菌心進化論：一種對於動物進化的新理解

張成崗

摘要: 達爾文進化論強調了「物競天擇，適者生存」的理念與邏輯，對動物起源與進化提供了重要解釋；然而，為什麼會有動物、以及為什麼會進化出人類等問題，卻仍無答案。在我們實驗室近年來從事肥胖及相關慢病研究中發現「飢餓源於菌群」並發展出可通過控制腸道菌群向人體傳遞的飢餓感的生物技術之後，提出科學假說認為，和人類同樣具有消化道結構的動物，很有可能也是受到腸道菌群攝食的脅迫壓力而進化的，即動物和人體的消化道以「中空」的拓撲學結構為基礎，形成可容納與相應動物種類相適應的腸道菌群微生態系統。這些腸道菌群終生共生於腸道，通過向動物傳遞飢餓感而迫使動物攝食而生存，同時腸道菌群也通過動物攝食的營養物質繁殖自己的後代，從而提出了以腸道菌群為中心、動物受腸道菌群脅迫而協同進化的「菌心進化論」，是對「宿主進化論」的重要補充和完善，有利於我們從新的角度來理解和詮釋動物的起源、進化和發展過程，乃至促進我們逐漸理解自然界從動物進化到人類之後，有可能是在實現從菌群主導的以食物為代表的「物質需求」向人類智慧主導的「精神需求」的新躍遷。

關鍵詞: 生命起源與進化 達爾文進化論 飢餓源於菌群 萬有菌力 菌心說 菌心學說 生物拓撲學 共進化 菌心進化論 物質需求 精神需求

Gut flora-centric theory of evolution: A new model for understanding the evolution of animals

ZHANG Chenggang , GONG Wenjing , LI Zhihui , GAO Dawen ,GAO Yan

Abstract: "Survival of the fittest" is the key issue in Darwinian evolutionary theory, which describes the mechanism of natural selection for species to leave the most copies of themselves in successive generations. However, there is still no clear answer to the old question: what is the purpose and motivations for animals and human beings to live on the earth? Unexpectedly, during our study on obesity and related diseases such as diabetes, hyperlipemia, and hypertension, we found that these kinds of chronic diseases are closely related to the human behavior of eating, where the key issue is that human hunger sensation comes from the gut flora other than the food-intake center in the human brain. After we used the flexible fasting technology to control the hunger sensation sent from the gut flora to the human brain, we finally understood that human beings and animals have the same hollow topology structure of gut, which is the home of the gut flora that keeps sending eating signals to the brains of human beings and animals. Therefore, we developed a new model, namely, the "gut flora-centric theory of evolution (GFCTE)", to bring new ideas to understand the evolution of the animal world. In this model, we hypothesized that most of the animals live under the stress of hunger sensation which comes from their special gut floras. Since the gut flora has the natural potential and possibility to breed their babies, which is the original power of life and is expressed as biochemical reactions, the food-intake signals will cause the gut flora to obtain nutrition from the guts of animals. When animals feel the hunger sensation from their gut flora, which is expressed as the gut flora "eating" the gut mucosa, they will have to eat food to protect the gut mucosa from being digested and destructed by the gut flora. We considered this issue as the natural motivation of the eating behavior of animals as well as human beings. Different animals have their own special gut flora in their guts, while different gut floras have special animals as their hosts. Based on this, we finally recognized that the evolution of animals strictly follows the stress of the gut flora by sending hunger sensation signals to their hosts, which means the animals are positively selected by the gut flora. Taken together, although the structures of animal bodies are driven and controlled by their own genomic DNA systems, animals actually coevolve under the stress of the genomic DNA systems of their special gut flora. With more and more evidence on the material needs (typically and especially the food for the animals) driven by the gut flora, our GFCTE theory will figure out the issue that the spiritual demands are driven by the human brains, where animals are at middle and different stages in the evolution from the material world to the spiritual world.

Keywords: Origin and evolution of life Darwin"s theory of evolution Hunger sensation comes from gut flora Universal fertility power of the gut flora Gut flora-centric theory Biological topology Co-evolution Gut flora-centric theory of evolution Materials demands Spiritual demands

