在世界各地的传播。生物学家担心，植物和动物基因组的变化速度不足以跟上。但在某些情况下，它们的微生物可能会。
我壶菌病是一种两栖动物的疾病，有时被比作艾滋病。目前还不清楚引起壶菌病的真菌来自哪里。研究人员表示，它可能来自于20世纪初出口用于妊娠测试的非洲南部青蛙;也许亚洲两栖动物;或者是北美牛蛙。
不管它的起源是什么，近几十年来，随着这种真菌在全球范围内的传播，虽然可能是通过鸟类传播，甚至是通过雨滴传播，但没人知道它是如何传播的，它导致了有史以来最严重的野生动物死亡之一。据估计，在7000种两栖动物中，有200种已经灭绝;还有500人被感染旧金山州立大学(San Francisco State University)生态学和进化教授万斯·弗雷登伯格(Vance Vredenburg)告诉我，“对一种病原体来说，这已经太多了。”
所以，在21世纪初，当弗雷登堡注意到他在加州内华达山脉研究的一些两栖动物在壶虫的袭击中幸存下来时，这是很有意义的。他想知道，是什么将这些人与那些死去的人区别开来?
在佛罗里达的一次会议上，他发现了一条线索。一位名叫里德·n·哈里斯的生物学家做了一个关于蝾螈的报告。他问为什么一些物种成群筑巢，而另一些物种独自筑巢。他的研究使他得出了一个不同寻常的解释。群居物种共享的微生物不但没有引起疾病，反而保护它们的卵不受病原真菌的侵害。换句话说，它们嵌套在一起，共享一种益生菌。
演讲结束后，弗雷登堡找到了哈里斯。保护微生物能解释他在内华达山脉看到的抗药动物吗?这两位科学家开始合作。vredenburg研究了对chytri有抵抗力的青蛙Rana muscosa这种山黄腿蛙体内往往有一种特别的微生物，叫做janthinobacterium lividum．微生物产生抗真菌代谢物。它没有完全预防感染，但似乎抑制了真菌过度生长。本质上，j . lividum将一个人变成一个无害的共生。
结果，内华达山脉发生了一种奇怪的自然选择。当壶菌横扫山脉时，携带这些微生物的个体往往会存活下来。壶菌大流行是根据青蛙的微生物来选择它们的，这是一种选择性的清扫，在这种清扫中，拥有一个微生物群落的两栖动物比其他所有动物都存活了下来。
从大象到马，各种各样的哺乳动物幼崽都会摄入父母的粪便，这种做法被称为食粪。
当然，这不是罗森博格描述的珊瑚中的“益生菌流行病”。随着时间的推移，一种两栖类微生物可能会占据主导地位，但不清楚弗雷登堡的青蛙是否在一代人中获得了新的微生物。
问题是，弗雷登堡会不会故意火花益生菌流行吗?他能通过加速已经自然发生的事情来拯救青蛙吗?
这个想法很吸引人，因为不像疫苗需要注射给所有的个体，微生物是自我繁殖的。理论上，一旦它们“粘”在一只青蛙身上，就可以传染给其他青蛙。获得的抗壶菌可以像疫苗一样具有传染性。
出于同样的原因——活的微生物可以不受控制地传播——弗雷登堡的研究非常谨慎。他和他的同事们确定了一种青蛙种群，它们没有进行壶化处理，是孤立的j . lividum来自已经携带的个人 - 排除了引入新疾病的可能性 - 然后在VATS中延长细菌。
在此期间，真菌来了。第二年，当弗雷登堡回到山区时，他只找到了120只青蛙。他处理了其中的三分之二，把每一个单独放在细菌培养液中浸泡，剩下三分之一不处理。
一年后，也就是2011年，当他再次拜访这些动物时，只有接受治疗的个体还活着。
“我不会挥舞着胜利的旗帜说，‘我们成功了!我们得到它!’”他告诉我。“我们仍然不知道它是如何工作的确切机制。(经过处理的青蛙在第二年冬天死了，不是死于壶液，而是因为干旱减少了它们过冬的池塘。他们冻结了。)然而，弗雷登堡对此持乐观态度。
他指出，作为一个纲，两栖动物有3.6亿年的历史。它们从四次大灭绝中幸存下来。他说:“我敢保证，这不是他们第一次感染致病性真菌。”微生物以前可能拯救过它们。
F或者是在进化过程中提高适应性的一种特征，它必须在几代之间传递。对全基因组理论(即微生物和宿主是一个单一的进化单元)持怀疑态度的人认为，微生物并不总是像传家宝一样代代相传。如果不是，那么全息生物真的能在进化过程中持续存在吗?
