细菌占人体重约10%,人类是否属于细菌的养殖品?细思极恐?

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优美生态环境保卫者

2020年03月30日·吉林大学环境科学理学博士 优质科学领域创作者

细菌占人体重约10%,人类是否属于细菌的养殖品?

细菌是广泛存在于世界各个角落的一类原始单细胞生物,它们的主要结构特点是拥有细胞壁、细胞膜、细胞质和核质,但没有成型的细胞核,在细胞的中心区域拥有由遗传物质DNA和RNA聚集体而形成的核质,因此也被称为“拟核”。细菌作为一种原核生物,其在地球上的存在历史非常悠久,在地球生命体刚刚诞生之后就已经存在。地球表面的土壤和水体中含有大量的细菌,而动植物的体内以及表面也寄生着大量的细菌。

据统计,人身体的内部以及皮肤表皮上的细菌总数,约是人体细胞总数的10倍,但这并不是等同于细菌占人体重的10%,因为构成人体最主要的成分是水(70%),另外还由蛋白质、脂肪以及微量元素,因此,细菌占到人体重的比例大概在2%左右

人体内的细菌种类

据科学家们估算,人的身体内部及皮肤表面,种类多达上千种,其中大部分都是对人体生理功能有益的细菌,这部分被称为“正常菌群”,也就是人体内所共有的一些细菌。而另外还有一部分能够引发疾病的细菌,能够通过一定的传播媒介侵入人体,最终引发呼吸系统、生殖系统、消化系统以及砂眼、皮肤类等疾病,这部分细菌不属于正常菌群,不是每个人体内都存在。

从正常菌群来看,主要分布在皮肤、口腔、鼻咽、消化道、眼结膜、生殖道、泌尿系统等部位。比如在皮肤上生存的典型细菌有表皮葡萄球菌、白色念珠菌等;口腔中的类杆菌、梭杆菌等;鼻咽中的葡萄球菌,甲、乙链球菌,流感杆菌等;消化道内的双歧杆菌、大肠肝菌、乳酸杆菌等;眼结膜中的表皮葡萄球菌、结膜干燥杆菌等;生殖道和泌尿系统内的表达葡萄球菌、白色念珠菌、类白喉杆菌等。

从致病菌群来看,有一部分是通过其它动物传播到人体内的,比如鼠疫杆菌、炭疽杆菌、淋球菌等。还有一部分是当正常菌群在人体内出现了平衡失调,一些正常菌群也会致命机体出现疾病,比如大肠杆菌等。

人体内正常菌群的功能

绝大多数细菌对人的身体健康是有益的,根据细菌所在的不同部位,我们可以简要分析一下主要部位这些细菌对人体的作用。

皮肤上的细菌:对外来病毒和细菌具有一定的排斥作用,可以阻挡这些外来微生物对人体的入侵,是人体免疫系统的第一道防线。

口腔中的细菌:口腔中的大部分细菌可以有效分解食物残渣中的微生物,对保持牙齿和牙龈健康非常有益,但是如果口腔卫生保持得不好,不但会造成牙齿损伤,而且还会增加牙结石、牙龈出血、食道癌等疾病发生的几率。

肠道内的细菌:以大肠杆菌和双歧杆菌为代表的肠道细菌,不但可以有效分解食物,提高人体对营养物质的吸收能力,而且还能够清除进入人体的有害微生物、增强人体免疫力、延缓机体衰老。

从以上可以看出,正常菌群对人体的有益功能,主要是通过抵抗外来有害微生物入侵(生物拮抗)、刺激免疫系统维持其免疫能力(刺激免疫应答)、分解和吸收营养元素、促进新陈代谢等功能,对人体生理功能的维持、机体发育和免疫系统提升具有非常重要的作用。