生命起源、發育和進化，是生命科學領域最為重要的命題，同時也是關乎到我們人類自身生存和發展的重要話題。自然界為什麼會進化出動物？為什麼會進化出人類？我們從哪兒來？到哪兒去？我們是誰？我們不是誰？這些充滿哲學意義的問題，困擾生物學家和生命科學領域工作者已經長達數百年、甚至數千年時間了，歷史上也曾經提出了不少的學說、理論進行解釋，其中最為典型和有代表的是達爾文的進化論[1-3]，為學術界和公眾所知曉和部分接受。然而，在達爾文的進化論中，雖然突出強調了「物競天擇，適者生存」的合理邏輯和自然法則，然而還有很多問題沒有能夠解釋清楚，例如為什麼自然界會選擇使用這樣的法則來規範生物界？在動物進化過程中出現的物種斷層怎麼解釋？大型動物的一過性出現和消失又如何解釋等，說明該理論還有很多需要補充、完善之處，存在新的發展空間。無獨有偶，在我們實驗室近年來從事慢病防控研究過程中，意外發現驅動人體攝食的飢餓感並非直接來源於大腦攝食中樞，而是來自於腸道菌群，即「飢餓源於菌群」，並逐漸發展形成了「菌心說」學說(簡稱「菌心學說」)[4]，使得我們突破和跳出原有思維框架，反過來從「人體與腸道菌群的共生體」[5-6]這一角度，重新看待人類以及其他動物與終生共生的腸道菌群之間的關係，並進而形成了新的觀點，即「動物和人類很有可能都是受到腸道菌群的生存壓力而脅迫進化」，即如果以腸道菌群為圓心的話，那麼，整個動物界的進化模式很有可能是圍繞腸道菌群這個同心圓而展開的一個數學方程式，從而形成了「菌心進化論」的核心思路和科學邏輯，而且，這種對於動物是以圍繞「腸道菌群(菌心)」進行進化的新理解，有可能能夠使用數學方程例如拓撲學原理(Principle of topology)進行表述，從而為通過嚴密、可靠的數學邏輯來定量表徵(甚至預測)動物的進化過程提供了可能性(見圖 1)。

圖 1 菌心進化論示意圖

Figure 1 Diagram of the gut flora-centric theory of evolution

1 人體由於飢餓而導致的攝食行為是腸道菌群驅動的結果

之所以從「飢餓」與「攝食」這個角度為切入點來分析人體和腸道菌群的關係，是因為我們實驗室近年來集中力量從事肥胖相關慢病防控研究中的一系列意外發現[4, 7-8]。眾所周知，肥胖相關慢病例如「三高」以及惡性腫瘤等對我國人民的身體健康造成了嚴重危害，因此，我國投入了巨大的力量(人力、物力、財力)期望能夠攻克慢病[9-12]。然而，從實際的慢病防控效果來看，這些努力雖然起到了一定作用，然而相關的慢病高發問題卻日趨嚴重。截止到2017年底，我國高血壓患者總數已達到2.7億、心腦血管病患者已高達2.9億[13]，嚴重地拖累了我國全面建設、經濟高速發展和社會穩步前進的現狀。我們實驗室最初從事缺血缺氧性腦損傷以及其他相關慢病研究的過程中，也是沿襲了「基因與慢病」的研究思路和邏輯關係(即「慢病源於人類基因突變和異常」的思路)，後來雖經努力發表了系列論文，然而卻無明顯應用成果，反而由於長期的工作壓力、飲食異常而導致自身也出現了肥胖、重度脂肪肝以及糖尿病等問題。痛定思痛，我們決定「反思」和「質疑」學術界的「共識」即「基因導致慢病」，並採用自身甘當「小白鼠」的方式，結合國內外關於腸道菌群與肥胖和慢病相關的文獻，進行大量自身研究以及和其他醫院合作研究，最終發現導致人體產生飢餓感的信號可能並非起源於大腦攝食中樞，而是來源於腸道菌群企圖繁殖自身後代的衝動，即人們常說的「餓肚子」、而不是「餓腦子」現象[7]。鑒於此方面已發表系列論文，包括相關的臨床研究數據以及基於「飢餓源於菌群」的「菌心學說」的相關資料，此處不再贅述[8, 14-19]。

在上述進行理論層面分析的基礎上，我們通過大量臨床實踐研究已基本證明，通過生物技術(例如「柔性辟穀技術」)在每天一日三餐的時候，為腸道菌群提供其所吸收、人體不能利用的多糖和膳食纖維等物質，阻斷腸道菌群向人體傳遞的飢餓感，即可進入到連續7-14天不餓不食的狀態，在此期間只飲水不攝食，正常作息，人體通過消耗自身的庫存糖原和庫存脂肪提供代謝所需能量，尤其對於肥胖人群來說，這種特殊的生活方式和特殊生理狀態能夠協助人體實現生理性減重5-10kg的目標，由於肥胖而導致的「三高」癥狀顯著改善，同時也已觀察並報道了這種方式對糖尿病、高血壓、蕁麻疹、痛經、毒品成癮的顯著改善效果[15, 17, 20-21]。

基於大量臨床實踐，目前基本上已確定該事實：共生於人體胃腸道中的腸道菌群，並非我們的敵人，而是我們不可或缺的朋友，兩者具有天然的合作關係，符合「人菌共生，人菌共贏」的自然邏輯，其中，人體通過消化道為腸道菌群提供棲息場所，而腸道菌群反過來則為人體提供攝食所需要的飢餓感，表現為腸道菌群在條件合適的情況下自然而然地具有繁殖能力的「萬有菌力」現象。如果腸道菌群異常，人體將會異常，可表現為胃腸道炎症、神經免疫內分泌代謝異常，甚至菌群紊亂與自閉症、抑鬱症等密切相關[22-30]。目前國內外大量文獻陸續報道多種疾病中可見腸道菌群異常，似乎難以解釋原委；然而如果從我們所強調的「人菌共生體」這個角度進行解讀的話，就很容易理解在人體所表現出來的林林總總的慢病(例如「異食癖」)中，腸道菌群的異常情況並不奇怪、亦不罕見，符合我們此前的說法即「腸道菌群健康，人才能健康」。當然，至於我們前些年已經提出來的新的科學假說「腸道菌群是人類心理活動的物質基礎(簡化為：菌群即人心，人心即菌群)」等內容，也將隨著後續研究而逐漸被揭示和證明[4, 7-8, 14]。

