“一个人有多少个细胞?”这听起来像是酒吧里的书呆子测试题。这也是一次深刻的哲学探究。一个答案是大约37万亿美元。这是一个典型的体重70公斤的成年人的数量，它们从孕育人类的受精卵开始追溯到后代。

然而，从另一个角度来看，你会得出一个大约两倍大的数字。这还包括占据口腔、肠道、皮肤、肺部以及人体几乎所有表面、角落和缝隙的古生代、细菌、真菌和原生细胞。这些细胞只占人体体重的0.3%。但是，总的来说，它们比“正常的”人类细胞要小得多，它们的数量几乎一样多。

人类有这种伴随的微生物群并不是新闻。这也不是什么新闻，虽然这些额外的细胞中有一些只是过客，但另一些则是积极有益的。共生的概念可以追溯到19世纪，即不同的物种密切合作地生活在一起。然而，从最初有限的几个不寻常的例子，逐渐发展到几乎所有多细胞生物——甚至一些单细胞生物——都有共生体的地步。

对一些生物学家来说，这表明“范式转换”的时机已经成熟——科学家们看待世界的新方式。他们说，抛弃了动植物“有微生物群”的旧观念，接受了两者都只是一个统一的元有机体的一部分，其组成部分彼此协同进化的观点。同时也给这些群居生物起了一个名字:全息生物。

托马斯·贝尔(Thomas Bell)是这种思维方式的信仰者之一，他是伦敦帝国理工学院(Imperial College) Leverhulme Holobiont中心的负责人，该中心于今年1月开业。范式转变有很多原因。但在这种情况下，帮助打破平衡的是一种名为宏基因组学的技术。贝尔博士和他的同事计划将其应用于广泛的已知和潜在的全息生物。

宏基因组学同时分析样本中所有东西的基因组——无论是土壤、水、落叶还是植物或动物的捣碎部分。在它发明之前，试图找出这些样品中存在哪些微生物是很棘手的。很少有细菌适合在实验室培养，所以很多细菌实际上是不被科学发现的。如今，你可以在宏基因组学中提取任何你想要提到的生物，如果你这么做了，它很可能会以全息生物的形式出现。

贝尔博士和他的同事们特别关注昆虫、两栖动物和植物。除了作为真核生物——这意味着它们的细胞有合适的细胞核，并包含称为细胞器的复杂结构——从进化的角度来说，它们几乎没有什么共同之处。之所以选择每个群体进行研究，是因为将其成员视为全息生物而不是个体生物是有启发性的。

在昆虫中，该中心从树皮甲虫和蜜蜂开始。一些树皮甲虫已经进化出一种特殊的结构，叫做mycania，它携带真菌孢子，这一事实强调了树皮甲虫的全息生物性质。孢子长出细细的卷须，称为菌丝，使它们能够消化木材。释放出甲虫可以代谢的营养物质。但是，如果这些真菌(其中最著名的一种导致荷兰榆树病的真菌)失去控制，它们可以摧毁整个森林。

与此同时，蜜蜂是重要的传粉者，这种行为可能导致蜂巢通过其成员访问的花朵交换微生物群。一些蜜蜂种群也显示出压力的迹象，可能来自杀虫剂的使用。贝尔博士的几位同事怀疑这种现象的解释不在于全息器的动物部分，而在于它的微生物部分。

两栖动物之所以被列入名单，是因为许多两栖动物受到一种叫做壶菌的皮肤真菌的灭绝威胁，这种真菌是由人类从它们的亚洲家园传播开来的。与伦敦动物园的研究人员一起，该中心的科学家正在研究两栖动物皮肤微生物群的多样性，以及这是否能使元生物对壶菌感染产生免疫力。

植物发现自己处于中心的十字准星，因为大多数植物都伴随着细菌和真菌的“根际”，这些细菌和真菌附着在它们的根上，甚至穿透它们的根。根际的生化途径增加了整个有机生物可获得的营养物质的范围。根际反过来由碳水化合物和其他由全息生物的植物成分合成的营养物质维持。