正常菌群与人体的关系

从以上分析可以看,虽然看似人体内的菌群是完全寄生在人的身体之上,从人体中吸收各种营养元素,但从本质上来看,人体也从这些菌群中获得巨大益处,正常情况下,菌群、人的身体和周围环境三者是处于一种动态的生态平衡状态,在这种平衡状态之下,菌群对于人体的健康和生长发育起到非常巨大的支撑和推动作用,是一种明显的“共生关系”,细菌依赖于人体这个“温床”进行生长和繁衍,而人体也依赖菌群维持正常的生理机能和生长发良,两者谁也离不开谁。

只有当菌群、人的身体与外界自然环境三者的平衡被打破之后,造成菌群数量过量增多、自然环境细菌含量明显增多,人体为菌群提供营养元素数量出现明显减弱等情形时,就会出现人体生态失调的现象。主要的表现就是使用各类广谱性抗生素导致的菌群可逆性失调,正常菌群因种类和数量极剧减少而引发如便秘、牙周火、慢性腹泻等疾病的比例失调,以及正常菌群数量和种类明显变少导致暂时寄生细菌种类和数量明显增多的菌群交替失调。

总结一下

正常菌群与人体之间是相互依存并且相互制约的关系,二者在保持着动态平衡状态下,维持着人体的正常生理机能和推动机体生长发育,是一种明显的共生关系,不存在“人类是否属于细菌的养殖品”这一说法。只是在多种原因的干扰下,使得体内正常菌群的数量和种类上发生了明显的变化,改变了原有与人体环境的协调,才出现了相应的疾病。

路平

2020年04月12日·优质科学领域创作者

细菌和人体的细胞比例关系

一直以来流传着这么一个科普知识:人体并不是完全都是由人的细胞构成的,人的细胞只占据了9%左右,剩余的91%都是细菌的细胞。这个说法也被写到了很多的科普读物当中,流传得非常广。如果真的是这样,那样人体内细菌的重量将会占据人体总重量的一大部分。而且细菌细胞:人体细胞=10:1的比例,也让人感到恐惧,相当于人体是被细菌包围的,更像是行走的细菌培养皿。

那么这个说法到底对不对呢?

客观地说,这说法并不完全对。这要从得出这个结论的实验说起,上世纪70年代,当时科学家托马斯·拉奇想要研究人体细胞和人体内的细菌细胞的比例关系,他们就进行了一系列的实验对消化道的细菌数估算得到了10:1的比例关系。

这个结论被提出时,其实很多人都是质疑的,也因此一直没有被主流的科学界所接受。不仅如此,这个实验本身在数据上和试验方法上都是存在瑕疵的。后来,有人发现这个实验只是针对有细胞核的细胞来估算的。这看起来好像没什么毛病,毕竟细胞都是有细胞核的。但实际上,在人体当中,有大量的细胞是没有细胞核的,这一类细胞就是成熟的红细胞。

于是,有科学家专门针对这个实验做了一个简单的补充实验,他们就发现,这个结果更偏向于细菌和人的细胞各占50%的水平。也就是说,细菌细胞:人体细胞=1:1的关系。当然,这还只是粗略的估算。

后来,几位来自于以色列和加拿大的科学家真的想要更加准确地估算出一个比例。他们以一个身高为1.7米,体重为70公斤的标准参考来进行估算,最终得到的结果是1.3:1。也就是说,细菌的细胞要稍微多一点,人体的细胞要稍微少一点。

那么问题来了,既然是细菌的数量更多,那是不是说明人类只是一个行走的细菌培养皿?而且这些细菌明明是大多数,为什么我们却看不到?

