健康的土壤微生物，健康的人群

導 讀

地下的微生物群落與我們腸道微生物群落同樣重要。

我們人體其實是一個"超級有機體"，是一個與我們共同生存的微生物的居所,微生物總重約三磅--和我們的大腦一樣重，一場人類健康方式的革命已經開始。

另一場重大革命也剛剛開始，這次不是在人類的腸道, 而是在另一個黑暗的地方--土壤之中。這場革命有助於在恢復土壤健康的基礎上發展可持續的農業和糧食安全。

就像人類微生物群的情況一樣, 未來的「土壤藥物」（soil drugs）是充滿了友好的細菌和他們喜歡吃的食物。

原文作者/MIKE AMARANTHUS 和 BRUCE ALLYN

編譯/鄭煜基（廣東省生態環境技術研究所高級工程師） 陳能場（廣東省生態環境技術研究所研究員）

來源：

https://www.theatlantic.com/health/archive/2013/06/healthy-soil-microbes-healthy-people/276710/（2013年6月11日）

一棵生長在玻璃盒中的小松樹顯示出白色的、細支化菌根線或「菌絲體」的量，這些菌絲體附著於根部並餵養著植物。 （David ReadRead）

我們最近聽到了很多關於人類健康方式的革命——它與我們的腸道、口腔、鼻腔和其他「棲息地」中的微生物的健康有著密不可分的聯繫。去年（2012-譯者注）夏天，為期五年的國立衛生研究院人類微生物組計劃的結果發布後，我們被告知我們應該把自己想像成一個「超級有機體」，我們身體其實是一個與我們共同生存的微生物的居所，他們執行重要的功能並為我們提供服務，微生物數量與我們的人體細胞數量是10比1的關係。多虧有高效低成本基因測序技術，現在我們第一次有了一個健康人體的正常微生物構成圖：一組細菌、真菌、單細胞古細菌和病毒。它們總共重約三磅——和我們的大腦一樣重。

現在我們已經掌握了微生物對我們健康至關重要的這張圖譜，許多人相信醫療保健的未來將更少地關注傳統疾病，更多地關注通過引入靶向微生物物種（「益生菌」）和治療劑來治療人類微生物群的紊亂和治療食物（一種「益生元」，用於微生物的食物）進入腸道「社區」。 「人類微生物組計劃」的科學家將「21世紀藥典」的發展定為核心成果，該藥典包括人類微生物群成員和他們生產的化學信使。 簡而言之，我們未來攝取的藥物將充滿友好的細菌和他們喜歡吃的食物。

但是人類健康的另一場重大革命也剛剛開始，它建立在對微小有機體理解的基礎上。它由同樣的技術進步驅動, 使我們能夠理解和恢復我們與微生物群的合作關係, 這次不是在人類的腸道, 而是在另一個黑暗的地方——土壤之中。

正如我們在不知不覺中通過過量使用抗生素和高加工食品來破壞人類腸道中的重要微生物, 我們肆意破壞了對植物健康至關重要的土壤微生物群, 通過濫用某些化肥、殺菌劑、除草劑, 殺蟲劑, 加之沒有添加足夠的有機物 (微生物的食物)和重度耕作。這些土壤微生物--尤其是細菌和真菌--將營養物質和水循環給植物, 莊稼---我們的食物以及最終我們的健康的來源 。土壤細菌和真菌作為植物的 "胃"。它們與植物根系形成共生關係，並「消化」營養，以植物細胞可同化的形式提供氮、磷和許多其他營養物質。重新引入合適的細菌和真菌, 以促進在枯竭和無菌土壤中的黑暗發酵過程, 類似於吃酸奶 (或者服用那些靶向益生菌「未來藥物」), 以恢復在你的消化系統深處正確的微生物群。

好消息是，繪製人類微生物群的技術進步使我們能同樣能了解、分離和再引入微生物物種到土壤中以修復微生物的損害，恢復並維持我們作物和提供營養食物的健康微生物群落。現在，我們更容易繪製土壤微生物的遺傳序列，了解它們實際做了什麼以及如何繁殖它們，並將它們重新引入土壤。

自20世紀70年代以來，在花園商店裡有土壤微生物出售，但大多數產品在實際使用效果方面都存在問題，價格昂貴，而且主要限於園藝和水培。由於採用了新的基因測序和生產技術，我們已經可以有效和低成本地識別和培育關鍵細菌和正確的真菌種類，並將其應用於大規模農業。我們可以生產這些「生物肥料」，並將它們添加到大豆、玉米、蔬菜或其他農作物種子中，並使其生長和滋養植物。我們可以用我們的作物種子播種微生物的「種子」，並且如同數百個獨立研究證實的那樣，增加我們的作物產量並減少對灌溉和化肥的需求。

