新華社北京9月15日電（記者屈婷）挖土機舉起成噸的泥土，傾倒在卡車拖鬥內。對于藏身土壤中的數以百億計微生物而言，車輪飛轉間，一場環球“遷徙”才剛剛開始。中國環境科學家的一項最新分析表明：人類活動正以前所未有的速度和規模改變著微生物全球“遷徙”的腳步，這場看不見的“巨變”已突破一個危險的“平衡點”。

　　中國科學院城市環境研究所所長朱永官帶領一個國際科學研究團隊，在總結已有研究成果的基礎上提出微生物的全球遷徙，並係統闡述了這種遷徙給環境和生態帶來的影響。這些成果發表在9月15日出版的國際學術期刊《科學》上。

　　該論文的共同作者，澳大利亞科學家吉林斯教授説，過去對于微生物的研究大多在一個過程或區域內，進行微觀尺度的考察。這一論文首次係統性提出微生物全球遷徙的場景，其全球尺度、多學科的研究視野展示了“環境科學的新增長點”。

　　2017年1月，朱永官（右一）在實驗室向《Science》記者講述該研究成果。中科院城市環境研究所供圖。

　　“超級細菌”超級危險

　　靠著空氣和水的驅動，微生物的自然遷移已持續數十億年。它們和看得見的生物，包括人、動物和植物等，一直維持著微妙的動態平衡。但朱永官警告説，過去100年間，這種平衡已逐漸被打破。如今，微生物正以一種“不可預估的方式”改變著全球生態係統，“超級細菌”正變得越來越危險。

　　在微生物世界，最為人熟知的“成員”是細菌。作為單細胞的生物，它們只要彼此相遇，就可能發生DNA交流，科學家稱之為“基因橫向轉移”。它們也非常善變，特別是在化學污染物的“壓力”下，會顯著增加基因突變和橫向轉移的概率。

　　朱永官説，細菌比我們想像的“聰明得多”。在新的環境下，它們能夠通過基因橫向轉移和突變，快速獲得適應性優勢，從而“活下去”，並可能“進化”出藥石罔效的“超級細菌”。

　　朱永官所在的科學團隊在過去10多年先後在全球范圍內採集了土壤、糞便、污水、植物等數千個樣本，研究微生物多樣性和地球化學迴圈的關係，以及與地下生態係統的關聯。他們的係列研究揭示的圖景令人不安：一種名為“抗生素抗性基因”（ARGs）正加入致病菌之間的基因交流，使其耐藥性變得“難以控制”。其中一個代表性的遺傳元件就是臨床一類整合子。

　　“這（指臨床一類整合子）是一種單一來源的外來基因。”朱永官認為，它源于人類對抗生素的濫用。

　　示意圖顯示：抗生素的不合理使用加速耐藥基因在環境中的突變、增殖和擴散。中科院城市環境研究所供圖。

　　“始作俑者”：人類活動

　　人類活動是這一切的“始作俑者”。朱永官説，研究結果以“百年”為時間尺度，正是因為人類歷史上從沒有哪個時代發生過如此空前的生物和物質的流動。依靠著飛機、輪船和火車，人和動物，尤其是農業牲畜得以把腸道排泄物擴散出地理緯度上的“洲際”。毫無疑問，全球貿易、國際旅遊也加劇了腸道微生物的擴散。

　　物質流動則更為隱蔽和危險。每克土壤含有高達10億個微生物，而超級工程一次所能調動的土、沙、石就可能超過數萬年自然過程所帶來的總和。地上、地下的水流攜帶著農業、工業排放的化學污染物，包括金屬、抗生素和消毒劑，促使細菌不斷“交流”和“進化”，催生出令人生畏的致命病原菌。

　　2013年，朱永官曾帶領另一個團隊調查了三個大型養豬場。在肥料和附近的河流中，他們首次發現了大量“抗生素抗性基因”，其數量高于對照樣本數百甚至數千倍。2015年，《科學》雜志報道了這一發現，並指出“研究者在重新審視新興養殖業對公共健康的威脅”。

　　文章指出，人類對自然界的破壞已到了新的轉折點，微生物世界的活動“很可能已經不是平衡態”。“這個過程是非線性的，可能達到某種程度會突然迸發出來，這也是我們最擔心的。”朱永官説。

　　2015年3月，朱永官在世界衛生組織發言。中科院城市環境研究所供圖。

　　破題之“道”在哪裏

　　在一場化學反應中，平衡點就如同“潘多拉的魔盒”，引發一係列裂變和重組。當地球上所有的化學反應疊加在一起，如何精準地預測出引爆未來生物圈變化的那個“點”？在發現問題之外，朱永官和他的國際團隊還要找到破題之“道”。

　　文章指出，生物基因組學和地球化學的大數據融合，將是探究微生物時空分布和全球環境變化之間復雜關係的“第一步”。朱永官解釋説，人類活動極大改變了微生物的分布區域和生物多樣性，光靠某一個學科的“單打獨鬥”已經無法模擬、推算出地球生態係統的全貌。

　　朱永官説，經過數十年的積累，特別是基因組學技術的發展，中國環境科學家和國際領先研究者正站在“同一個起跑線上”。“微生物和抗性基因在環境中的傳遞和擴散是無國界的，國際合作至關重要。”他認為，中國學者應將國家環保的需求和科學前沿有機結合，這樣研究成果既能服務國家需求，又能造福世界。

　　2013年9月，朱永官帶領的科研團隊在成都郊區某養雞場拍攝到的飼料添加劑。中科院城市環境研究所供圖。

　　全球每年有70萬人死于“超級細菌”感染。2016年，中國政府發布《遏制細菌耐藥國家行動計劃（2016－2020年）》，成為少數具備與抗生素和耐藥性作鬥爭的全面計劃的國家之一。

　　朱永官指出，當前應加強對環境微生物的監控，並提升對源頭微生物的處置水準。“未來需要特別重視監督和提高廢水和動物糞便的處理。如果忽略微生物的重要作用，將會給人類帶來災難。”

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責任編輯： 潘子荻