2 和人體類似具有消化道結構的動物理論上也受到「飢餓源於菌群」的控制

在使用自身甘當「小白鼠」進行飢餓、肥胖相關慢病防控的研究過程中，我們不斷地在思考這樣一個問題：既然人類的飢餓感是由於腸道菌群所驅動的，而動物也都有消化道這樣的共同結構，那麼，動物的飢餓感是否也同樣地受到腸道菌群的引導和驅動呢？雖然在動物攝食的經典實驗中，前蘇聯科學家巴普洛夫發現了「條件反射」這樣的現象[31]，然而，當時受到科學發展局限性的影響並未意識到腸道菌群在「條件反射」過程中，是否、以及究竟起到了什麼樣的作用。

為此，我們對於動物的飢餓感是否也同樣地受到腸道菌群的壓力和驅動進行了部分研究，結果發現和人體的飢餓感類似，具有一定的相同性(將另文報道)。由於我們已經在遠比動物高級的人體研究中，證明了「飢餓源於菌群」的重要命題，而且能夠通過柔性辟穀技術很容易地實現對人體飢餓感的控制，因此，在後續研究中，仍將重點使用針對肥胖人群相關慢病的解決方案，這是因為醫學研究的重點是解決慢病防控問題，至於究竟是哪個、哪些腸道菌群以何種方式向人體和動物傳遞了哪些、不同程度的飢餓感，則需要大量細節類型的研究，例如通過神經電生理技術研究哪些腸道菌群採用了哪些電信號的編碼方式，通過迷走神經向大腦傳遞了什麼樣的控制信號。

當前在動物學專業的教育和研究過程中，學術界並沒有充分考慮動物和腸道菌群之間相互關係的問題，而只是宏觀地介紹動物相關微生物學的相關知識而已，即便是在面向動物學專業的微生物學研究中，通常也主要介紹病原微生物相關內容，尤其是如何防控動物的傳染病等[32]。此外，與日常生活密切相關的微生物知識例如醬油、釀醋、釀酒等內容[33]，則往往是在食品領域相關專業進行介紹的。這種類型的專業設置方式，無意中就淡化了微生物學和動物學之間的密切關係，其結果是難以同時從動物以及微生物共生的角度思考動物進化的問題。

回到本文所討論的主題上來看，捕食是動物的天性，和「人是鐵，飯是鋼，一頓不吃心發慌」一樣，變成了常識問題；而一旦成為常識問題，在絕大多數情況下，就會被人們「無意識、下意識、選擇性地」迴避和忽略，即這樣的問題基本上是不需要分析和討論的。在當年牛頓發現萬有引力的時候，所有人都知道蘋果會從高處降落到地面，但是只有細心的牛頓，才能夠針對這些司空見慣的現象進行認真思考，直至發現了萬有引力定律[34]，獲得了從現象到規律乃至上升為理論的新認識。類似地，在我們進行慢病防控的研究過程中，如果不是使用自己的身體進行大量體驗的話，也是很難意識和理解人體的飢餓感是來自於腸道、而腸道中共生了大量微生物即腸道菌群以及腸道菌群具有「萬有菌力」這樣的複雜過程和背後的原理。把這些相關信息綜合在一起進行分析、思考、聯想，方才意識到「飢餓源於菌群」，說明交叉思考對於原創性科學發現是至關重要的。

在地球生命發展過程中，進化出了各種各樣的動物，天上飛的，水裡游的，地上跑的，另外還有兩棲類，低等的昆蟲等等，其共性都是存在腸道這樣的通用結構，而且其中存在大量微生物菌群，與動物的生活習性和飲食習慣密切相關，例如豬、馬、牛、羊等食草動物的胃腸道微生物以能夠分解纖維素的菌群為主，而獅、虎、豹、狼等肉食動物的胃腸道微生物則以能夠分解肉類的菌群為主[35-38]。此外，在熊貓的食性轉換過程中，也伴隨了腸道菌群的顯著變化[39]。此類研究很多，也已成為眾所周知、司空見慣的事情，在不同動物的飼養過程中充分表現出來了飲食的選擇性和偏好性。在動物界的生活中，覓食活動是一個基本活動，結合前述人體「飢餓源於菌群」的新發現，將此概念反過來以「降維」理解的方式推及動物界，也不難發現動物的飢餓感和人體的飢餓感類似，是由共生於胃腸道中的微生物在分解胃腸道黏膜的時候，向動物傳遞的飢餓感。此時，如果動物不抓緊時間去覓食的話，這些腸道菌群就會持續分解動物的胃腸道黏膜，導致動物出現胃腸道損傷，進而影響動物的生命安全。和人體攝食類似，一旦動物開始攝食，腸道菌群即可暫停攻擊、分解、消化動物的胃腸道黏膜，轉而分解外源性攝入的食物，從而表現為動物攝食之後，動物本身和共生的腸道菌群均能夠得到營養物質的需求，而獲得新的平衡。