像贝尔博士这样的工作意味着全息仪作为一个有意义的类别正在流行起来(见图表)。但要让它被完全接受，它需要被解开和定义。正如斯沃斯莫尔学院(Swarthmore College)的发育生物学家斯科特·吉尔伯特(Scott Gilbert)所说，“(全息生物)这一概念挑战并试图取代单基因组个体的概念，单基因组个体的基本身份是在发育过程中产生的，由免疫系统维持，并通过进化被选择。”这是一个很大的主张。

一个可能的障碍是个人的连续性。对于传统分类的生物体来说，亲代和后代之间的联系是明确的。对于假定的全息点来说，情况就不那么严重了。全息植入体不是从单个受精卵中生长出来的，而是必须组装起来。有时这些成分会在父母和后代之间传递。例如，人类出生时肠道中就有一些微生物。在混乱的出生过程中，它们会吸收其他动物，更多的是从它们母亲的乳汁中吸取的。在这种情况下，很容易看出一个全息生物的不同组成部分是如何共同进化成一个单一的功能单元的。

植物倾向于与已经生活在它们发芽的土壤中的微生物形成水平联盟。这可能被认为削弱了作为单一进化单位的联盟行为的理由。事实上，斯坦福大学的进化生物学家Joan Roughgarden的计算表明，水平传播也支持共同进化，从而支持真正的全息生物的出现。

德克萨斯大学奥斯汀分校的生物学家Thomas Juenger对柳枝稷的研究证明了她的观点是正确的。如果植物和它们的根际是进化单位，它们可能会收集一个“核心”微生物组，这些微生物组是由植物中的特定基因促进存在的。柳枝稷在北美有三个基因不同的种群。通过比较这些和它们相关的根际，荣格博士展示了植物的基因，特别是那些与它的免疫系统相关的基因，和哪些细菌在根际繁殖之间的关系。

有时，就像树皮甲虫和它们的麦根菌一样，即使没有基因分析，初级宿主和微生物群的进化整合也是显而易见的。一种叫做Mastotermes darwin的澳大利亚白蚁，依靠肠道微生物将它所吃的坚硬的木头分解成分子，这样holobiont的动物部分就可以进行代谢。其中一种消化纤维的成分是异杂菌(Mixotricha paradoxa)，它本身是一个原生生物(单细胞真核生物)和四种细菌的混合体。1991年创造“全息生物”一词的美国生物学家林恩·马古利斯称这种生物为“拥有五个基因组的野兽”。

蚜虫同样令人着迷。这个群体的所有成员都携带着布氏菌属的细菌，这种细菌在其他地方是未知的。据估计，这种关系可以追溯到2亿年前，Buchnera生活在一种叫做细菌细胞的特殊蚜虫细胞中。细菌是如此娇生不养，以至于它们已经失去了最初的大部分基因，依靠它们的动物伴侣来填补生化空白。作为交换，它们合成了昆虫无法自己合成的氨基酸。

故事并没有就此结束。许多蚜虫在它们的细菌细胞中有另一种虫子——防御汉氏菌。这些生物也依靠布氏虫提供氨基酸，杀死寄生蜂的幼虫，否则寄生蜂会把蚜虫活活吃掉。但是，反过来，只有在一种叫做apse的病毒存在的情况下才会发生这种情况，在全息生物的层次结构中，apse是一种更小的比喻跳蚤。

所有这些都让人想起了全息生物学中最极端的例子:线粒体和叶绿体的细胞器。线粒体通过代谢葡萄糖产生能量，在所有真核生物中都存在。叶绿体参与光合作用，仅限于藻类和植物。它们都是以前自由生活的细菌的远亲后代，这些细菌在10亿多年前开始与它们现在称之为家的细胞发生关系。(正是这两种情况导致马古利斯创造了“holobiont”一词。)