人体中的细菌

如果我们单纯的认为人体只是行走的细菌培养皿,那就大错特错了。人和细菌实际上是一种共生的关系。所谓共生就是指两种不同生物之间所形成的紧密互利关系。也就是说,人和这些细菌其实是合作者的关系,各自牟利,一起进退。比如:鳄鱼和竹签鸟就属于互利共生的关系,竹签鸟帮鳄鱼剔牙,可以获取到食物,而鳄鱼的口腔也因此变得健康。

当然,这并不是说细菌有“智商”,这其实是亿万年来演化的结果。我们知道,生命大概起源于40亿年前左右。最早的生命其实都是结构极其简单的。按照线粒体的内共生学说,到了距今17亿年左右,发生了一件大事。一个大的细胞吞噬另外一个小的细胞,照理说这也不是多大的事,可有意思的就是这个小的细胞没有被分解掉,而是和大的细胞形成了共生关系,小的细胞可以从大的细胞这里获得营养,而大的细胞这用小细胞来生产能量。这个小细胞就是如今细胞中的线粒体。其实植物中的叶绿体的起源也类似。这也是为什么线粒体和叶绿体当中会有DNA的原因,

这些意外成了可以演化出多细胞生物的能量基础。

除了在演化路径上有过共生关系。人类内部也存在着大量的共生关系。最典型的例子就是生活在人体消化系统中的细菌和真菌。比如:双歧杆菌乳酸杆菌

这些细菌和真菌会附着在肠壁上,通过繁殖和生长,可以产生乳酸、乙酸,以此来降低肠道的PH值,改善肠道的环境。如果肠道当中的细菌和真菌几乎都是有益菌,那有助于营养物质的吸收以及可以有效地促进人体免疫功能发挥作用。更重要的是,它们可以挤压有害菌的生活空间。所以,人体和有益菌就是非常常见的共生关系。但并不是说,人体内所有的细菌都和人体是共生关系,有些其实也会产生负面作用,比如:胃里的幽冥螺杆菌会引起胃炎,而肠道里的大肠杆菌会引起腹泻。

所以,有时候因为肠胃不舒服而引发的腹泻,医生常常会开调节肠道菌群的药。而服用抗生素,虽然可以消灭掉很多有害菌,但实际上也同时消灭了很多有益菌。

总结

人体其实没有办法摆脱共生关系,或者说如果没有这些细菌,人可能根本活不了。在自然界,所有的动植物都是如此。同样的,这些细菌也没有办法摆脱人体而单独存在,这样它们也会死。因此,从这个角度来看,人类和细菌其实是合作关系,而不是谁主导了谁。

战锤工场

2020年03月29日

人体内外的细菌总数是人体细胞总数的10倍以上,但是人并不是由细菌“养殖”,更多的像是“共生”,人体需要细菌协调完成很多生理功能,绝对无菌反而不利于人类生存。

可能很多人都听说过“菌群失调”这种疾病,它既有可能发生在人体皮肤上,也有可能发生在人的肠胃道。前边也说过了,人体内外的细菌数量是人体细胞数量的10倍以上,在皮肤上寄居着很多细菌,它们以人体分泌的物质为食物,但是这些细菌绝大多数对人体无害,而且可以凭借生存竞争影响外来杂菌在人体表面的生存,它们和人体发关系不是简单的寄生关系,绝大多数情况下和人体互不侵犯;人体肠胃道中也有很多微生物,它们以肠胃道中被分解的物质为食物,一般情况下它们也不会和人体产生矛盾,而且由于人类演化史的关系,人类的大肠有所削弱,肠道菌群的存在可以协助人类消化粗纤维等人体本身较难利用的物质,它们所求的不过是一点点营养。

基于寄居在人体内外的微生物的功能,人体是离不开微生物的,所以老话说的“不干不净吃了没病”并不是毫无道理,绝大多数的微生物对人体并没有什么危害,反而是那些有一定洁癖、不断用消毒水洗手的人反而更容易犯皮肤问题。人体无法排斥这些微生物的影响,因为整个肠胃道可以说都是位于“体外”,和外界细菌有密切交换,这些微生物和人体细胞共同维持着人体的生理功能,缺少哪一方都不是很好,而且在人体虚弱或者疾病状态下,更容易发生菌群失调症,说明人体的免疫基本能识别那些对人体有害或者有利的微生物,它们有助于人体免疫功能,也有助于人体的正常生理功能,是人体适应环境的一种表现形式。

