微生物才是地球之王

針對(duì)微生物的研究其實(shí)是困難的，它超出了人類感官的極限，需要?jiǎng)佑酶鞣N科技手段和設(shè)備才能窺見(jiàn)它們的身影、研究它們的規(guī)律。所以，長(zhǎng)期以來(lái)，圍繞著微生物到底在普洱茶的變化之中究竟發(fā)揮著怎樣的作用，很多科研工作者投入了大量的人力、物力、財(cái)力，希望能夠更加清晰地揭示出其中的規(guī)律。不過(guò)，這并不容易，這個(gè)過(guò)程既像是在黑夜中摸索，又像是努力拼起紛亂的拼圖碎塊。

為此，我們?cè)谶@里做一次小小的科普?？此撇⒉慌c茶直接相關(guān)，但是我想在科學(xué)探索的道路上，我們每個(gè)人始終都可以保持一種謙遜學(xué)習(xí)的姿態(tài)，不斷努力地接近真相。

在此先奉上作者的介紹，如下：

張晗星博士是中國(guó)科學(xué)院微生物研究所真菌學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室高級(jí)工程師，與知名普洱老茶藏家何作如先生就普洱茶傳統(tǒng)工藝與發(fā)酵機(jī)理進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá) 7 年的合作和科學(xué)探討，對(duì)普洱茶與微生物之間的關(guān)系有深入研究。

生命的起源和微生物的誕生

公元前 4 世紀(jì)起，羅馬貴族在與希臘人的交往中養(yǎng)成了吃飯時(shí)斜躺在桌子旁邊的習(xí)慣，而之前的羅馬人是坐在桌子旁吃飯。后來(lái)就有了我們?cè)诶L畫作品中常見(jiàn)的羅馬時(shí)期的飲食場(chǎng)景：古羅馬人常常一手拿面包蘸取橄欖油，一手拿著酒杯斜靠善飲，殊不知發(fā)酵酒是當(dāng)時(shí)清潔水源之一。

微生物的起源和應(yīng)用從古至今，從不依賴人類的認(rèn)知而改變自身的角色扮演和演化進(jìn)程。簡(jiǎn)單原核微生物誕生于 35 億年，人類出現(xiàn)只有 500~700 萬(wàn)年，早在人類出現(xiàn)在地球上之前，微生物就已經(jīng)成為統(tǒng)治地球的主人。地球上許多重大環(huán)境變化和地質(zhì)氣候事件都與它們密切相關(guān)。通過(guò)代謝活動(dòng)微生物完成地球元素循環(huán)(C、H、0、N、S、Fe等)改變了大氣的化學(xué)組成，使環(huán)境更適合生物生長(zhǎng)。硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌調(diào)解了水體中元素的循環(huán)，調(diào)整海洋、河流、地下水的總氮濃度;鐵硫氧化菌實(shí)現(xiàn)金屬離子的價(jià)態(tài)變化，改變土壤中的金屬成分;微生物的生物化學(xué)作用直接影響地球生物多樣性形成和生命演化規(guī)律。

△ 地球發(fā)展史及生命誕生年譜

地球上可能有超過(guò) 870 萬(wàn)種真核生物，上萬(wàn)億種細(xì)菌和古菌，數(shù)萬(wàn)億種病毒。物種多樣性遠(yuǎn)超過(guò)萬(wàn)億種，總量占到地球生物量的 70~80 % 以上。從地球演化的尺度來(lái)認(rèn)識(shí)各個(gè)生命體出現(xiàn)的時(shí)期和演化進(jìn)程，能夠得到不同微生物種類和數(shù)量，在地球發(fā)育過(guò)程中所肩負(fù)的使命;使生物種群數(shù)量處在一個(gè)合理的構(gòu)成范圍之內(nèi)。