因此，「菌心學說」不僅適用於人體這樣的高級結構，而且也同樣適用於動物，例如飛禽走獸、魚蝦蟹蟲，從「菌心學說」來理解的話，這些動物均受到相應腸道菌群的攝食壓力而存在，從而不妨可以參考「萬有引力」而拓展提出「萬有菌力」的概念，即整個動物界，都是在微生物菌群共生於動物胃腸道的攝食壓力而存在。至於在一些特殊情況下，例如駱駝在沙漠中可以長時間不用攝食而正常生活，另如黑熊等動物在冬眠期間也不進行攝食活動，以及特殊實驗條件下無菌動物的飢餓感與攝食活動等，這些情況下，動物體內的腸道菌群是否、以及如何向動物的大腦傳遞飢餓感、以及動物的大腦如何處理這種信號的，可進一步研究。

3 從「宿主進化論」向「共生進化論」的新升級

雖然人們很早以前就已經知道了人和菌群是共生關係，然而直到美國學者Gordon第一次報道腸道菌群與肥胖密切相關之後[40]，學術界對於作為宿主的人體與腸道菌群之間的共生關係的研究和理解，才逐漸進入到了一個新的階段，並逐漸形成了這樣的共識，即人體多種慢病不僅與腸道菌群異常密切相關，而且目前學術界也開始使用「糞菌移植(Fecal microbiota transplantation，FMT)」的方式進行研究或治療疾病[22-23, 41-42]，使用不同的宿主通過移植供體的糞便，來重現供體的異常表型，例如將抑鬱症患者的糞菌移植給無菌小鼠，導致無菌小鼠出現抑鬱症表型，類似的研究還包括腸道菌群與自閉症、高血壓的研究等，從而在國際上逐漸形成了一個共識，即腸道菌群基因組系統儲存了導致慢病的「病根」即異常的基因組DNA系統，通過向受體動物移植後，即可在受體動物重現這些異常的基因組DNA所對應的異常表型，與「科赫法則」的研究範式在總體上是一致的[22]。換言之，隨著腸道菌群研究領域的快速發展，由腸道菌群而不(全)是宿主本身攜帶著大量導致慢病遺傳信息的理念，正在陸續得到證明，而且正在快速更新著以前所認為的人類基因突變和異常導致了複雜性疾病的出現的傳統理念，即「腸道菌群(基因)致病論」正在逐漸升級「人體基因致病論」，將為慢病防控領域帶來新進展[4, 43]。

和其他任何學科的研究一樣，科學研究的目的是為了解決問題而服務的。慢病防控的需求，迫使人們開始重新思考人體和腸道菌群的關係，我們也不得不重新思考這樣的問題：腸道菌群，究竟為什麼是我們的朋友，還是我們的敵人？腸道菌群為什麼會在我們的體內存在？針對這些問題的深入剖析和思考，逐漸形成了我們對於人體以及動物的身體結構和功能的新認識。

在經典和傳統的動物學理論體系中，學術界以往關於動物的分類和進化，主要是從動物的生存地域、生活習性以及軀體解剖結構等角度宏觀分類[44]，符合人類認識自然界、認識動物的基本過程，從簡單到複雜，從表面到背後，從淺顯到深刻。隨著將動物視為腸道菌群的宿主的新觀點的不斷深化，以及基於「飢餓源於菌群」並能夠有效控制源於腸道菌群飢餓感的「菌心學說」和柔性辟穀技術的出現，我們不得不深入思考這個新邏輯：動物的進化，必須考慮到與動物共生的腸道菌群的共同進化的問題，即動物和腸道菌群應該是協同進化的，而且和動物共生、協同進化的菌群，並不只是局限於腸道，同時也會表現在動物的皮膚、呼吸道、泌尿生殖道等所有動物與環境接觸的內外表面。換言之，由一個受精卵發育過來的動物的肉體，在發育過程中形成了由體表、體內各種黏膜屏障所構成的拓撲結構系統[45-46]，其內外表面被該動物所處環境中的菌群所覆蓋，相當於穿上了一層由「菌群」構成的「衣服」，與該動物終生相伴，從而形成了動物與相應菌群的協同進化模式，從「宿主(單獨)進化論」向「宿主與菌群(共生)進化論」的角度進行升級，即我們目前所看到的整個動物界，以及動物界的發展過程中，應當是由動物和菌群進行協同進化的結果，而且，動物的進化壓力受到腸道菌群向動物傳遞飢餓感的攝食壓力的驅動。

