​

本书由美国著名地理学家大卫·R·蒙哥马利和他的生物学家妻子安妮·贝克尔共同撰写。

在阅读《看不见的自然》之前，让我们先盖上书本，沉思一下。 自然界中有什么是看不见的？

这本书的书名也让我想起了我读过的《看不见的森林》。

看不见的自然是我们脚下繁衍生息的微小生命，我们对其知之甚少，也无法用肉眼看到——不仅在我们脚下，而且在我们体内。

所以这本书的重点是微生物。

1：微生物

首先我们来认识一下微生物

1、数量大：微生物虽然小到肉眼看不见，但如果全部连接起来，可以有1亿光年长。 完全超出了夜空中可见的最远星星的距离。

例如，一小撮肥沃的土壤所含有的细菌数量就比非洲、中国和印度的全部人口还要多。

据估计，所有微生物加起来占地球上生命质量的一半。

2、种类：可分为古细菌、细菌、真菌、原生生物和病毒五大类。

​

3、微生物也有自己的地下生态系统。

不同的环境，微生物的组成和结构完全不同。

例如，热带森林、沙漠、北极和南极的微生物群落，由于分解功能不同，微生物种类也不同，各有自己的生态系统。

4、生命力强​​，适应各种环境。

自最早的生命开始以来，微生物在36亿年的时间里已经繁殖了至少80万亿代，显示出顽强的生命力。

耐高温：接近400度的黑色烟囱喷口依然活着。

耐低温性：在南极冰层的冰冻湖泊中也发现了古细菌。

耐旱：沙漠干旱中的古老盐湖蕴藏着活细菌。

耐辐射性：耐辐射奇球菌对辐射以及极端的热、冷和酸具有令人难以置信的抵抗力。 20 世纪 50 年代，研究人员将一罐肉暴露在致命水平的高辐射下，然后打开它，发现里面有一群健康的耐辐射细菌。 这种高度适应性的细菌可以承受一千倍于杀死人类的辐射量，这种适应性使其能够在核电站致命的冷却池中茁壮成长。

科学家们希望有一天能够对耐放射性细菌进行基因改造，使它们能够吃掉并清理核废料。

5. 前世今生

今天的大多数极端微生物都起源于古老的古细菌，其历史可以追溯到地球早期的极热和低氧时期。 在缺氧的环境中，它们可以从硫化氢、甲烷和氨等化合物中获取能量。 我们称它们为厌氧微生物。

细菌（尤其是蓝细菌）出现后，它们会向大气中释放氧气。 氧很容易与许多元素发生反应，尤其是铁。 细菌在原始海洋外沉积了大量氧化铁，形成了带状铁结构，形成了世界上一些最古老的岩石。

2.5至23亿年前，蓝藻变得更加丰富，易氧化的矿物质耗尽，氧气开始在大气中积聚。

15亿年后，光合细菌为像我们这样的需氧生物的出现铺平了道路，大气中的氧气水平达到了足以维持动物生存的水平。

如今，500万年前的古细菌、细菌和真菌仍然生活在海底泥浆或更深的玄武岩下。 他们与后来来到这个地球的我们人类共享这个星球。

6. 微生物是如何随着时间的推移而繁殖并进化到现在的？

细菌、古细菌和病毒可以相互交换遗传物质，不仅在它们内部，而且在物种之间。 微生物可以将基因转移给原生生物、昆虫、植物和动物。 他们不必遵守与我们相同的遗传法则。

这种遗传物质的无性交换称为水平基因转移。 这种交换模式根本不是达尔文式的。

例如，细菌已将 43,000 年前猛犸象骨骼中的 DNA 整合到自己的基因组中。 微生物从周围环境中死亡生物的基因“垃圾场”中获取DNA，使微生物能够快速适应新环境。

这种进化形式与大型生物体的进化完全不同，大型生物体必须进行求偶和笨拙的性行为才能传递基因。

7. 微生物来源的确认

2008年，科学家分析了27亿年前叠层石中保存的有机球体，结果支持了他们关于微生物起源的理论。

当一层薄薄的碎片沉降下来，然后被由细菌菌落组成的细丝和垫子包围时，叠层石就形成了，逐层沉积形成叠层石。 尽管细菌不能作为个体保存，但它们会留下生物膜结构的痕迹。 地球早期生命存在的直接证据主要体现在这个结构上。

