關於我們臉上的小生物，你不知道的三件事

本文與 BRITA 合作，泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎？

如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。

1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。

進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：

• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物

• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢

• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等

這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？

濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。

然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。

不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。

3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。

今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。

然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

• 作者 / 梅林．謝德瑞克
• 譯者 / 周沛郁

我們目前還不清楚菌根關係最初是怎麼形成的。有些人大膽提出，最初的相遇溼黏而沒有條理──藻類被沖上泥濘的湖岸和河岸，而真菌在這些藻類體內尋找食物和庇護。有些則主張，藻類來到陸地時，體內已經帶著真菌夥伴了。里茲大學（University of Leeds）教授凱蒂．菲爾德（Katie Field）解釋，不論如何，「它們很快就變得依賴彼此」。

菲爾德是一位傑出的實驗者，投入多年的時間研究現存最古老的植物支系。菲爾德用生長箱模擬遠古的氣候，並用放射性示蹤劑，測量生長箱裡真菌和植物之間的交換作用。真菌與植物的共生方式提供了線索，讓我們了解植物和真菌遷移到陸地的最早階段是怎麼互動的。化石也讓我們一瞥這些早期的聯盟。最精細的樣本來自大約四億年前，含有明確的菌根菌痕跡──羽狀瓣和今日一模一樣。菲爾德讚歎道：「你可看到真菌居然就長在植物細胞裡。」

最早的植物幾乎只是一坨綠色組織，沒有根或其他特化的結構。而這些植物逐漸演化出粗糙的肉質器官來容納真菌同伴，真菌則搜尋土壤中的養分和水。最初的根演化出來時，菌根關係已經存在五千萬年了。菌根菌是陸地上後續所有生命的根源。菌根（mycorrhiza）這個詞真是取得好。根（rhiza）隨著真菌（mykes）存在於世。

數億年後的今天，植物演化出更細、生長更快、更能見機行事的根，這些根表現更像真菌。不過即使是這些根，探索土壤的表現也無法超越真菌。菌根的菌絲比最細的根細了五十倍，長度可以超越植物根部達一百倍，比植物根部更早出現在植物上，延伸到根系之外。有些研究者更進一步。我的一位大學教授向一班吃驚的學生吐露：「植物其實沒有根，只有真菌根，也就是菌根。」

菌根菌太多產，菌絲體占土壤中活生物量的二分之一到三分之一。根本是天文數字。全球土壤表層十公分之中，菌根菌絲的總長度大約是我們銀河系寬度的一半（菌絲長 4.5 × 10¹⁷ 公里，銀河系寬度 9.5 × 10¹⁷ 公里）。如果把這些菌絲熨成一片，總表面積是地球上乾燥土地面積的二點五倍。然而，真菌不會停滯不動。菌根菌絲迅速死去、再度生長（一年十到六十次），一百萬年後，累積的長度會超過已知宇宙的直徑（菌絲長 4.8 × 10¹⁰ 光年，已知宇宙直徑是 9.1 × 10⁹ 光年）。菌根菌已經存在了大約五億年之久，而且不限於土壤表層十公分的地方，所以這些數字顯然低估了。

植物和菌根菌在彼此的關係中產生一種極化現象──植物的莖處理光與空氣，真菌和植物的根則處理周圍的土壤。植物把光和二氧化碳打包成醣類和脂質。菌根菌則把固著在岩石裡的養分拆開，分解物質。這些是真菌在雙重棲位下的情況──真菌一部分的生命發生在植物體內，一部分在土壤中。菌根菌駐紮在碳進入陸生生命循環的入口，牽起大氣和土地的關係。時至今日，菌根菌就像擠進植物葉和莖裡的共生真菌，會幫助植物應付乾旱、炎熱和其他許多陸地生命一開始就有的逆境。我們稱為「植物」的，其實是演化成來栽培藻類的真菌，以及也演化來栽培真菌的藻類。

——本文摘自《真菌微宇宙：看生態煉金師如何驅動世界、推展生命，連結地球萬物》，2021 年 8 月，果力文化。

人體內外住著許多微生物，腸道、皮膚、生殖器官、口腔等部位有不少微生物與人共生，可謂小小生態系。這些迷你生物們種類繁多，多半無法人為培養，從前難以研究。

受惠於科技進步，如今可以直接定序樣本中所有 DNA，拼湊不同生物的基因組。因此即使是無法培養、甚至是前所未知的微生物，都有機會被新的辦法找到。

同樣概念也能用於古時候的樣本，了解古代的共生微生物。最近有 2 篇論文發表，分別探討和古代人類共生的口腔與腸道菌。

從牙結石獲得古代口腔微生物

研究古人口腔中的微生物，比研究皮膚、腸道等其他部位容易。這是因為軟組織很難保存，即使有軟組織，除了冰人奧茲等罕見案例之外，裡頭的微生物也很難留下蹤影；相較之下，口腔中的各種成分卻常常會進入牙結石，和牙齒一同遺留至今。