越是簡(jiǎn)單的生命體出現(xiàn)越早，數(shù)量越多，適應(yīng)性協(xié)同變異能力越強(qiáng)。新一輪地球人和病毒的抗擊，是對(duì)人類命運(yùn)的又一次挑戰(zhàn)。另一方面，數(shù)量眾多的細(xì)菌(還包括一大部分古細(xì)菌)，是跟人類食品生產(chǎn)、生活最為密切的生命共同體。作為真核生物真菌出現(xiàn)的較晚，雖然占比不算多，但由于細(xì)胞器進(jìn)化可產(chǎn)生復(fù)雜的生理調(diào)控，并合成豐富的次級(jí)代謝產(chǎn)物，這對(duì)人類是利好的。但隨著環(huán)境條件變化，有時(shí)還會(huì)有復(fù)雜的毒素合成，因此有一些以真菌為發(fā)酵主體的發(fā)酵食品的安全性一直倍受爭(zhēng)議。以水面為分界的食物加工，被認(rèn)為水面以下厭氧條件下制作的發(fā)酵食品的安全性更高，多為細(xì)菌參與。有學(xué)者引證，地球自然環(huán)境溫度在 20℃左右，人類冒著更多消耗和能量代償?shù)拇鷥r(jià)將體溫進(jìn)化爬升到 36℃的高溫，就是為了超出真菌最適宜生長(zhǎng)的溫度，從而控制真菌在人體內(nèi)的復(fù)制，因?yàn)檎婢腥颈炔《?、?xì)菌引發(fā)的感染更難治愈。鳥類、蝙蝠體溫在 40℃以上，對(duì)于相關(guān)病毒對(duì)人類的跨物種傳播，至今難免。解讀原核細(xì)胞到真核生物的生命結(jié)構(gòu)由簡(jiǎn)至繁，調(diào)控功能逐漸復(fù)雜多變，在當(dāng)下怎樣才能做到揚(yáng)優(yōu)避短，應(yīng)是傾盡全力、責(zé)無(wú)旁貸。

△ 曾孝濂先生手繪

誰(shuí)是地球的王者

在生物圈內(nèi)，微生物隨著科技水平的不斷提高被更多發(fā)現(xiàn)。據(jù)估計(jì)，一畝肥沃農(nóng)田 150 厘米深的表土內(nèi)，就含有 300 公斤以上真菌和細(xì)菌。毫不夸張地說(shuō)，隨時(shí)隨地取一把土或者一袋空氣，就是一個(gè)龐大的微生物世界。人類以前無(wú)法解釋的超自然現(xiàn)象，例如瘴氣，實(shí)質(zhì)上就是各種不同細(xì)菌、病毒聚集的生物多樣性較為突出的原始生態(tài)環(huán)境。瘴氣不僅從空間看各地不同，從時(shí)間看其內(nèi)涵也是不斷變化的。在我國(guó)云貴出現(xiàn)的瘴氣，明代跟清代就可能不一樣。因?yàn)樯鷳B(tài)在變化，生物、非生物種類在變化，瘴氣所含的有毒素生物及微生物也在變化及重組，干熱化可造成生物多樣性的減少以至滅絕，瘴氣自清代中后期以來(lái)逐步消失。

微生物除了種類和數(shù)量多樣性外，其在生態(tài)和功能多樣性方面也占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。幾乎地球上所有極端環(huán)境中都可以有微生物的存在，如利用無(wú)機(jī)底物的化能自養(yǎng)微生物、利用光能的光養(yǎng)微生物，還有嗜熱微生物、嗜冷微生物、耐酸堿微生物、耐高滲微生物、耐高壓強(qiáng)微生物、耐高海拔微生物、耐干旱微生物等?？梢哉f(shuō)地球生命極限生存的紀(jì)錄保持者都是微生物。我國(guó)科學(xué)家在新疆發(fā)現(xiàn)了一株能夠耐輻射的真菌，能在 10000~30000 戈瑞的高強(qiáng)度輻射下存活，如果輻射劑量到達(dá) 10~20 戈瑞，人幾乎是瞬間死亡。德國(guó)科學(xué)家在海底火山噴發(fā)口發(fā)現(xiàn)一種古菌，能生活在 110℃以上高溫中，最適溫度為98℃，降至 84℃即停止生長(zhǎng)。美國(guó)黃石國(guó)家公園，在該公園接近沸點(diǎn)或者酸度極強(qiáng)的泉水中仍有微生物的存在，極端嗜鹽古菌和嗜鹽的藻類大都可以產(chǎn)生色素，這也是一些海水和內(nèi)陸湖呈現(xiàn)各種色彩的原因。

細(xì)菌來(lái)到地球35億年，人類才700萬(wàn)年，所以說(shuō)人類從皮膚到五臟渾身都長(zhǎng)滿了細(xì)菌。臨床分離常見(jiàn)的厭氧菌如脆弱擬桿菌，在空氣中暴露60～90分鐘或在膿汁抽出72小時(shí)后仍然能分離出來(lái)，耐氧菌如溶組織梭菌 , 在無(wú)氧條件下生長(zhǎng)好，而在有氧條件下生長(zhǎng)不良。