由於人類可以在解剖結構上被理解為一種高級動物，因此，關於人體和人體共生微生物尤其是腸道菌群共生的相關理論和實踐，幾乎可以「無縫地、無障礙地」推廣和應用到動物層面，例如抗生素對人體共生菌群有害的同時，也必然傷害動物共生的菌群系統，從而導致人和動物共生的微生態系統出現嚴重異常，進而導致宿主體內的菌群系統異常，從而反過來影響宿主的健康，出現一系列慢病[47]。換言之，包括人體和動物在內，這些宿主的腸道菌群系統，事實上不妨可以認為是這些宿主所在環境的微生態系統在宿主體內的一個「縮影」，或者更加明確地說，宿主的腸道菌群微生態系統，是經過宿主對於外在微生物生態環境進行「選擇性加工和篩選」後的結果，宿主通過其軀體，將消化道的菌群生態系統(「小生態系統」，或稱「宿主內共生生態系統」，Endosymbiotic system，EndoSys)與宿主所在的外部生態系統(「大生態系統」，或稱「宿主外共生生態系統」，Ectosymbiotic system，EctoSys)進行有效隔離，形成兩個系統，一內一外，一小一大，兩者通過宿主的肉體表面(從口腔到肛門之間)進行著交互、對話。這是一種非常有趣的自然界的設計體系，雖然以前尚未被細緻地考察過。

因此，這種關於宿主和菌群的「共生進化論」實際上從先前單獨、主要甚至只考慮宿主本身的進化論的角度，將動物這一宿主與其所在的內外環境進行了綜合考慮，即動物消化道內的生態系統是EndoSys的內系統，而動物所處環境的生態系統即EctoSys則是宿主的外系統，EndoSys和EctoSys始終通過動物的肉體進行著對話，該過程從動物出生直到死亡，在動物肉體存在的一生過程中，始終在進行著，從而構成了由「EndoSys、Host、EctoSys」組成的生態鏈。這種結構非常類似於細胞的出現模式，即細胞膜內是細胞的環境系統，含有細胞的基因組DNA系統，而細胞膜之外則是環境體系。因此，不妨可以這樣認為：動物的肉體類似於「細胞膜」的結構，用來分割動物腸道裡邊的腸道菌群DNA系統和動物肉體之外的自然生活環境。換言之，從「宿主與菌群的共生進化論」的角度看過來，一個動物個體可以被宏觀地認為是一個大的「細胞」，這個「細胞」雖然由動物本身的DNA發育而來，而這個「細胞」的「細胞核DNA系統」，卻可以被理解為腸道菌群DNA的集合體，而這個「細胞」所處的外在環境，則是這個「細胞」的膜外生態體系。

類似分析過程同樣也可以推及人體，即人體也可以被理解為一個「大細胞」，人體腸道裡邊的腸道菌群微生物系統是人體這個特殊細胞的「細胞核DNA」，為了滿足腸道菌群複製其基因組DNA的需求，表現為一日三餐驅動人體產生飢餓感而攝食。這樣一來，長期以來懸浮在我們腦海里的諸多疑點，就能夠很容易地解釋，即自然界中生命體的結構，可以宏觀地被定義為具有普適意義的拓撲學結構，小到一個個細胞、甚至細胞器，以細胞膜或者細胞器膜將內在的小生境與外界環境相隔離，例如線粒體膜將線粒體從細胞質中隔離出來而擁有自身的線粒體基因組DNA，葉綠體的結構也是類似，真核生物的細胞核的結構也是類似，當然原核生物可以理解為細胞膜直接將原核生物基因組DNA從細胞外環境中分離出來形成了一個小生境而已。

從數學上來看，「拓撲」是一個非常有趣的結構，其中最重要的性質是連通性與緊緻性[45]。一般來說，拓撲學的定義是用來研究集合圖形或空間在連續改變形狀後還能保持不變的一些性質的學科，是由幾何學與集合論中發展出來的學科，主要研究空間、維度與變換等。根據前述「共生進化論」所述，我們不妨可以將動物(以及人體)「合理地」理解為一種新的「生物拓撲學」結構，即biological topology，具體指的是以宿主(動物和人體的肉體)為拓撲界面，以腸道菌群基因組DNA為「內在核心(核函數或基函數)」的拓撲學結構。

換言之，人體和動物的存在方式，不妨可以被理解為一種基於人體和動物的基因組DNA基因組系統(第一基因組，可稱之為操作系統即Operating system 1, OS/1)所形成的拓撲學結構(外在的膜結構)，在動物和人體出生後，在消化道之中，引入和嵌入了腸道菌群DNA基因組系統(第二基因組，OS/2)為內核(指的是「內在的核結構」)。腸道菌群與宿主聯合起來協同進化，隨著宿主的肉體存在而存在，隨著宿主肉體的消亡而仍然繼續存在(通過分解動物的肉體後尋找新的宿主)。從這個意義上而言，作為宿主的動物可被理解為腸道菌群的「房東」或「過客」。即便是動物消亡了，但是曾經與動物共生的菌群還在，繼續傳承著這些微生物的生存邏輯。

由此可見，上述對於動物界的理解，就能夠從數學上找到合理的邏輯了，接下來只需要找到不同宿主和相應共生菌群的拓撲學參數及其集合，即可獲得對於動物與菌群共生進化的合理認識，對於「數學動物學」的理解，必將會顯著提升一個新的層次。相應地，任何一門學科，一旦能夠找到並得到數學的依據和支持，那麼，在這門學科的歷史上，將會由於定量化而快速發展。