8.微生物的作用

.创造富氧气氛

.驱动全球氮循环，捕获氮，合成氨基酸，保持土壤肥沃。

.微生物维持着驱动世界各地生态系统的物质循环。

当然，他们也从中受益。

当第一批勇敢的两栖动物离开海洋踏上陆地时，微生物也随之而来。

打个比方，植物和动物就像是为微生物建造的探索新世界的宇宙飞船，而微生物更像是船员。

当我们探索其他星球并想要殖民其他星球时，微生物已经通过植物和动物传播到世界各地。

2：微生物的发现重塑了生物进化树

​

作者细致地描述了近300年来科学家认识生命的过程，从林奈对动植物的命名，到列文虎克对显微镜的痴迷，巴斯德对细菌发酵的研究，以及沃森和克里克的DNA双螺旋。

​

现在我们对生物进行这样的分类：

古细菌领域包含最古老的生物体，

Bacteria域包含原始常规细菌，

真核生物领域包括所有其他生物，包括我们人类。

病毒域即将显现。

三：从共生关系中认识生命

我记得在以前的书中读过，叶绿体和线粒体是由细菌进化而来的，但我根本不了解这个进化过程。 在本书中，作者用通俗易懂的语言进行科普。 读完后我爱不释手。 这就是我特别喜欢外国的原因。 人们写书的原因。

我们先来看看对共生起源做出贡献的前辈科学家：

德国生物学家安德烈亚斯·辛帕（Andreas Simpa）于1893年提出叶绿体（植物的光合作用细胞器）起源于细菌。

1910年，俄罗斯植物学家康斯坦丁·梅列斯科夫斯基（Konstantin Mereskovsky）创造了“共生起源”一词。

此外，美国人伊万·沃林在1927年的《共生与物种起源》一书中描述了细菌结合形成新生命形式的可能形式。

在生物学的早期，微生物共生导致多细胞生物体产生的观点几乎没有支持者。

20世纪的大多数进化生物学家都同意达尔文的观点，即进化是由个体之间的竞争驱动的缓慢而残酷的物种形成过程。

但有一位才华横溢、意志坚定的女科学家林恩·马古利斯 (Lynne Margulies) 在 20 世纪 70 年代和 80 年代挑战了这种传统的进化论观点。

上图是Margulis三融合的透视图。

第一次融合：大约 20 亿年前，一对厌氧生物（一种古细菌和一种游泳细菌）结合在一起，创造出了第一个真核细胞。 最早的生命古菌生活在氨、大量盐酸和早期地球火山喷发产生的硫磺中。 他们在这种高温、缺氧的环境中生活得很好。 古细菌通过吸收游动细菌（马古利斯认为是一种称为螺旋体的弯曲细菌）来创造新的微生物。 游泳的细菌变成尾巴状的附属物，推动它们新生的自我在地球广阔的海洋中前进。 通过这种方式，古细菌获得了移动的能力，游动的细菌获得了保护和可靠的食物来源（古细菌的代谢副产品）。 第一次融合创造了原生生物。

环境条件的变化促使了第二次收敛：

由于光合细菌的增殖及其废物的产生，大气中的氧气含量增加，氧气使新型需氧细菌得以繁殖。 第一次融合产生的原生生物自然地与这些新的需氧细菌纠缠在一起。 当原生生物摄入需氧细菌但无法消化它们时，就会产生一种新的生物体。 三合一后，新生物就可以靠氧气生存了。 第二次融合的产物是动物和真菌的共同祖先。 我们现在知道，这种被捕获的需氧细菌的后代是线粒体，即多细胞生物细胞内的能量站。

第三次融合：

大约9亿年前，另一种微生物蓝藻加入了这种复杂的生物体，形成了这种杂种生物，它可以利用氧气摄取蓝藻而不杀死它。 蓝藻通过长期的光合作用收集太阳能。 摄入蓝细菌可以将古细菌+游泳细菌+需氧细菌的三合体变成能够生产碳水化合物的太阳能工厂。 第三次融合产生了植物，而赋予植物绿色的叶绿体是蓝细菌的后代。