人体内外微生物数量多,其中一个重要的原因是微生物的体积很小,可以很随意地分布于人体的组织细胞缝隙之中,另一个原因是它们并不需要借助人体繁衍,它们所求的只是一点人体不能很好利用的能量,对于人体来说并没有多少损失。

风云我辈之漫步科研路

2020年03月29日·优质科学领域创作者

大家好,我不是权威,我是漫步科研路。

我不能确定细菌跟人体重的比例是不是10%,但是根据之前的人类基因组计划中的肠道宏基因组计划研究结果显示人的身体中的微生物数量数以万计,它们跟人体细胞的比例为10:1对于人体微生物数量和这个比值,我们大可不必恐慌。因为这在自然界太正常不过。

先说人类,在我们人类很早期,微生物就一直寄居在人体之中。光人体的肠道中有超过千种的微生物,这些微生物里面一部分是益生菌,一部分是对人体有害的细菌。他们跟人体处于一种很复杂的平衡关系。一旦这个平衡被打破,那么你就会拉肚子,产生不良反应。但是一般情况下,细菌之间相互对抗约束,人体器官对他们的约束都能保证我们都相安无事,各取所需。这是人体跟细菌长期进化过程中形成的一种共生关系。

再说植物,在植物体内也存在很多内生菌,他们参与了植物的代谢,植物营养吸收等多个过程,对植物的生长有着非常重要的作用。之前研究人员做个这样的实验,把一株植物的种子在无菌的条件下萌发,然后生长的土壤中也不含菌,就是完全让植物在无菌的环境下生长,结果发现,植物长得很差。这说明菌群对于植物的重要性。在植物里面有个内共生假说,说植物细胞里面的线粒体和叶绿体分别起源于原始真核细胞内共生的细菌和蓝藻。这就是一种典型的原始植物细胞如何跟细菌产生共生的例子。原始的真核细胞可以通过细菌(原线粒体祖先)来获取能量。也就是说是真核生物利用了细菌。

因此,虽然我们人体内微生物数量惊人,但是早已经跟人体和平共处了。植物也是一样。正常情况下,它们对人体是不会有很大伤害的。除非我们摄取不干净的东西,让有害微生物数量增加,打破现有的平衡,这样我们才有可能患病。另外,我们环境中也到处都是细菌等微生物,人体早就适应了跟他们打交道,大可不必惶恐。我们需要警惕的就是像新冠病毒这样的,因为它们平时远离人类,寄居在野生动物体内,一旦哪天这些病毒跟人体接触,就有可能产生严重后果。因为人体没跟他们打过交道,人体的免疫系统不知道该产生多少免疫因子来对付它们。这次就是因为人体不了解新冠病毒,结果产生的免疫因子太多在杀死病毒的同时也杀死了人体的重要器官-肺。所以对于野生动物,还是要保持距离,更不可胡乱食用!

天天爱科普

2020年03月29日

“我们的身体绝大部分都是由细菌组成的,人身上共生细菌的数量是自身细胞数量的10倍!”类似的说法流传相当广泛,它经常出现在冷知识读物中,不少论文中也会引用它来说明人体菌群的重要性。不过,10:1这个数字其实并不怎么靠谱。翻阅有关资料发现。

  最近,来自以色列和加拿大的几位研究者就对人体细菌与细胞的数量较起了真。经过重新估算,他们指出,人体细菌和人体细胞的数量比例远没有大家以为的 那样夸张,细菌和细胞的总数其实差不太多。根据这个新版的估算,一个体重70千克、身高1.7米的“标准参考人”(reference man)身上的细菌/细胞比值平均为1.3:1。

  在biorxiv上发布的论文先行版中,研究者们首先追溯了“细菌数量是人体细胞10倍”这个说法的来源。结果发现,这个数值确实来自一篇研究论文,但论文的年代已经相当久远(1972年),而且估算方式其实也十分粗略。在原始论文中,微生物学家托马斯?拉奇(Thomas Luckey)估计消化道容积约有1升,而每克肠道内容物的细菌含量约有1011,由此得出肠道细菌的数量大致为1014。然而,这个估算非常值得怀疑:这只是数量级的估计,实际的数据到底是多少?而且,人的消化道也不是从上到下都均匀分布着那么多细菌啊,难道不应该分段计算吗?