4 「菌心進化論」有可能從「動機」的角度揭示動物的起源

隨著以拓撲學方式解析動物的新結構，那麼，動物的進化邏輯就有可能能夠從這個新的坐標系和參照系進行解讀了。具體地，以「菌心學說」的角度來看動物，任何一種動物，都是以這個動物的腸道菌群為拓撲學之內核結構(EndoSys)為核心、通過動物宿主作為拓撲學膜系統(EctoSys)、與動物所在環境進行對話的一種生態結構和生命體而已，其中，貫穿整個生命過程的則是電子傳遞鏈(Electron transport chain, ETC)有序、高效的運行。

顯然，如前所述，每一種動物都有其相應的腸道菌群微生態結構特徵，類似於基因表達系統中的「看家基因」一樣，特定動物有其特定的「看家菌群」，這一點類似於人體一樣，以中國為例，飲食習慣通常是「南甜北咸，東酸西辣」，各地的飲食往往與各地的腸道菌群相對應，所以一旦出差，就很容易出現「水土不服」的情況，不能夠適應當地水土環境的菌群會被宿主通過飲食負選擇(Negative selection)排泄掉而減少，能夠適應當地水土環境的菌群則被宿主通過飲食正選擇(Positive selection)而增殖，表現為人體為了適應環境而重建新的腸道菌群微生態系統，從而完成腸道菌群的再平衡與重適應。

據此，就能夠比較容易地理解全球各地、各個不同的生態環境中，相應動物與相應腸道菌群的互相適應過程和結果了，即任何一個地方的動物，都會受到當地所在環境的微生物菌群以及腸道菌群的內外聯合壓力而被選擇和進化，從而導致了各地動物與菌群的「共生進化論」的互動平衡結果。在動物學領域，已經獲得了大量的腸道菌群測序數據，接下來的任務可考慮採用多種方法去分析這些菌群與相應的宿主動物的共生特點以及互補性，畢竟只有通過功能互補、互惠互利的共生方式，才能維繫動物和相應菌群之間的密切關係而存在。這一點，也是自然界裡邊的一個共同法則，即有需求、有互補，才能夠穩定共存。

既然我們將動物的進化從「宿主進化論」發展到「共生進化論」，強調了動物和菌群的共同重要性，而由於前方所談到的「飢餓源於菌群」以及「菌心學說」，從而將動物和菌群之間的協同共生關係，推進到了「菌心進化論」的程度，那麼，我們不妨以「菌群」為中心，反過來思考動物的起源和進化邏輯這個複雜問題了。

為了簡便起見，讓我們「換位思考」，從不同動物的肉體如何能夠滿足腸道菌群的角度，來這樣看待問題：即宏觀上來看，動物界是否以腸道菌群為中心而展開進化的？換言之，在我們提出來的「菌心進化論」理論體系中，是這樣的考慮：既然地球上微生物(菌群)已經出現了36億年以上的歷史了[48]，而動物的起源和進化比這個過程晚得多，那麼，是否可以這樣認為：大量的、不同種類的微生物(菌群)，為了便於自己的生存，而通過某些複雜的因素和力量，為自己「創造」了不同的拓撲學結構來存在——而這些多種多樣的拓撲學結構通過動物的肉體方式來表現和存在？也就是說，在「菌心進化論」看來，不同動物的腸道，是這些動物共生的腸道菌群的「容器」，是這些菌群「安身立命」的場所和所在地。在沒有這些動物(的腸道)存在和進化之前，菌群只能生活在自然界的土壤、空氣、山川、河流之中，「靠天吃飯」，繁殖效率低下，生存能力有限。然而，一旦自然界中進化出了相應的動物肉體，那麼，這些菌群就有了能夠更加便捷、高效的生活場所，從而將十分有利於菌群的生存和繁衍。這就是以腸道菌群為核心的「進化論」，即「菌心進化論」。

換言之，「菌心進化論」認為，動物起源和進化的「動機(Motivation)」，或許是受到腸道菌群的壓力和脅迫而發生的，而並不一定只是動物世界的自主進化行為，至少可以認為腸道菌群在動物的進化過程中，起到了非常重要的作用。

5 「菌心進化論」對於動物界進化歷程的宏觀表徵

顯然，一個學說或一個理論如果能夠成立的話，不僅應該能夠解釋已有的現象，而且還將能夠進行合理的推測和預測。從檢驗和驗證「菌心進化論」的角度出發，可以進行適當的、必要的合理推測，以便解釋若干重要的生物學基礎理論問題和實踐問題。

首先，可以先從縱向進化的時間軸上來看待動物的進化歷程。從腸道菌群需要(或迫使)動物進化出現這個角度出發，應該說進化上最早出現的動物應該是擁有最簡單的腸道結構、而且應該是擁有能夠分解草料、纖維素、藻類等食草動物的腸道先進化出來。當食草動物的數量積累到一定程度、能夠為食肉動物提供足夠的蛋白質和高能量脂肪的來源之後，自然界中就會出現肉食菌群大量擴增、並且肉食動物大量繁殖的波浪式進化加速模式了。在後續更為詳細的分析過程中，可以密切關注這個問題，理論上應該會與地球上不同的地質年代有關。

