當第一批人類走出非洲時，隨他們一同 " 出走 " 的，還有他們的腸道微生物。事實證明，這些微生物也隨著人們自身的進化而進化了。

人類腸道微生物組由成千上萬種細菌和古菌組成。在一個特定的微生物物種中，不同菌株攜帶著不同的基因，它們可以影響人的健康和易感的疾病。

腸道微生物藝術家暢想圖。（圖／Darryl Leja, National Human Genome Research Institute, National Institutes of Health）

生活在世界不同國家的人之間，微生物組成和腸道微生物組的多樣性存在著明顯的差異，比如，不同人群的腸道中可能生活著不同物種，或者同一個物種下的不同菌株。盡管研究人員剛剛開始了解哪些因素會影響微生物組的組成（比如飲食），但對同一個微生物物種存在不同菌株的原因仍然知之甚少。

近日，一組研究微生物進化和微生物組的科學家發現，微生物不僅隨著其早期現代人類宿主在全球各地的旅行而變得多樣化，而且它們通過限制自己在腸道中的生活，跟隨著人類共同進化。論文已發表在《科學》上。

微生物與人類共享進化史

科學家首先提出假說認為，人類的足跡遍布全球，并在遺傳上實現多樣化，而我們腸道中的微生物物種同樣如此。換句話說，腸道微生物和它們的人類宿主共同多樣化，且共同進化。

就像人類的多樣化讓亞洲人和歐洲人看上去就有明顯的差異，體內的微生物組也是如此。

為了評估這一點，研究人員需要將來自世界各地的人類基因組，和微生物組數據進行配對。然而，在這項研究之初，同時提供個人微生物組數據和基因組信息的數據集非常有限。大多數公開可用的數據來自北美和西歐，而他們需要更能代表世界各地人口的數據。

因此，研究團隊使用了來自喀麥隆、韓國和英國的現有數據，并在加蓬、越南和德國額外招募了一些母親和她們的幼童。他們收集了成年人的唾液樣本，從而確定他們的基因型或遺傳特征，同時采集了糞便樣本，對腸道微生物的基因組進行測序。

研究人員在分析中使用了 839 名成人和 386 名兒童的數據。為了評估人類和腸道微生物的進化歷史，他們還為每個人以及最常見的微生物物種的 59 個菌株構建了系統發育樹。

將人類與微生物的系統發育樹比較后發現，它們的匹配程度呈現一種梯度。一些細菌的系統發育樹與人類的完全不匹配；還有一些則匹配得相當好，表明這些物種與人類共同多樣化。事實上，一些微生物物種在幾十萬年間一直在共同進化。

人類參與者（左）和一種緊密匹配的細菌物種（右）的系統發育樹，它們表明人類和這種細菌在進化過程中共同發生多樣化。（圖／Suzuki et al., Science Volume 377, abm 7759 ( 2022 ) , CC BY-NC-ND）

他們還發現，與人共同進化的微生物與沒有的那些相比，有一套獨特的基因和性狀。與人類 " 搭檔 " 的微生物的基因組通常更小，對氧氣和溫度更敏感，大多無法忍受低于人體溫的條件。

相反，與人類進化關系較弱的腸道微生物則具有一些在外部環境中自由生活的細菌的特征和基因。這一發現表明，共同多樣化的微生物，在很大程度上依賴于人體的環境條件，并且必須從一個人迅速傳播到另一個人，或是代代相傳，或是生活在同一社區的人之間傳播。

團隊注意到，母親和她們的孩子的腸道中具有相同的微生物菌株，從而證實了這種傳播模式。相比之下，沒有共同多樣化的微生物，更有可能在體外環境很好地生存，并通過水和土壤更廣泛地傳播。

腸道微生物與個性化醫療

這項研究發現了腸道微生物與人類宿主的共同進化，這提供了另一種方式來看待人類腸道微生物組。

腸道微生物在人與人之間傳遞了數百甚至上千代，隨著人類的改變，他們的腸道微生物也在變化。因此，一些腸道微生物就好像它們是人體的基因組的一部分，它們是世代相傳的基因包，在相關個體之間共享。

個性化醫療和基因檢測開始讓治療更針對個體，也更加有效。了解哪些微生物與人們建立了長期的 " 伙伴關系 "，可能有助于研究人員開發出針對不同人群的基于微生物組的治療方法。臨床醫生已經在使用來自社區成員的腸道微生物的 " 本地 " 益生菌，來治療營養不良。

這項發現還能幫助科學家更好地理解微生物如何在生態和進化上從環境中 " 自由生活 "，過渡到依賴人類腸道的環境。共同多樣化的微生物具有的性狀和基因，讓人想起生活在昆蟲宿主體內的共生細菌。這些共同的特征表明，其他動物宿主也可能有在進化過程中與它們共同多樣化的腸道微生物。

特別關注與人類有共同進化歷史的微生物，有助于理解它們在人類福祉中發揮的關鍵作用。