尽管细节仍有争议，但大多数生物学家现在都接受了曾经激进的微生物融合创造多细胞生物的想法。

自从微生物联合起来产生多细胞生物体以来，合作、寄生和整体冲突塑造了它们与植物和动物的关系。

日复一日，随着生命之树的成长，从苦难中诞生的关系在必要时会变成团结的关系。

达尔文无法想象微观世界是一个充满合作的地方，或者我们的身体里隐藏着一些证据。 我们超过三分之一的基因遗传自细菌、古细菌和病毒。

书中还提到，美国一家实验室证实了这种微生物伙伴关系：

2014 年，当我们撰写本书时，哈佛大学的两位微生物学家进行了一项实验，证明了蓝藻细菌和酵母（一种古老的啤酒酵母）之间的共生关系。 酵母可以代谢糖并产生二氧化碳，供蓝细菌进行光合作用。 蓝藻分解亚硝酸盐，它们产生的铵是酵母的氮源。

四：土壤

土壤章节有许多精彩的科学发现故事。 通过了解科学家的发明，我们可以了解到，对土壤的认识是一个渐进的过程，每一项发明都站在前人的肩膀上。

1634 年，比利时化学家赫尔蒙特不相信植物吃土壤的公认观点，他在装有 200 磅干土的盆中种植了一棵 5 磅重的柳树苗。 他只是给树浇水并让它生长，这对于被监禁在家里的人来说是一个完美的实验。 五年后，他重新称量这棵树，发现它增加了 164 磅，但只损失了 2 盎司土壤。 他得出结论，树木通过吸收水分而生长。

一个半世纪后的 1804 年，专门研究植物生理学的瑞士化学家尼古拉斯·西奥多·索绪尔（Nicolas-Théodore Saussure）重复了赫尔蒙特的实验，仔细称重并计算了植物消耗的水和能量的量。 二氧化碳。 作为一名熟练的实验科学家，他使用精确到百分之一盎司的新仪器，证明植物通过将液态水与二氧化碳气体结合而在阳光下生长，这一过程称为光合作用。

1840年，德国化学家李比希和他的学生很快提出了植物生长所需的五个关键因素：水（H2O）、二氧化碳（CO2）、氮（N）和两种源自岩石的矿物元素——磷（P）和钾（ K）。

1888年，两位德国化学家发现豌豆根瘤中生长的微生物可以固氮。

1909年，德国化学家哈伯发明了氨的化学合成法，使工业能够生产大量的氮。 西方国家在一战结束后才开始使用化肥，二战后，军火加工厂改建为化肥厂。

当哈伯和博斯正在努力解决氮问题时，英国人霍华德爵士正在研究有机物对土壤肥力的恢复作用。 但大多数人不想听到他的发现。

结果，1843 年至 1975 年间在 Roshamsted 进行的实验表明，使用农家肥一个多世纪以来，土壤的氮含量增加了两倍。 相比之下，在使用化肥处理的地块中，几乎所有的氮都从土壤中流失，被径流带走或被地下水淋滤。 最终，罗翰斯特德试验表明，粪肥可以提高土壤肥力，而化肥可以作为快速解决方案的临时替代品。

（外国人的实验可以持续100年，作为一个中国人，我很惊讶！）

他看到农民不可避免地转向化学解决方案来解决生物问题，从而造成更多的生物问题。 这种恶性循环导致需要研究、开发和销售更多的化学溶液，使农药成为化肥的致命仆人。

霍华德认为，农药和化肥与海洛因一样容易上瘾。 一开始非常有效，然后效率就会直线下降。

土壤肥力源自生物，即源自真菌、植物和其他土壤生物之间的所有相互作用。

五：地下的地下联盟

没有有机物，土壤就无法生存。 说白了，有机物就是死去的动植物，而且有臭味。 有机物质听起来更有吸引力。

有机质是土壤的命脉，是原始地下经济的货币。

当我还是个孩子的时候，在物质匮乏的时代，狗会吃粪便，啃食废弃的骨头。 我们可以看到这是一种用牙齿消化有机物的动物。 同样的，土壤下面还有很多我们看不见的小动物。 它们是土壤中的“狗”——蠼螋、甲虫和蚯蚓。 它们开始分解有机物以产生营养物质，留下碳、氮和由氢组成的简单化合物的混合物。