從菌群的角度考慮，由於菌群基因組DNA具有從環境中攫取能源、複製DNA的天然能力和傾向性即「萬有菌力」[49]，不妨可以假設在地球生命發展的過程中，大型動物的出現，很有可能也是微生物菌群企圖通過大型動物大量繁殖、製造菌群後代，用來儘快佔據所有可能的生存空間的過程的體現。以藍鯨、恐龍等為例，成年動物的體重動輒數百噸或者數十噸，吃得多、排泄得也多，這些動物所製造的腸道菌群的後代也就越多，無論是在海洋中，還是在陸地上，都必然有利於這些動物的腸道菌群通過這些動物的排泄物快速佔領所有的領地，將所有可能碳源等能源形式，用來繁殖成為菌群微生物的後代。這是符合自然界的進化邏輯的，當然同時也與地球上氧氣濃度的變化有關。由於各種原因，例如行星撞地球等，以及地球上氧氣濃度從以前的高濃度下降到現在的21%氧氣濃度[50]，無法支撐大型動物的生存，而出現了大型動物的滅絕現象，但是腸道菌群卻早已經利用這些大型動物的攝食和排泄活動，將地球上儘可能多的角落，變成了菌群的殖民地，並且隨著在動物進化過程中「隨機洗牌」，派生出了目前所能夠看得見、或者暫時尚未看見的多種多樣的動物類群。

同樣地，根據「菌心進化論」的新觀點來看，在動物的進化歷程上，應該是從變溫動物向恆溫動物發展過來的，這是因為相對於腸道菌群入駐動物的腸道之前的土壤和空氣中的生活環境而言，動物的肉體已經能夠向共生於腸道裡邊的菌群，提供相對比較適宜的生活環境，讓腸道菌群不再「靠天吃飯」，而能夠通過驅動動物攝食活動，獲得良好的營養。然而，冬天怎麼辦？那麼，只有當進化出恆溫動物之後，腸道菌群才能夠打破冬天寒冷導致變溫動物冬眠的限制，而能夠照常「享受到」腸道裡邊的溫暖、濕潤的良好環境。因此，在比較從變溫動物向恆溫動物的進化過程的時候，有必要同時從腸道菌群和這兩類動物宿主基因組對動物體溫進行綜合控制的角度，進行合理的分析和思考，方有可能揭示其中的進化邏輯，尤其是人體以及很多動物的正常體溫被自然界設定為36~39℃，很有可能是宿主和腸道菌群共同控制的結果，從而為後續開展相關研究提供了新思路。

此外的一個非常重要的推測，是關於腸道菌群在不同物種之間的相互交換和基因組DNA洗牌(DNA shuffling)的模式，例如家養的動物(家畜、家禽)等，往往會在相互之間有意無意、或者主動被動地攝入對方的排泄物(腸道菌群)。這種現象從「菌心進化論」的角度也很容易理解。通常，大鼠、小鼠、家兔、雞、豬等也會在一定情況下攝入自己或者對方的排泄物，魚缸裡邊的魚也會攝入自己的排泄物，在2017年也有文獻報道，使用年輕魚的糞菌能夠表現出對於老年魚的抗衰老效應[51-52]，也與菌群在不同動物之間的反覆循環有關。眾所周知，在民間有這樣的說法「吃屎娃」，從「菌心進化論」的角度也不難理解，即這種情況是懵懂無知的孩子們在其生活的周邊空間中，不同的微生物菌群與人體互動、從而形成合理共生選擇的一種模式。當然，在2015年荷蘭科學家報道，熱戀中的男女在接吻過程中，10 s可交換8 000萬個細菌，這是非常頻繁、高效的一種菌群擴大、傳播自己的生存空間和領域的機會[53]，而且，這種情況不僅能夠發生在異性之間，即便是同性之間也可以通過接吻的方式發生菌群生存領域、領地的顯著擴大化，從「菌心進化論」的角度很容易理解，即這是菌群在顯著擴大自己的領地的表現。

顯然，從動物進化到人類，是地球歷史上的一個重大事件，既有其偶然性，同時又有其必然性。無論如何，從動物的進化到人類的出現，應該是自然界的「別有用心」和「獨具匠心」的結果，將在下一段進行詳細分析和討論。

6 「菌心進化論」提示人類的出現是從物質需求向精神需求的躍遷

從物質開始，先後有了無機物、有機物，然後被組合成生命體，從微生物開始，歷經藻類、植物、動物等漫長的進化過程，及至10~100萬年前左右開始進化出人類[3]。人類的歷史記錄差不多從五千年前左右開始，形成了一個複雜的發展邏輯和過程，從生存到發展，人類的過程基本上經歷了地球上生命發展的快速縮影。然而，近年來隨著社會、經濟的快速發展，人們的物質生活條件越來越豐富，反而導致了以前動物界未曾出現的慢病、尤其是「富貴病」，使得人類開始反思，究竟是什麼原因導致人類陷入到慢病的陷阱中而難以自拔。