橫斷面上的菌根或真菌根。染色的藍色組織是真菌。

這些土壤微生物不僅僅是滋養植物。正如人體內的微生物既有助於消化，又能維持我們的免疫系統一樣，土壤微生物既能消化營養，又能保護植物免受病原體和其他威脅。在四億多年的時間裡，植物一直與真菌形成共生關係，這些真菌寄生在植物的根部，形成了真菌根（my-cor-rhi-zee），字面上是「真菌根」，它將植物根部伸展百倍。這些真菌細絲不僅可以將營養物質和水迴流到植物細胞中，還可以連接植物並實際上使它們能夠相互溝通並建立防禦系統。英國最近的一項實驗表明，菌根細絲可以作為植物間信號傳導的通道，增強其對害蟲的天然防禦能力。當受到蚜蟲侵襲時，蠶豆植物通過菌根細絲將信號傳遞到附近的其他豆科植物，作為早期預警系統，使這些植物開始產生防禦性化學物質，排斥蚜蟲並吸引黃蜂，一種天然的蚜蟲捕食者。另一項研究表明，患病番茄植物也使用菌根細絲的地下網路來警告健康的番茄植物，這些植物在受到攻擊之前會激活它們的防禦。

因此，土壤中的微生物群落與人類生物群落一樣，為其共生夥伴提供「入侵抵抗」服務。我們在危險地擾亂這種關聯，並承擔相應的後果。正如邁克爾波蘭最近指出的那樣，「一些研究人員認為，西方自身免疫疾病的驚人增加可能是由於我們身體和他們的老朋友』——微生物共生體之間的古老關係被破壞了。」

土壤微生物不僅滋養和保護植物，而且在提供對人類生存絕對至關重要的許多「生態系統服務」方面發揮著關鍵作用。根據許多計算，活的土壤是地球上最寶貴的生態系統，每年提供價值數萬億美元的生態服務，如氣候調節、減緩乾旱和洪水、預防水土流失和水過濾，。那些研究人類微生物組的人現在已經開始借用「生態系統服務」一詞來描述微生物在人類健康中所發揮的關鍵作用。

在穩定日益不受控制的氣候方面，土壤微生物已經通過碳菌絲（mycorrizalfilaments）隔離了幾億年的碳，它們被塗上一種叫做「球黴菌素(glomalin)」的粘性蛋白質，微生物學家正在努力更全面地了解其化學性質並繪製其基因序列。 glomalin分子中多達30至40％是碳， Glomalin可能佔世界土壤碳的三分之一，土壤中的碳含量超過所有植物和大氣的總和。

我們現在的情況是, 在健康的土壤中生長的微生物在大多數商業農業土地上已基本無效或消失;他們無法做到他們在數億年中所做的工作，為植物獲取、保存和循環植物的營養和水，並調節氣候。一半以上的人居可用土地正在耕種，我們正以驚人的速度喪失土壤和有機物質。研究顯示，隨著時間的推移，全球土壤不斷減少，作物單產嚴重停滯。

因此，我們不僅阻礙了在耕地上培育農作物和封存碳的自然過程，而且現代農業已成為導致氣候不穩定的最大原因之一。我們目前的全球糧食系統，從清除森林到種植糧食，到化肥生產，食品儲存和包裝，造成了高達三分之一的人為溫室氣體排放。這比交通運輸行業的所有汽車和卡車都要多，後者全球溫室氣體排放量的五分之一。

對於地球上70億人口來說, 一個可持續和健康的未來的最大的槓桿點, 可以說就在腳下: 就是活著的土壤（the living soil）, 在那裡我們種植我們的食物。整體土壤生態學仍然有許多奧秘。達芬奇在500年前所說的，如今可能依然適用: 「我們對天體運動的了解比腳下的土壤還要多。」雖然你從來沒有看到他們, 但七大洲所有生物的百分之九十都生活在地下。除了細菌和真菌, 土壤還充滿了原生動物, 線蟲,、蟎蟲和微型足蟲。在不到一茶匙的土壤中, 可以有10,000至50,000種。在同一茶匙的土壤中, 微生物比地球上的人多。在少數的健康土壤中, 細菌群落中的生物多樣性比亞馬遜河流域的所有動物都多。