過往曾有一些古代智人牙結石的研究問世，而距今數萬年之久的尼安德塔人，也有過幾件樣本發表。

這次的兩篇新論文，除了 15 個已知樣本之外，又獲得 109 個新的牙結石；這總共 124 件的樣本，分別來自美洲的吼猴，非洲的大猩猩、黑猩猩，數萬年前的尼安德塔人和智人，以及更近期的智人。^{[1, 2]}

各種靈長類動物之間，有些共通的微生物款式，由此可以推論，某些微生物，與靈長類應該有著長期的共生關係，也許超過千萬年。口腔中的微生物，主要有鏈球菌屬（Streptococcus）、放線菌屬（Actinomyces）、細梭菌屬（Fusobacterium）、棒狀桿菌屬（Corynebacterium）幾大類。

研究微生物常常碰到的困難是，近親彼此間變化太多，也有很多不知道的款式。這回由人類牙結石取得的口腔微生物們，根據遺傳差異總共可以歸類為 27 個屬（genus）的層級，可是其中 3 群竟然連名字都沒有。

也就是說，儘管它們曾經是人類口中主要的微生物，整個屬卻都沒有已知的資訊。對於共生微生物，還有太多未知之處。

歐洲智人與尼安德塔人，口腔共享微生物？

這回獲得年代最早的樣本，是距今約 10 萬年的尼安德塔人，來自東歐的塞爾維亞 Pešturina 遺址，其餘數萬年前的尼安德塔人，則位於西班牙、比利時、義大利。

有趣的是，早於 1.4 萬年前的歐洲智人，和更早的尼安德塔人有類似的口腔微生物組成；晚於 1.4 萬年的歐洲智人卻明顯不同，接近後來的智人。已經知道距今 1.4 萬年過後有不少移民進入歐洲。看來狀況是：不同人群，也攜帶不同的口腔微生物。

歐洲較早智人的口腔微生物，和尼安德塔人有直接關係嗎？口腔微生物的形成和寶寶的照顧者有關，研究者因此推論，當初進入歐洲見到尼安德塔人的智人，雙方有過小孩，也獲得了尼安德塔人的口腔微生物。^[3]

問題是，上述推論不符合已知證據。智人繼承的尼安德塔人 DNA 皆來自超過 5 萬年前，非洲外族群尚未分家以前的階段。超過 4 萬年前進入歐洲的智人，確實見過尼安德塔人，有些人還有過更多遺傳交流；但是他們後來都滅團了，和更晚的歐洲智人沒有直接關係。^{[4, 5]}

• 延伸閱讀：最初移民歐洲的智人，與尼安德塔人情慾交流，但是後來滅團

與尼安德塔人擁有類似口腔微生物，距今 1.4 到 3 萬多年前的歐洲智人，非常可能是在尼安德塔人消失以後才進入歐洲，其實沒有見面的機會。雙方的口腔微生物之所以相似，我想並非來自直接交流，而是另有原因。

即使沒有農業，智人與尼安德塔人都吃很多澱粉？

另一項值得一提的發現是，尼安德塔人與智人的口腔，都存在不少會消化澱粉的鏈球菌型號。如果飲食中沒什麼澱粉，這類微生物不太可能這麼豐富；由此推論，尚未發明農業的智人，甚至是尼安德塔人，或許平時都攝取不少澱粉。

古今的智人飲食可謂千變萬化，即使沒有米、麥、玉米等農作物，不依賴農業，光憑採集塊根、塊莖、果果等食物，也能獲得大量澱粉。

至於尼安德塔人吃什麼，目前了解仍很有限。有些研究認為尼安德塔人主要吃肉，尤其是大型植食動物的肉。這回提出的大量澱粉，仍是需要驗證的論點。

• 延伸閱讀：短篇 尼安德塔人，主要吃肉肉

我個人的想法是，即使沒有農業，仰賴所謂的採集、狩獵、漁業，不同時空的智人飲食也差異很大，尼安德塔人或許也是如此。有些吃肉當主食，有些大量攝取澱粉，搞不好更接近實際狀況。至今取樣非常有限下，難以評估尼安德塔人的飲食多元性。

一千多年前美洲古人的腸道菌

住在腸道的微生物們會影響消化、免疫等功能，近年來知名度大增，可能連榕樹下的阿伯都知道。

近日發表的另一項研究，獲得了距今 1000 到 2000 年前，幾位美洲古人的腸道菌。取樣腸道菌通常不會深入腸道，而是由糞便採樣。新研究也是如此，稀有的樣本來自美國西南部 3 處遺址的糞便化石。^{[6, 7, 8, 9, 10]}

研究者嘗試 15 個樣本，成功 8 個，定序當中所有 DNA 後，總共拼湊出 498 種細菌的基因組。這兒想要探索的對象是「古代」「腸道菌」，排除疑似非古代的樣本後剩下 209 個，其中只有 181 種源自腸道，最有機會真的是古代人的腸道菌。