隨著科學進步和社會發展，當逐漸發現人體和動物一樣是和腸道菌群共進化，尤其是「飢餓源於菌群」、同時還能夠通過諸如柔性辟穀等技術控制腸道菌群對人體的飢餓感之後，不排除這樣的思考，即自然界所設計和安排的、從動物進化到人類的「意圖」，可能是這樣的一個邏輯體系，即：在動物(含)之前，自然界完成了從「物質域(Domain of materials)」向「生命域(Domain of life)」的進化；而只有、並且當且僅當進化出人類之後，才能夠進一步完成從「生命域」向「精神域(Domain of spirit)」的躍遷，在這個過程中，人腦是關鍵，智慧是核心，即只有通過人腦、通過人類的科學技術和人類文明的發展，人們才能夠意識到，人類需要菌群、菌群也需要人類，菌群賦予人體飢餓感是人體必需攝食的「第一推動力」，並且只有人類才能夠發現(或者發明創造出)這樣的方法：通過生物技術控制腸道菌群對人體的飢餓感，從而能夠比較容易地在短期(例如連續7-14天)時間不餓不食，從「按時吃飯」模式切換為「按需吃飯」之後，人類才能夠從腸道菌群驅動並引導的「物質需求」的角度走出來，走向由人腦所引導的「精神文明」的新空間。

於是，我們不得不對創造生命和我們人類自身的自然界，充滿敬畏，即自然界很有可能是通過腸道菌群這樣的「菌心」，以「飢餓感」的方式控制和引導著人類前進的方向，讓人類既能夠需要物質和營養而保持肉體的存活和意識的存在，同時更能夠設計出在肥胖壓力下，讓人們通過控制腸道菌群對人體進行飢餓感的控制的新技術，從而掙脫物質(食物)對人類的控制，類似於擺脫「第一宇宙速度」限制一樣[34]，讓人們能夠在一定的時間窗例如連續一、兩周的時間之內，生活在不餓不食、暫時不需要食物、而能夠正常生活在人類思想的新空間。在這個新的階段，人類將只需要突出「精神文明」的理想需求，而暫時忽略掉「物質文明」的現實束縛。或許這就是自然界創造生命體、乃至於最後促成人類出現的「初心」之體現。

當然，在人類文明發展新階段，我們還將進一步論證人類思想以語言、文字等代碼的方式，類似於DNA一樣，以「第三操作系統(OS/3)」的方式，記錄著人類文明的發展歷史，將在其他論文中進行系統介紹。

7 結論與展望

自從人類出現以來，對於自己在地球上的來龍去脈，就一直沒有停止思考和探索，不論是仰望星空，還是俯瞰大地，人們都會在讚美大自然的同時，不斷地思考著人生的存在意義與價值。本文基於我們在生物醫學領域慢病防控研究的原創性發現即「飢餓源於菌群」的基礎上所形成的「菌心學說」，以腸道菌群為核心，重新詮釋動物界的進化邏輯，對於以往的達爾文進化論所不能夠解決的若干重要問題，提供了有益的補充和升級，尤其指出動物的進化與腸道菌群的共進化之脅迫壓力密切相關，從而為後續從這個角度深入研究動物的進化脈絡，提供了重要線索。當然，在動物進化過程中，還有一個非常重要的因素，那就是線粒體的問題，這是真核細胞中負責氧化磷酸化和能量代謝的核心所在。鑒於從基因起源的角度來說，線粒體有可能來源於需氧細菌在動物細胞里的「內共生」體系，與細胞核的基因組DNA之間存在密切的基因功能互補關係，同樣符合前述「生物拓撲學」的結構體系，後續我們將在此基礎上進一步完善「菌心進化論」，以便更加接近、逼近和洞察自然界關於動物進化的真相與科學原理之所在。當然，除過線粒體之外，動物體內還有大量病毒、噬菌體等不同種類微生物的存在。結合本文提出的進化論的新觀點，將有可能從新的角度進一步深入研究病毒、噬菌體對於動物進化的意義。

顯而易見，由於「吃飯」是人類生存的第一需求，而一旦本文所說的「菌心進化論」被逐漸證明其正確性，那麼，與「人為財死，鳥為食亡」相關的「物質需求」失控之異常生存邏輯，就有可能從「菌心」失控的角度得到詮釋和解釋，隨之而來的則是我們需要通過學習、認知和教育，協助人體重新恢復「人腦」對於失控的「菌心」(即異常的OS/2)的控制，就有可能讓人們遠離「物質需求」失控的陷阱，而逐漸回歸到追求和平、健康、美麗、幸福的「精神需求」(即正常的OS/3)上來，遠離慢病、犯罪和戰爭的苦惱和困擾，從而對於人類社會的發展和人類文明的進步，將有可能提供源於生命科學新理論的支持和生物技術的新支撐，將為註解和詮釋「21世紀是生命科學的世紀」這個重大命題提供源頭支持。

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