具有放射菌根真菌絲的菌根的電子顯微照片

我們聽說亞馬遜和世界各地的許多瀕臨滅絕的動物。我們都知道雨林里的伐木工正在砍伐樹木。但是，我們聽到的關於除動植物之外的生物王國——細菌和真菌的棲息地的破壞相對較少。一些微生物學家現在警告我們，我們必須停止破壞人類微生物群，而重要的微生物物種可能已經滅絕，其中一些可能在我們的健康中發揮關鍵作用。

我們在繪製土壤微生物組方面取得了良好的進展，希望能夠及時發現對土壤和植物健康至關重要的物種，以便在必要時重新引入這些物種。現在有一個地球微生物組項目致力於分析和繪製全球土壤和水域中的微生物群落。我們不希望發現自己處於我們對已經滅絕的許多動物物種的立場上。我們已經摧毀或消滅了某些土壤中已知的重要土壤微生物，現在需要重新引入它們。但是，與我們所說的努力，比如說將曾經巨大的水牛群再次引入美國平原，有很大不同。我們需要這些小夥伴來幫助建立一個可持續的農業系統，在乾旱和惡劣天氣日益加劇的時代穩定我們的氣候, 並保持我們的健康和福祉。

土壤微生物的大規模破壞始於第二十世紀初的技術進步。到 1950年, 美國的拖拉機數量從零降到了300萬台。農民增加了農田的面積, 使種植更加專業化。在氮肥生產方面取得的進展使其豐富而價格實惠。二戰期間生產的用於彈藥的硝酸銨被用於農業 (我們最近看到了德克薩斯州西部城鎮一個這樣的化肥工廠所含的爆炸力)。「綠色革命」是由於害怕如何養活人口大量增長而推動的。它確實生產出更多的食物, 但這是以犧牲土壤的長期健康為代價的。許多人會爭辯說，隨著土壤中有機物質，礦物質和微生物的消耗，它所產生的食物逐漸缺乏營養。土壤科學家兼農業顧問後來成為醫生的阿登安徒生長期以來一直認為人類健康與土壤健康直接相關。

在同一時期，我們看到「生物農業」運動的興起，主要是對這些技術發展和農業機械化的反應。在二十世紀的前半葉，英國植物學家艾伯特霍華德爵士（Sir Albert Howard）和他的妻子加布里埃爾（Gabrielle ）記錄了印度傳統的農耕習俗，這是西方生物農業運動的開始。奧地利作家、教育家和活動家魯道夫?施坦納（Rudolf Steiner）提出了「生物動力農耕」的概念。 在1930年，土壤學會在倫敦成立。此後不久，從事土壤科學和植物病理學的日本微生物學家福岡正信（Masanobu Fukuoka）為小規模有效地開發了一種用於種植穀物和其他作物的基本免耕有機方法。

幸運的是, 在小農場和大型農業企業中重新引入土壤微生物的案例非常多。科學的進步使我們能夠把土壤有機體從生態農業領域帶到主流農業企業。我們可以補充土壤, 節省上億美元。許多實地試驗, 包括最近在北達科他大學進行的一項測試表明，將商業菌根真菌產品應用於大豆根部或種子可使大豆產量增加5％至15％。美國大豆市場目前每年價值430億美元左右，因此, 將健康的微生物添加到農作物中將節省大量資金 (增加產量的價值比按目前價格應用的成本高出三至五倍)。研究表明，由於礦物質和水的有效利用率提高，化肥和灌溉需求減少也將大大節省。這也意味著更少的毒素和污染物，特別是氮肥，從農田中浸出到我們的公共水系統和河流，這導致了像密西西比三角洲那樣的大量「死亡地帶」。

出於所有這些原因，生物肥料產品現在是一個價值5億美元的產業，並且增長迅速。拜耳、巴斯夫、諾維信、先鋒和先正達等主要農化公司現在正在積極銷售、收購或開發這些產品。

將微生物與它們所食用的有機物一起重新引入土壤，有可能成為下一次人類健康大變革的關鍵部分——在恢復土壤健康的基礎上發展可持續的農業和糧食安全。就像人類微生物群的情況一樣, 未來的土壤藥物是充滿了友好的細菌和他們喜歡吃的食物。

【作者簡介】

Mike Amaranthus是Mycorrhizal Applications，Inc.的首席科學家。

Bruce J. Allyn是哈佛和蘇聯危機預防聯合研究的前主任，也是「末日審判的邊緣：邊緣的教訓」（The Edge of Armageddon: Lessons from the Brink）一書的作者。

使用微信支付支持土壤家

「土壤家」是「土壤觀察」、「環境與健康觀察」兄弟號。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！