微生物是地球上古老的生命形式和数量巨大的生命群落，它们的代谢活动促进了高等生物的诞生，为高等生物提供营养支持，调节着生物圈，因此是地球生态的重要驱动力量。
具有博物学情怀的大卫· R.蒙哥马利夫妇惊叹于这看似微不足道的生命形式在生态系统中的巨大作用，且惊讶于人们对于它们的无知和无端诟病。在《看不见的大自然：生命和健康的微生物根源》一书中，作为全球知名的地理学家、华盛顿大学地貌学教授大卫· R.蒙哥马利与他的妻子，生物学家、环境规划师安妮·贝克尔跨越众多的领域——土壤学、地理学、生物学、医学、化学、营养学、园丁学等，讲述了与微生物相关的科学故事和文明史故事。他们通过追溯地球生命演进的历史，讲述了形形色色的微生物是如何促成了生态系统中植物和动物的繁衍；通过详细描述植物根系、人类肠道等的正常运转，澄清了无病害土壤和健康肠道中的微生物群落是如何重建了土壤肥力，搭建了生命的基石。
自微生物病原学说成为医学中的基本观念起，病原体似乎成为了全人类共同的敌人，在知道了微生物可能造成的危害和惨状后，我们狂热地想要赢得这场战争。人类曾在20世纪与病原体进行的多次小规模交锋中获胜。但是今天，抗生素已经滥用了几十年，人类可能将会再一次被几十年前可以轻易治愈的细菌感染夺去生命。很久以来我们一直在破坏自己的天然防线。那么，我们到底应该如何看待微生物呢？
以下内容选自《看不见的大自然：生命和健康的微生物根源》，较原文有删节修改，小标题为编者所加，非原文所有。已获得出版社授权刊发。
《看不见的大自然：生命和健康的微生物根源》，[美]大卫· R.蒙哥马利、安妮·贝克尔 著，徐传辉、毛雅珊、陆江 译，北京大学出版社2021年8月版。
到19世纪末期，微生物病原学说成为医学中的基本观念，就像达尔文的进化论影响了生物学思想一样。一个肉眼看不见的小颗粒居然会把一个人击倒，这让全人类在微生物面前团结起来，抗击我们共同的敌人。我们知道了微生物可能造成的危害和惨状，这种观念根植于我们内心，直至如今，这也是大部分人看待微生物的态度。
尽管有了罗伯特·科赫和路易·巴斯德的革命性研究，还是有一些谜团未能解开。现实生活中存在一些似乎不遵循微生物病原学说的疾病。在狂犬病、麻疹、天花、流行性感冒以及其他一些很难治愈的疾病中无法找到作为病因的细菌。这个谜团让人困惑，束手无策。直到20世纪早期，实验证明了有一类传染病微生物的个体太小，当时的普通显微镜无法观察到。这些传染病微生物可以顺利通过捕捉细菌的过滤装置。
纪录片《科赫和巴斯德：微生物王国的双峰对决》海报。
1931年，具有超强放大功能的电子显微镜的发明终于解开了这个谜团。这些疾病的罪魁祸首的确很小，根本不是活着的细菌，而是“不属于严格意义上的生命体”（not-quite-alive）的病毒。虽然它们是处在生命体世界之前沿的非生命体，但是病毒的发现扩大了微生物的范畴，也进一步定义并支撑了微生物病原学说。
当微生物被甄别为敌人后，不同领域的科学家就会专注于将其消灭
巴斯德的疫苗的确是一个奇迹，但却不足以制服病魔。这些疫苗事实上没有也不可能*死微生物。它们只能给人类提供免疫。当微生物被甄别为敌人后，不同领域的科学家就会专注于将其消灭。自然本身也蕴藏着消灭这些致病菌的丰富宝藏。
苏格兰一位医生才华横溢，同时也以工作杂乱无章而闻名。1928年，他急匆匆地离开了他在伦敦圣玛丽医院那间凌乱不堪的实验室，开始了一段长假，实验室里随意堆放的细菌培养皿并没有收拾。当亚历山大•弗莱明（Alexander Fleming）度假回来，他发现一种神奇的药物通过一扇开着的窗户进入了实验室。培养皿被霉菌覆盖着。当他清扫这些被毛茸茸的霉菌覆盖着的混乱物品时，发现在一些培养皿中霉菌菌落周围没有细菌生长。这些霉菌不知怎的居然抑制住了细菌的生长。弗莱明培养了这些不速之客（青霉菌），并且分离出一种抗菌化合物，他称之为青霉素。
动画片《萌菌物语》（2007）剧照。
弗莱明在第一次世界大战时的工作经验激发了他对研究抗生素的兴趣。他作为军医在战地医院工作，无助地看着成千上万的年轻士兵死于非致命创伤的感染。虽然一直非常积极地去寻找抗菌药，但是弗莱明一开始还是忽视了这个发现的重要性。他一直忙于其他领域的研究工作。他在鼻伤风病人的鼻子中发现了一种具有抗菌性的物质，因而名声远扬。正是天然免疫细胞产生了这些物质，弗莱明把它命名为溶菌酶（lysozyme）。这个自然生成的抗菌物质后来在其他体液中也被发现，包括在唾液、眼泪、母乳以及人体分泌的其他黏液中。如果我们的身体和卑微的真菌都可以产生*死病菌的物质，那么大自然的药房一定蕴藏着其他*菌物质，静待着我们去发现。