  于是,研究者们就开始了自己的修正计算。在参考了大量文献资料之后,他们发现以往的结果确实把肠道细菌数估计得太高了。消化道细菌是人体菌群的主体,而在消化道中,绝大部分细菌又都集中在结肠部分。根据既往研究数据,一个“标准人”的结肠容积大约是0.4升,其中内容物的细菌含量约是每克0.9×1011。由此估计下来,一个“标准人”身上的细菌数量大约是3.9×1013。新老版本“细菌细胞比”的估算数据比较。

  那么细胞呢?论文作者们同样找到了很多不同方法测量的数据来进行重新估算。在细胞数量上,红细胞的贡献最大,据估计“标准人”体内的红细胞总数约有2.5×1013。整体算下来,“标准人”的细胞总数大约是3×1013左右,这和细菌的数量其实相当接近。

不同类型细胞的数量和质量占比,从左到右依次为:红细胞、血小板、脂肪细胞、其他以及肌肉细胞。

  有意思的是,如果只考虑人体内的有核细胞(数量估计值为0.3×1013),细菌/细胞的比例倒真的和10:1相差不远。

  这个新版的估算值依然有不少不确定性,而且相关论文目前还没有在学术期刊上正式发表。不过,它确实给我们提了个醒:即使是已经广泛流传、几乎成了“常识”的说法,也值得带着较真的态度去分析一下。

假如我们成功地消灭了一种疾病,总会有一种新的疾病伺伏在一旁,等着取代它的位置。然而,在现实生活中,细菌致病并非常规,实话说,细菌致病是很罕见的。地球上细菌众多,致病菌的种类相对来说是很少的。疾病的发生,通常是为共生而进行的谈判无结果造成的,是共生双方中的一方越过了边境线,是生物界里边界协定的误解。大多数细菌一门心思在吃喝,它们不断改变着有机分子的结构,这样,这些分子便可被用来满足其他生命形式的能源需要。总的来说,这些细菌相互之间不可分离,以相互依赖的群落的形式生活在一起。有一些细菌在更专门、更局部的关系中成了更高级生物的共生者,作为工作零件活在其组织中。豆科植物的根瘤如果没有根瘤菌,那就既不会形成,也没有作用。大量的根瘤菌群集在根毛中,与之结成亲密的关系,以至于要用电子显微镜才能分辨得出哪些膜属于细菌,哪些属于植物。昆虫身上都带有细菌的群落,这些菌细胞似乎成了昆虫体内的小小腺体。没人知道它们在干些什么,只知道它们干的事很重要。动物肠道内的微生物群落成了动物营养系统的一部分。当然还有线粒体和叶绿体,它们在一切生物里都是正式居民。

细菌小知识细菌广泛分布于土壤和水中,或者与其他生物共生。人体身上也带有相当多的细菌。据估计,人体内及表皮上的细菌细胞总数约是人体细胞总数的十倍。细菌的分类如下:按细菌的形状分:可分为球菌、杆菌和螺形菌三类。

按细菌的生活方式分:可分为自养菌和异养菌两类。

按细菌对氧气的需求分:可分为需氧(完全需氧和微需氧)细菌和厌氧(不完全厌氧、有氧耐受和完全厌氧)细菌两类。

按细菌生存温度分:可分为喜冷细菌、常温细菌和喜高温细菌三类。