一些厭氧微生物也是口臭或者其他腸道疾病的元兇。一個(gè) 100 斤重的人，單說(shuō)體內(nèi)就有 2~3 公斤的細(xì)菌，集中在人類最大的免疫器官腸道里，其家族成員超過(guò) 1000 種。“家族病““夫妻病”除去基因遺傳的因素外，還有一部分成因是由于共同生活腸道菌群趨于一致的結(jié)果。近年的研究結(jié)果證實(shí)腸道微生物菌群控制著抑郁、肥胖以及代謝類消化疾病等?？茖W(xué)家還在用腸道微生物菌群的變化來(lái)解釋辟谷、抗衰老、篩選減肥藥物等社會(huì)熱點(diǎn)話題。科技的飛速進(jìn)步，是幫助人類實(shí)現(xiàn)對(duì)真相探索無(wú)限接近的過(guò)程。人只能算個(gè)百獸之王，微生物才是地球之王。

食品與微生物

微生物個(gè)體很小，所以具有極大的表面積和容積比值，它能夠在有機(jī)體與外界環(huán)境之間迅速交換營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與廢物。微生物的代謝強(qiáng)度超出高等動(dòng)物、植物幾萬(wàn)倍、甚至幾十萬(wàn)倍。例如，酒精酵母，1 公斤菌體就可以把幾千公斤糖發(fā)酵生成酒精。用乳酸菌生產(chǎn)乳酸，每個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生的乳酸，為其體重的 103 至 104 倍。一種產(chǎn)朊假絲酵母合成蛋白質(zhì)的能力，比牛高 1 萬(wàn)倍。綠色植物生長(zhǎng)所需的二氧化碳，90% 是由微生物分解有機(jī)物產(chǎn)生的。

無(wú)處不在的微生物很早就參與到制造多種豐富營(yíng)養(yǎng)的美味食品，開(kāi)闊了食物的資源與利用。食品工業(yè)利用細(xì)菌制成包括各種調(diào)味品在內(nèi)的食品，比如食醋、泡菜、味精的生產(chǎn)，酸奶油、干酪等發(fā)酵乳制品;利用酵母菌可以發(fā)酵饅頭、面包、酒類及食用蛋白等;利用霉菌亦能生產(chǎn)豆腐乳、豆豉、醬、醬油等食品及添加劑。

在食品的收購(gòu)、運(yùn)輸、加工、保藏、銷售等過(guò)程中，也會(huì)有遭受微生物的污染而引起食物變質(zhì)的現(xiàn)象。注意!有一類人可承受之臭的發(fā)酵，是聞起來(lái)會(huì)暈厥，品起來(lái)有異香的吃食。紹興人愛(ài)用醉、糟、霉……等方法，激發(fā)出埋藏在食物深處的鮮味，紹興黃酒、莧菜梗、霉千張，紹興臭豆腐讓湖南人也甘拜下風(fēng)。云南傣族和景頗族的撒撇是一款可以臭出紙面的奇味，牛撒撇用的主料是牛腸子里的苦腸汁，也就是牛吃了草以后消化在腸子里還沒(méi)有來(lái)得及吸收的草料發(fā)酵液。纖維單胞菌、產(chǎn)琥珀酸擬桿菌、牛黃瘤胃球菌等將纖維素分解成小分子有機(jī)物維持牛的高等生命。我的同事王雪薇研究員曾對(duì)牛 4 個(gè)瘤胃內(nèi)隨消化進(jìn)程變化的微生物構(gòu)成進(jìn)行研究，檢測(cè)到從真菌到細(xì)菌的顯著過(guò)渡。牛的 4 個(gè)胃的環(huán)境條件從有氧到厭氧變化，決定了好氧真菌、兼性好氧菌到厭氧細(xì)菌在各個(gè)時(shí)間的出場(chǎng)順序，參與發(fā)酵的微生物的種類構(gòu)成多樣且有層次，終能得到異香的美味。究其原因，各種特殊的食材為底物，經(jīng)過(guò)微生物的充分發(fā)酵，微生物的豐富度直接決定了發(fā)酵產(chǎn)物的多樣性，復(fù)雜奇特的味覺(jué)滋味，讓重口味美食家能夠領(lǐng)略別有一番天地的新奇感受。

本文節(jié)選自

《微生物才是地球之王

——兼說(shuō)微生物與普洱茶》

作者丨張晗星

原文刊載《普洱》雜志

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