从表面乘客到重要的细胞组成部分，所展示的不同程度的亲密关系确实提出了一个问题，即“全息生物”一词的确切边界在哪里。但是生物学中充满了既模糊又有用的概念(“物种”就是其中之一)。也许这个概念最重要的作用是提醒生物学家永远不要忽视微生物群在他们试图理解的任何现象中的可能作用。例如，对昆虫杀虫剂抗性进化的研究通常涉及昆虫本身的基因组。但是，被称为“豆虫”的害虫对杀虫剂虫硫磷的抗药性，是由生活在它们肠道中的伯克氏菌属细菌赋予的——如果你想要对抗这种抗药性，这是很重要的知识。

全息生物体内的微生物部分甚至给它们带来了更奇怪的力量。例如，某些细菌对磁场很敏感。研究人员怀疑，其中一些可能与海龟和鸟类等生物结成了联盟，使这些以动物为基础的集体能够利用地球的磁场来导航。更熟悉的是，狗(以及鬣狗和其他有肛门腺的食肉动物)的全息特性使它们能够通过气味标记进行交流。它们以这种方式沉积的气味是由细菌降解进入这些腺体的分泌物产生的。

所有动物中研究得最好的是智人。从拓扑学上讲，人是一个环——一个中间有一个洞的三维物体。这个洞就是消化道。这个环面的几乎整个表面都是微生物的家园，尽管不同的部分有不同的居民。到目前为止，它们中大多数生活在下肠。

这些肠道微生物以与白蚁相同的方式(尽管程度不同)扩展了人类全息生物的消化能力，通过将纤维植物聚合物分解成其他37万亿细胞可以代谢的小分子。但它们也会产生许多其他分子，其中一些会向全息生物的动物细胞发送信号。此外，这些细胞经常会发出回信号。

这种信号似乎对神经系统的某些部分特别有影响。肠道细菌分泌的分子包括血清素、氨基丁酸和儿茶酚胺。它们都是神经递质，在神经细胞之间传递脉冲的化学物质。因此，微生物组是肠-脑轴的一个组成部分，肠-脑轴是人体中最大的神经细胞群(中枢神经系统)和第二大神经细胞群(肠神经系统)之间持续不断的神经交流。

宿主和微生物群之间的第三大相互作用涉及免疫系统。这促成了一项交易，通过防止微生物群的任何特定部分失控来保持整个过程的顺利进行——这项任务至少与抵御传染病一样重要。作为回报，一个平衡的微生物组通过防止致病菌在肠道内繁殖来帮助免疫系统。

因此，肠道微生物群与人类全息体的哺乳动物部分是紧密结合在一起的——当这种结合出现问题时，我们可以看到这一点。众所周知，生态失调至少与肥胖、糖尿病、高血压、动脉粥样硬化、哮喘、炎症性肠病、一些肝脏疾病、各种癌症、自闭症、帕金森病和抑郁症有关，而且在很多情况下可能会导致这些疾病。这并不是一个详尽的清单。

以这种方式超越37万亿哺乳动物细胞，在医学上可能是富有成效的。例如，以植物为主的饮食会鼓励分解纤维的细菌，而富含肉类的饮食则有利于那些以脂肪和蛋白质为生的细菌。因此，植物性饮食会产生丁酸和丙酸等分子，这些分子被认为可以调节炎症和其他免疫系统功能。以肉类为基础的饮食会产生支链脂肪酸、酚类和吲哚，它们会产生一系列不良影响，包括成为心血管健康不良的风险因素。

农作物育种者也开始认真对待全息生物概念。位于马萨诸塞州波士顿的靛蓝农业公司(Indigo Ag)的实地代理人在农民的田地里找出罕见的幸存者，比如干旱和虫害，然后把这些植物送去研究。人们的假设是，这些幸存者有一些特殊之处。靛蓝的基本猜测是，这种特殊的东西通常在根际。

为了实现这一想法，该公司发现了——现在正在销售——赋予棉花、玉米、大豆和小麦耐旱能力的根际虫;提高玉米、大豆和小麦对真菌的抗性;防范线虫的侵袭;从土壤中释放出磷和钾;并通过将大气中的氮转化为硝酸盐等分子来“固定”大气中的氮，植物可以利用硝酸盐来制造氨基酸，氨基酸是蛋白质的基本组成部分。