虽然弗莱明在1929年就发表了发现青霉素的研究成果，但是他的论文几乎没有引起关注。弗莱明继续成功地用青霉素治愈了几个眼部感染的病人，但是这种神奇的真菌未能被大量培养，因而无法进行临床试验。随后这位优秀的医生转向了其他研究项目。青霉素的神奇力量在接下去的近十年中几乎没有被发现，直到他的牛津大学同行们发现了培养青霉菌的新方法。在随后对白鼠的实验中，青霉素显示出了不可思议的疗效。1941年，青霉素在少数病人中进行了临床试验。这种新药效果十分完美，两个病人起死回生。虽然只是小规模的临床试验，但疗效惊人。此时另一场世界大战正在欧洲肆虐，于是青霉素大量生产后被火速送往前线。任何药物只要可以减少感染者的死亡率，并且控制其他军旅疾病，如淋病，都将成为敌人缺少的有力武器。
两次世界大战之间，化工已经成为一个增长迅猛的新领域。这也成为人们寻找抗菌药物的一个具有吸引力而又富有创造力的领域。在弗莱明偶然发现青霉素的4年后，在德国拜耳的实验室中，一名研究者正在研究工业染料在医学上的潜在用途。格哈德•多马克（Gerhart Domagk）发现了一种叫作偶氮磺胺的纺织染料，可以治疗受链球菌感染的老鼠。进一步的人体试验也证明了这种染料能有效地*死细菌。但很遗憾的是，这种化合物会造成肾脏损伤，而且会使皮肤变成亮红色。多马克当时对这些结果并没有太大兴趣。尽管如此，这种染料在1934年被授予了药物专利，并且取名为百浪多息。
一年之后的1935年12月初，多马克6岁的女儿，希尔德加德（Hildegarde），在家中的楼梯上摔了一跤。一般来讲这并不会导致死亡，但不幸的是她碰巧拿着一根缝衣针。她当时在制作圣诞节的装饰品，想让她的母亲帮忙穿针。针的大部分刺入了她的手掌，针眼那端先刺入，并且折断在手掌中。由于在家中无法医治，于是多马克立刻把女儿送到医院。断针从手中取了出来，多马克和希尔德加德返回家中，很高兴这个事故已经过去了。
几天后，女儿的手开始肿胀，并在伤口处形成了脓肿。链球菌引发了感染。医生开了三次刀排出脓液。多马克越来越忧心忡忡，因为他知道无法控制的感染会有生命危险。几天之后，当他看到希尔德加德的手臂上出现了红色条纹，并且高烧不止，他惊慌失措。女儿的状况不断恶化，医生告诉多马克，他的女儿希尔德加德面临着截肢的危险。狂躁不安的多马克冲向他的实验室，赶紧把一些偶氮磺胺药片带回了医院。尽管当时偶氮磺胺仍然是一种试验中的药物，但他还是让女儿在几天之内服下了比实验室中治疗老鼠所需的更多的剂量。最终，这种药物起了作用。希尔德加德奇迹般地痊愈了，并且在假期前回到了家中。偶氮磺胺拯救了他自己的女儿。
其他研究者很快分析了偶氮磺胺能够*死细菌的机理。他们发现，是染料分子上的一个特别成分*死了细菌。这一发现促进了第一批商业抗菌药，即磺胺类药物的发展。虽然人们发现青霉素更早，但是在1937年磺胺类药在市场上比青霉素更胜一筹。终于，抗菌药的前景在科学家的眼中越来越清晰了。
1939年，多马克获得了诺贝尔奖，但却引起了阿道夫•希特勒（Adolf Hitler）的不满。几年前，一个反纳粹的和平主义者，卡尔顿•冯•奥西艾茨基（Carlvon Ossietzky），因为揭露德国在秘密重整军备而获得了诺贝尔和平奖。这个举动激怒了独裁者。作为报复，希特勒颁布法令不允许德国人接受诺贝尔奖。尽管有着这样的法令，多马克仍然因为拿到诺贝尔奖而欢欣鼓舞，他向诺贝尔奖组织者写信表达了自己对于获奖的感谢之情。一脸不快的盖世太保因为多马克“对瑞典太有礼貌”而逮捕了他，并将他关押了一个多星期，然后勒令他写信拒绝诺贝尔奖。在战争结束、德国遭受重创之后的1947年，多马克才最终要回了他的诺贝尔奖牌。但是他一直没能拿到奖金；这笔奖金已经根据诺贝尔基金会的规则被重新分配了。
抗生素不仅能够拯救生命，而且利润颇丰
尽管基于微生物病原学说的微生物学的发展昭示人类在征服自远古以来的宿敌微生物方面已经胜利在望，有关微生物学的不同观点业已在土壤科学这一闭塞的领域中生根发芽。在20世纪初期，美国的一个新移民沉迷于研究土壤中的某种细菌。塞尔曼•瓦科斯曼（Selman Waksman）在乌克兰西部的乡村长大。作为犹太人，他知道自己不会被黑海岸边的敖德萨大学录取。1910年，22岁的瓦科斯曼只好离开祖国去接受高等教育。
瓦科斯曼刚到美国的时候，住在堂妹夫妇位于新泽西州的乡村农场，靠近现在的罗格斯大学。虽然哥伦比亚大学医学院已经录取了他，但他广泛的兴趣却让他选择了其他研究方向。在堂妹农场的工作激发了他对土壤以及肥料如何提高土壤肥力的兴趣。新的兴趣对瓦科斯曼的吸引力如此之大，以至于他选择学习农学而不是医学。
1912年，他在罗格斯大学获得了奖学金，并且在引导他进入土壤微生物学领域的教授的指导下取得了成功。当时的医学研究者完全执着于微生物病原学说，只关注如何控制和根除人体病原体。在农学界，人们对土壤中生存着的丰富多样的生命形态的理解愈来愈深，兴趣也越来越大。后来证明这两个领域都大大影响了瓦科斯曼的职业生涯。