德克萨斯大学奥斯汀分校的进化生物学家南希·莫兰(Nancy Moran)在推广全基因组理论的过程中看到了概念上的草率。她同意微生物可以提高宿主的适应性，甚至推动进化。她自己对豌豆蚜虫的研究也表明了这一点。她已经证明，蚜虫忍受温暖温度的能力取决于它们所携带的共生细菌的种类。
但她说，这些关系必须得到证明，而不是假设。微生物相互竞争，欺骗——从一段关系中得到的比你贡献的多——是一种可行的生存策略。有些微生物肯定会接受它。所以宿主和微生物之间的和谐，甚至是动物微生物群成员之间的和谐，并不是必然的。仅仅因为微生物附着在宿主上并不意味着它有助于健康。它可能是寄生虫，也可能只是路过。“当然，很明显，其他生物是环境的重要组成部分，”她说。“但从那里到全基因组是一个巨大的飞跃——它们一起是选择的一个单位。”
人类从环境中获得微生物，而对环境中新微生物的开放可能有助于我们适应环境。
与此同时，全基因组理论的支持者试图证明微生物可以驱动物种形成。在一项实验中，Rosenberg和他在特拉维夫大学的同事将果蝇分成两组。他们给每一组果蝇喂食不同的食物——糖蜜或糖——几代之后让它们重新团聚。尽管它们的基因仍然相似，但现在它们只喜欢与以前的同类交配。他们是怎么区别的?当科学家用抗生素治疗果蝇，消灭它们的微生物时，它们就失去了这种偏好。是苍蝇的微生物群，而不是它们的基因，促使它们分化成不同的物种。
事实上，许多动物确实在代际间传递微生物。从大象到马，各种各样的哺乳动物幼崽都会摄入父母的粪便，这种做法被称为食粪。考拉妈妈更进一步:它们会产生一种叫做“巴氏”的特殊粪便，供幼崽在断奶时食用，这是消化桉树叶所必需的微生物的遗留物。
人类并不是那么明显地食粪，但即使是我们，也会将微生物传给后代。婴儿通过产道时，会从母亲那里得到一团液体。母乳喂养既能培养出某些被称为双歧杆菌的微生物，也能给婴儿带来更多的细菌。最近的一项研究发现，哺乳的母亲将独特的家族细菌菌株传给了她们的婴儿，这表明，像那些蚜虫一样，人类也可能将独特的微生物传家宝从母亲传给孩子。
然而，人类也从环境中获得微生物，垂直和水平获取的相对重要性还不完全清楚。事实上，一些证据表明，对环境中的新微生物的开放可能有助于我们适应环境。
几年前，微生物学家发现日本人体内的微生物具有一种独特的降解海藻的能力，海藻是这个岛国饮食的常见组成部分。科学家们认为，这些微生物直接从海藻中的细菌那里获得了这种能力。(细菌可以直接交换DNA片段。)一旦被获取，就不清楚这些降解海藻的细菌是如何在生活在一起的同伴之间(水平)传播的，或者是如何在一代又一代之间(垂直)传播的。但推论是，消化海藻的微生物提高了日本祖先的健康水平，使他们能够从食物中提取更多的营养。今天日本人的祖先可能不是通过基因突变，而是通过微生物创新来适应他们独特的岛上饮食。
同样，大约11000年前，当人类第一次开始食用家养动物的牛奶时，绝大多数成年动物无法消化乳糖(牛奶中的一种糖)。帮助我们消化糖的基因最终在喝牛奶的人群中传播开来。但即使在今天，某些人群，包括一些非洲牧民，仍经常饮用“乳糖耐受”基因不高流行率的奶制品。一些科学家假设，微生物可能会帮助他们，要么是在发酵过程中预先消化乳糖(这是一种常见的习惯)，要么是直接在他们的肠道中殖民。
这意味着，像乳制品这样的文化实践，可能与我们肠道微生物的变化共同进化，并由其推动。这些假设假设了人类微生物群，我们认为它主要局限于我们的肠道，实际上存在于一个松散的网络中，延伸到我们的身体之外。也许只有通过与海藻或牛奶中的“外来”微生物群落的交换，我们的微生物群落才获得了新的能力，我们才能茁壮成长。
19世纪末，当科学家们开始接受自然选择的概念时，疾病的细菌理论开始崭露头角。它假设是微生物，而不是“瘴气”，导致疾病和死亡，你可以通过消灭讨厌的微生物来治愈疾病。Seth Bordenstein,进化的范德比尔特大学微生物学家,认为这个巧合的时机,和微生物理论解释古代人类灾难的力量如天花、肺结核、导致生物学家当时很大程度上忽视微生物如何帮助“macrobes,”他所说的多细胞生物,适应并茁壮成长。
然而，现在，新技术让微生物群落的研究蓬勃发展，并充分表明macrobes不是，也从来都不是单独存在的。在这种背景下，全基因组的想法，以及益生菌流行的出现，代表了在进化理论中明确地将微生物包括在内的尝试，微生物是地球上的主要生命形式。了解微生物是如何帮助人类生存的，将会有深远的应用，从野生动物保护到改善人类健康的新角度。
莫伊塞斯·韦拉斯克斯-马诺夫是一名记者，著有缺席的流行:理解过敏和自身免疫性疾病的新方法。