另一家公司，加州伯克利的Pivot Bio，正专注于固氮。Pivot公司的研究人员编辑了两种固氮细菌的基因，使它们即使在土壤中已经有大量固氮的情况下也能继续工作，并产生比通常更多的固氮。当与玉米等作物一起种植时，这些细菌的混合物为每棵幼苗提供了即时的固氮根际。这样可以减少五分之一的化肥使用量。

威斯康星大学麦迪逊分校的Jean-Michel an<s:1>是Pivot的科学顾问，他还有另外两个固氮的想法。一种是观察到豆科植物生长特殊的根瘤来容纳固氮细菌，这是重塑谷物(水稻是主要目标)的根，使它们长出类似的根瘤。他和他的同事们已经确定了两个豆科基因，当移植到杨树(一种常见的实验植物)上时，它们也会长出结节。

an 博士的另一个想法是基于一种不寻常的玉米和高粱品种，这些品种生长的气根分泌一种凝胶，固氮细菌喜欢在这种凝胶中生存。然后这种凝胶滴到地面，在那里固定的氮被植物的根吸收。以玉米为例，他和他的同事们已经成功地将具有这种特性的植物与商业品种杂交，现在已经进入第五代具有这种特性的植物。

牛和其他牲畜也受到审查。它们像白蚁一样的消化系统每年产生超过1亿吨甲烷，约占人类温室气体排放量的6%。通过在牛饲料中添加两种物质中的任何一种，一种叫做3-硝基氧丙醇的化学物质，或者一种叫做天冬酰胺的海藻，就可以控制这些细菌。事实上，添加A. taxformis不仅可以抑制甲烷的排放，还可以提高饲料转化为牛奶或肉类的速度。

自然资源保护主义者也看到了将生物体视为全息生物的前景。这就是贝尔博士研究两栖动物的动机。然而，其他人正在寻求帮助整个生态系统。森林和珊瑚礁都对温度敏感，因此受到全球变暖的威胁。将它们的成员视为全息生物可能会让生态学家帮助它们进行调整。

和Indigo公司的研究人员一样，威斯康星大学麦迪逊分校的Cassandra Allsup、Isabelle George和Richard Lankau也一直在研究土壤微生物。他们在他们的家乡和南部的伊利诺斯州对森林进行了采样。他们对在这个跨度的南北两端(相距5.8度)种植的不同物种的幼苗进行了测试，发现在气候相似地点接种细菌的土壤中生长的幼苗比在不同地点接种细菌的土壤中生长的幼苗生长得更快。虽然对整个森林进行接种是不现实的，但他们希望对苗圃生长的树苗进行处理，这些树苗将用于当地的再造林项目，可能有助于这些树木的生存。

和人类一样，珊瑚是一种研究得特别充分的元生物。它们吸引游客的颜色来自一种叫做虫黄藻的光合原生生物，这种生物生活在无根动物的特殊细胞中，负责分泌构成珊瑚头的石灰石，正是这些细胞为全息生物提供了大部分营养。

这种安排的一个缺点是，如果虫黄藻温度过高，它们的光合作用机制就会失控，产生有毒的富氧分子，即自由基。然后珊瑚动物将它们驱逐出去，这种现象被称为白化。如果情况及时恢复正常，可能会发生再殖民化。但长时间白化的珊瑚会死亡。

有些人试图通过修补系统中动物部分的基因来灌输对气温上升的抵抗力。但是，澳大利亚墨尔本大学的Madeleine van Oppen和沙特阿拉伯国王阿卜杜拉大学的Raquel Peixoto正在各自的项目中寻找对虫黄藻或全息生物中许多细菌中的一些进行微调的方法。

这样的生态系统工程代表了大规模的全息思维。它是否会带来丰硕的成果还有待观察。但它正在发生这一事实本身，无疑证明了一个想法的时刻已经到来。