微生物數量多、突變多，品系差異千變萬化，大部分不在人類的認知內；這類研究方法又是靠拼湊 DNA 推測，沒有獲得完整的真正細菌。因此這兒的「種」和一般講的物種不太ㄧ樣，指的是 species-level genome bin，簡稱 SGB。為求方便，本文直接寫成種。

181 種古代腸道菌中有 39%，也就是 61 種之前沒有見過。它們或許已經消失，或是古代美國西南部獨特的款式。探索古代微生物時，發現未知的微生物算是常態。

呼應人類大歷史的腸道共生關係

古代和 789 位現代人相比，大部分腸道菌種類還是共通的，不過遺傳上有點出入。古代樣本拼湊出 2 款 Methanobrevibacter smithii，中文姑且稱之為「史密斯甲烷短桿菌」。甲烷短桿菌常常在腸道發現，它們不是細菌，是古生菌（archaea，也叫作太古生物）。

超過一千年的 2 款史密斯甲烷短桿菌，遺傳上彼此最相似，落在現代樣本的 DNA 變異之內。估計所有這類古生菌共同祖先的年代，介於距今 5.1 到 12.8 萬年之間，平均 8.5 萬年前。似乎是智人祖先離開非洲時，裝在肚子裡，一起帶著走的腸道菌之一。

有意思的是，美洲古代古生菌和最近同類分家的年代，介於距今 1.6 到 4 萬年之間，平均 2.7 萬年前。倘若估計正確，大概落在智人移民美洲，與亞洲漸漸分家的年代範圍。

這些與人共生的微生物，也隱藏著遷徙移民史的線索。

尚未工業化，沒有抗生素的年代

生活環境、日常飲食，都是影響腸道菌組成的主要原因。和 789 位現代人相比，古人的腸道菌較接近非工業化社會的人，和工業化社會的人差異很明顯，符合預期。

基因層次上，工業化社會現代人的腸道菌，有比較多分解聚糖（glycan）的基因（endo-4-O-sulfatase、SusD-like protein）。

相對地，古人和非工業化現代人的腸道菌，則有較多分解澱粉、肝糖（glycogen）的基因（carbohydrate-active enzyme，簡稱 CAZyme）；另外它們的可動遺傳因子也比較多（mobile genetic element，例如轉座子），也許在變動的環境下，有助於增加適應力。

但是不論工業化或非工業化社會的現代人，腸道菌配備對抗抗生素的基因，都明顯比古人更多。讓我們一瞥抗生素廣泛使用後，對腸道菌的影響。

上述兩項研究，不管論點有無道理，樣本都相當難得，肯定是酷炫的研究！

延伸閱讀

• 短篇 由尼安德塔人牙結石獲取DNA，研究飲食習慣
• 短篇 尼安德塔人，主要吃肉肉
• 短篇 北美洲最早被吃掉的野生馬鈴薯，在一萬多年前的猶他
• 沒有化石沒關係，從泥土也能取得尼安德塔人DNA！
• 比維京人更古老的北歐天花，也許不如後來致命？傳染病的演化史
• 最初移民歐洲的智人，與尼安德塔人情慾交流，但是後來滅團
• 歐洲最早的智人時尚 Runway 在哪裡？在4.6萬年前的保加利亞啦
• 超過4.5萬年捷克金馬小姐，最古早已知智人DNA
• 反映古早人遷徙的胃幽門螺旋桿菌
• 美洲考古懶人包，Make America Great Again!
• 十年養一菌！普羅米修斯古生菌，加入洛基、索爾的阿斯嘉殿堂

參考資料

1. Yates, J. A. F., Velsko, I. M., Aron, F., Posth, C., Hofman, C. A., Austin, R. M., … & Warinner, C. (2021). The evolution and changing ecology of the African hominid oral microbiome Proceedings of the National Academy of Sciences, 118(20).
2. Turns out developing a taste for carbs wasn’t a bad thing
3. The surprising evolutionary history of our oral bacteria
4. Hajdinjak, M., Mafessoni, F., Skov, L., Vernot, B., Hübner, A., Fu, Q., … & Pääbo, S. (2021). Initial Upper Palaeolithic humans in Europe had recent Neanderthal ancestry. Nature, 592(7853), 253-257.
5. Prüfer, K., Posth, C., Yu, H., Stoessel, A., Spyrou, M. A., Deviese, T., … & Krause, J. (2021). A genome sequence from a modern human skull over 45,000 years old from Zlatý kůň in Czechia. Nature Ecology & Evolution, 1-6.
6. Wibowo, M. C., Yang, Z., Borry, M., Hübner, A., Huang, K. D., Tierney, B. T., … & Kostic, A. D. (2021). Reconstruction of ancient microbial genomes from the human gut. Nature, 1-6.
7. Ancient human faeces reveal gut microbes of the past
8. Ancient gut microbiomes may offer clues to modern diseases
9. Research reveals ancient people had more diverse gut microorganisms
10. Piles of ancient poop reveal ‘extinction event’ in human gut bacteria

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁。