針對微生物的研究其實是困難的，它超出了人類感官的極限，需要動用各種科技手段和設(shè)備才能窺見它們的身影、研究它們的規(guī)律。所以，長期以來，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、財力，希望能夠更加清晰地揭示出其中的規(guī)律。不過，這并不容易，這個過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，我們在這里做一次小小的科普?？此撇⒉慌c茶直接相關(guān)，但是我想在科學探索的道路上，我們每個人始終都可以保持一種謙遜學習的姿態(tài)，不斷努力地接近真相。
在此先奉上作者的介紹，如下：
張晗星博士是中國科學院微生物研究所真菌學國家重點實驗室高級工程師，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)酵機理進行了長達 7 年的合作和科學探討，對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 世紀起，羅馬貴族在與希臘人的交往中養(yǎng)成了吃飯時斜躺在桌子旁邊的習慣，而之前的羅馬人是坐在桌子旁吃飯。后來就有了我們在繪畫作品中常見的羅馬時期的飲食場景：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)酵酒是當時清潔水源之一。
微生物的起源和應用從古至今，從不依賴人類的認知而改變自身的角色扮演和演化進程。簡單原核微生物誕生于 35 億年，人類出現(xiàn)只有 500~700 萬年，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)。通過代謝活動微生物完成地球元素循環(huán)(C、H、0、N、S、Fe等)改變了大氣的化學組成，使環(huán)境更適合生物生長。硝化細菌和反硝化細菌調(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;鐵硫氧化菌實現(xiàn)金屬離子的價態(tài)變化，改變土壤中的金屬成分;微生物的生物化學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 870 萬種真核生物，上萬億種細菌和古菌，數(shù)萬億種病毒。物種多樣性遠超過萬億種，總量占到地球生物量的 70~80 % 以上。從地球演化的尺度來認識各個生命體出現(xiàn)的時期和演化進程，能夠得到不同微生物種類和數(shù)量，在地球發(fā)育過程中所肩負的使命;使生物種群數(shù)量處在一個合理的構(gòu)成范圍之內(nèi)。
越是簡單的生命體出現(xiàn)越早，數(shù)量越多，適應性協(xié)同變異能力越強。新一輪地球人和病毒的抗擊，是對人類命運的又一次挑戰(zhàn)。另一方面，數(shù)量眾多的細菌(還包括一大部分古細菌)，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，但由于細胞器進化可產(chǎn)生復雜的生理調(diào)控，并合成豐富的次級代謝產(chǎn)物，這對人類是利好的。但隨著環(huán)境條件變化，有時還會有復雜的毒素合成，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議。以水面為分界的食物加工，被認為水面以下厭氧條件下制作的發(fā)酵食品的安全性更高，多為細菌參與。有學者引證，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將體溫進化爬升到 36℃的高溫，就是為了超出真菌最適宜生長的溫度，從而控制真菌在人體內(nèi)的復制，因為真菌感染比病毒、細菌引發(fā)的感染更難治愈。鳥類、蝙蝠體溫在 40℃以上，對于相關(guān)病毒對人類的跨物種傳播，至今難免。解讀原核細胞到真核生物的生命結(jié)構(gòu)由簡至繁，調(diào)控功能逐漸復雜多變，在當下怎樣才能做到揚優(yōu)避短，應是傾盡全力、責無旁貸。
△ 曾孝濂先生手繪
誰是地球的王者
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，一畝肥沃農(nóng)田 150 厘米深的表土內(nèi)，就含有 300 公斤以上真菌和細菌。毫不夸張地說，隨時隨地取一把土或者一袋空氣，就是一個龐大的微生物世界。人類以前無法解釋的超自然現(xiàn)象，例如瘴氣，實質(zhì)上就是各種不同細菌、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，從時間看其內(nèi)涵也是不斷變化的。在我國云貴出現(xiàn)的瘴氣，明代跟清代就可能不一樣。因為生態(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優(yōu)勢。幾乎地球上所有極端環(huán)境中都可以有微生物的存在，如利用無機底物的化能自養(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、耐高壓強微生物、耐高海拔微生物、耐干旱微生物等。可以說地球生命極限生存的紀錄保持者都是微生物。我國科學家在新疆發(fā)現(xiàn)了一株能夠耐輻射的真菌，能在 10000~30000 戈瑞的高強度輻射下存活，如果輻射劑量到達 10~20 戈瑞，人幾乎是瞬間死亡。德國科學家在海底火山噴發(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。美國黃石國家公園，在該公園接近沸點或者酸度極強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。
細菌來到地球35億年，人類才700萬年，所以說人類從皮膚到五臟渾身都長滿了細菌。臨床分離常見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小時后仍然能分離出來，耐氧菌如溶組織梭菌 , 在無氧條件下生長好，而在有氧條件下生長不良。
一些厭氧微生物也是口臭或者其他腸道疾病的元兇。一個 100 斤重的人，單說體內(nèi)就有 2~3 公斤的細菌，集中在人類最大的免疫器官腸道里，其家族成員超過 1000 種?！凹易宀 啊胺蚱薏 背セ蜻z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家還在用腸道微生物菌群的變化來解釋辟谷、抗衰老、篩選減肥藥物等社會熱點話題?？萍嫉娘w速進步，是幫助人類實現(xiàn)對真相探索無限接近的過程。人只能算個百獸之王，微生物才是地球之王。
食品與微生物
微生物個體很小，所以具有極大的表面積和容積比值，它能夠在有機體與外界環(huán)境之間迅速交換營養(yǎng)物質(zhì)與廢物。微生物的代謝強度超出高等動物、植物幾萬倍、甚至幾十萬倍。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，每個細胞產(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 萬倍。綠色植物生長所需的二氧化碳，90% 是由微生物分解有機物產(chǎn)生的。
無處不在的微生物很早就參與到制造多種豐富營養(yǎng)的美味食品，開闊了食物的資源與利用。食品工業(yè)利用細菌制成包括各種調(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、運輸、加工、保藏、銷售等過程中，也會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，是聞起來會暈厥，品起來有異香的吃食。紹興人愛用醉、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。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有來得及吸收的草料發(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物維持牛的高等生命。我的同事王雪薇研究員曾對牛 4 個瘤胃內(nèi)隨消化進程變化的微生物構(gòu)成進行研究，檢測到從真菌到細菌的顯著過渡。牛的 4 個胃的環(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菌在各個時間的出場順序，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，復雜奇特的味覺滋味，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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