能固氮的人

人體的生長發育和細胞更新需要氨基酸來構建自己的蛋白質，人體所需要的22種氨基酸，有8種氨基酸人體無法合成，需要從食物中獲取。但人體能夠合成的氨基酸也需要從食物中攝取含氮化合物作為原材料。食物中能夠在人體內代謝成氨基酸或含氮化合物的物質主要是蛋白質，因此，人每天都需要攝入一定量的蛋白質來維持身體的正常機能。根據世界衛生組織的規定，正常人每天所需要的蛋白質為每千克體重0.57克，一個60千克的人需要大約40克蛋白質。蛋白質的含氮量在15%左右，因此所需要的蛋白質如果摺合成氮來計算，就是每天需要從食物中攝入約6.3克的氮。

新幾內亞窮人的怪現象

但曾有一批荷蘭科學家發現，新幾內亞的一個貧窮山區里的居民雖然窮得每天只是以蛋白質含量極低的蕃薯為食，卻從沒有營養不良的狀況出現。這是一個奇怪的現象，這些科學家打算對這些人的營養狀況做一個全面的檢查。

檢查的結果令他們非常吃驚：根據這些人的食物，成年人每天能夠攝取的氮也就是2.5～3.8克，而他們每天通過尿液和糞便排泄出的氮卻達到了4.7～5.4克，排出的氮竟然比攝取的多出近一倍來，這多出的氮來自哪裡？

氮在生物界中是這樣流動的：獅子之類的肉食動物，其生長發育和細胞更新需要的蛋白質來自它吃的食物——斑馬、兔子、羊之類的食草動物；斑馬之類的草食動物所需要的蛋白質來自它吃的食物——某些植物；那麼植物中的蛋白質又來自哪裡？豆類的植物應該是利用根部的固氮菌的固氮作用來合成蛋白質；那麼一般的植物呢？一般的植物合成蛋白質需要根部從土壤中吸收銨鹽或硝酸鹽之類的氮類無機鹽，再利用自身的機能合成蛋白質。

由此可見，植物是蛋白質的最根本來源，動物要想維持身體所需要的氨基酸，只能從食物中攝取。可是，這裡的新幾內亞人好像另有蛋白質來源！

難道這些貧窮的居民為了適應低蛋白營養狀況，已經進化出了自己能夠固氮的能力？

他們體內有固氮菌

為了解開這個謎團，研究者對新幾內亞人的糞便排泄物進行分析，利用生物固氮的檢測方法，檢測出新幾內亞人的腸道中真的含有固氮菌！豆類植物的固氮菌是根部的根瘤菌，難道寄生在植物根部的根瘤菌也跑到了這些人的腸道中了？

還真是這樣，繼續研究的結果是：新幾內亞人腸道內有兩種固氮菌，其中之一就是一種根瘤菌固氮菌，另一種竟然是普通的大腸桿菌！

這就出現了兩個問題：一般人體內是沒有根瘤菌的，為什麼新幾內亞人體內卻能寄生根瘤菌？還有，一般人體內都有大腸桿菌寄生，它們都沒有固氮能力，可是一到了新幾內亞人體內，怎麼就擁有了固氮能力？

對於這兩個問題還真是不好回答，研究者的猜測是：根瘤菌原本是生活在土壤中的，因喜歡豆類的根，因此會侵染豆類的根，如果它們也喜歡蕃薯殘渣，當然也會進入蕃薯殘渣豐富的新幾內亞人腸道。而原本沒有固氮能力的大腸桿菌也因細菌間的基因轉移，從生長在腸道內的根瘤菌那獲得了固氮基因，從而具有了固氮能力。細菌間的基因轉移並不難。實驗發現，大腸桿菌可以利用一種病毒作為運送固氮基因的小車，把固氮基因從固氮菌那轉移到自己體內；也可以通過與固氮菌細胞相互接觸，細胞膜溶合，基因就可以從固氮菌轉移到大腸桿菌。

細菌也耐不住營養不良？

另一些研究者發現，還不是這麼簡單的，大腸桿菌擁有的固氮基因與人體外的另一種固氮菌基因非常像，因此大腸桿菌的固氮基因還不是從體內根瘤菌那獲得的，而是從體外的另一種固氮菌獲得的。這又是一個引人注意的問題：為什麼大腸桿菌不就近獲取基因，而是要不遠萬里，從人體外獲取基因呢？研究者對不同的固氮基因與大腸桿菌之間的關係進行了研究，發現不同的固氮基因能嵌入大腸桿菌DNA的能力也不同，大腸桿菌肯定是選擇容易嵌入的固氮基因。

至於為什麼新幾內亞人體內的大腸桿菌為何如此特殊，需要移入固氮基因，還沒有定論。已有的推測是，大腸桿菌也需要氨基酸類的營養，但新幾內亞人攝入的蛋白質太少了，大腸桿菌獲取不到足夠的營養，就自己想辦法，通過基因轉移的方式，從一種固氮菌那移入固氮基因，從而滿足自己的營養需要。這也同時給主人帶來了相應的營養。

看來，很可能是新幾內亞人腸道內的寄生菌耐不住營養不良，首先進化出了固氮的超能力，從而新幾內亞人也就從中獲得了惠利。

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