然后，较小的螨虫和跳蚤（可以用 10 倍手持放大镜观察）继续分解蚯蚓未破碎的物质。

当所有这些活动将有机物分解成小块时，它们与潮湿、营养丰富的粪便颗粒一起，为真菌和细菌准备了丰盛的盛宴。

与蚯蚓不同，微生物没有牙齿、颚或充满碎片的砂囊。 它们不需要嘴，而是利用酸和酶来吞噬有机物。 这些微小的耕耘者比蜜蜂还忙碌。

真菌和细菌维持着土壤生物花园，是地下世界的主要媒介。

真菌菌丝的森林网络是地球上最大的生命形式，形成绵延数英里的地下网络。

当我们对微生物有了一些了解后，我们就不再以同样的方式看待一堆腐烂的叶子。 相反，我们看到一场宴会为地球上的晚餐客人提供食物，他们有独特的能力将自己的食物转化为植物可以再次利用的营养物质。 因为土壤中的每一种生物最终都会成为其他生物的食物，吃、死亡和腐烂的无休止的循环会形成肥沃的土壤——新生命的源泉。

书中还列出了植物，地下联盟中的微生物也发挥着重要作用。

植物不能逃跑或隐藏，但它们有其他防御策略，例如植物的剑（刺）和盾（蜡质叶表皮）。 微生物士兵在地下进行这种防御工作，就像宫殿守卫一样保护他们的植物盟友。

将植物的根系想象成地下景观中的一座城堡，藏匿着微生物强盗和入侵者。 植物以绿叶为手，打开水龙头，分泌物开始沿着墙壁滴入根际。 通过这种方式，植物利用只有它们才能制造的碳水化合物（和其他化合物）来吸引和建立一个微生物卫士群落，从而击退、阻止或消灭其他微生物天敌。

6：人类微生物

这本书的结构一半是自然界的生态系统（人类除外），一半是人体的生态系统。 剩下的章节感觉是安妮写的，占了全书的二分之一。

人体是一个巨大的生态系统。 事实上，它更像是一个拥有丰富多样生态系统的星球。

正如塞伦盖蒂和西伯利亚的生态系统截然不同，每个星球都拥有大量的微生物。

我们每个人内心都有本性。

想象一下构成我们身体大部分的微生物的景观——从我们肠道的河谷，到头发的森林，干燥脚趾甲的沙漠，以及我们眼睛的天空。 这些地方居住着大量相互联系的居民，与地球上任何其他生态系统一样充满活力。 它们还受到生态系统可见的、有规律的自然过程的影响——丰富和稀缺的循环、灾难、狩猎关系、温度和湿度等等。

作者从自己的HPV感染、宫颈癌感染（后来活检呈阴性且无转移）以及从他们的狗Rocky的化脓性胸膜炎中了解了免疫系统。

我们的免疫系统就像分布在我们全身的淋巴管和淋巴结网络。 免疫细胞在整个身体的网络中穿行，就像在浩瀚的海洋中一样。

除了肠道相关淋巴组织外，我们的免疫系统中还有其他一些重要因素。 我们中有多少人知道我们的免疫细胞来自哪里——来自胸腺，甚至奇怪的是，来自骨髓？ 胸腺大小如核桃，位于胸骨下方，产生一种类型的免疫细胞，而骨髓是另一种免疫细胞的诞生地。

到19世纪末，微生物病原体理论已成为医学中的一个基本概念，就像达尔文的进化论影响了生物学思想一样。

免疫系统与体内微生物的关系

可以展开阅读笔记的第二部分：

肠道菌群共生体

脊髓灰质炎

狂犬病

青霉素的发现

天花治疗

链霉素的发现

了解病毒

过敏和哮喘——免疫系统自行启动

脂肪的双重作用

健康的饮食

益生菌

抗生素

粪便移植

我们每个人都是我们自己的微生物星系。 我们体内的微生物数量甚至比银河系中的恒星还要多，而且数量也多得多。

大多数人认为自然只是由大到足以用肉眼看到的植物和动物组成。 我们一直坚持这个理念。

当你看一棵树时，你可以看到向上延伸的树枝，你可以看到蓝天映衬下的叶子的形状和颜色。 读完这本书后，我们的内心之眼可以看到更多以前隐藏的东西。

我们一起热爱身体内部的自然和身体外部的自然。