〔摘要〕 微觀、渺觀世界的行為與巨觀、宏觀世界的常識可能相差甚遠 ，遵循的規(guī)律和法則也許完全不同，“波粒二象性”“波弦”“量子糾纏”等概念已經(jīng)超越 人們的普通認知。微生物世界比人類世界更豐富多彩，個體之間也有“通信聯(lián)系”，還有“ 團結(jié)協(xié)作”“互助利他”等社會行為，與人類可能是真正的“平行世界”。微生物在納米微 米材料制造中有特殊應(yīng)用，在發(fā)酵食品生產(chǎn)中更有重要價值。微生物發(fā)酵系統(tǒng)是復(fù)雜系統(tǒng)， 各要素之間具有非線性耦合作用，無法精確求解，可能出現(xiàn)分形、混沌、孤波、突變、自組 織等現(xiàn)象，由此可以構(gòu)建“微生物社會行為學(xué)”。微生物世界的未來探索，如果借助系統(tǒng)哲 學(xué)思想則會走得更遠更高。

〔關(guān)鍵詞〕 發(fā)酵食品；微生物社會行為；非線性；復(fù)雜系統(tǒng)哲學(xué)

〔中圖分類號〕Q938 〔文獻標識碼〕A 〔文章編號〕1008-0694（2023）01 -0101-12

〔作者〕

李后強 教授 博士生導(dǎo)師 四川省社會科學(xué)院 成都 610071

如果把世界分為宇觀、巨觀、宏觀、微觀、渺觀，那么宇宙就是宇觀、太陽系就是巨觀、地 球就是宏觀、微生物就是微觀、原子以下可稱渺觀。上述五個層面有共性，更多是個性，適 用的法則和規(guī)律差異也很大。微生物世界因為涉及生命活體，是最為復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，有 自己特殊的行為特征和內(nèi)在規(guī)律，研究極為困難，問題極為艱深，絕大部分屬于未知領(lǐng)域， 為此我們提出了“微生物社會行為學(xué)”。由微生物制造出來的發(fā)酵食品，化學(xué)成分極為多元 復(fù)雜，內(nèi)部關(guān)聯(lián)極為深奧，在“自組織”和“協(xié)同耦合”驅(qū)動下呈現(xiàn)無窮奇異現(xiàn)象，某些行 為已經(jīng)超越現(xiàn)在人們的認知范圍，引起了哲學(xué)家甚至宗教學(xué)者的興趣，可能孕育著諾貝爾獎 級重大成果的誕生。

一、微生物引發(fā)的社會學(xué)思考

微生物是肉眼看不見或者必須用顯微鏡才能看到的微小生物的總稱，有細菌、病毒、真菌、 放線菌、支原體、衣原體、螺旋體、立克次氏體等八大類，它們都有“生命”〔1〕 。有些微生物是由核酸和蛋白質(zhì)等少數(shù)幾種成分組成的“非細胞生物”。真菌類的香菇、蘑 菇、靈芝等是“長大了”的微生物，肉眼可見。微生物具有體積小、面積大，吸收快、轉(zhuǎn)化 快，繁殖快、變異大，種類多、分布廣等特征，它們適應(yīng)性強、生長旺盛。微生物廣泛應(yīng)用 于食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等領(lǐng)域，其中細菌、酵母菌、霉菌、放線菌等與人類日常生活關(guān) 系非常密切。只要有充足的碳源和氮源、適宜的氧含量和合適的環(huán)境溫度、接種量和酸堿度 （pH值），微生物就能生長和繁殖。

自然微生物比宏觀生物種類更多，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)數(shù)百萬種，其行為非常復(fù)雜。人類目前還無 法深入微生物世界內(nèi)部觀察和研究它們的具體嗜好、行為路徑、合作戰(zhàn)略、特殊技巧，只知 道它們繁殖能力很強很快。2019年底開始橫行全球的新冠病毒也是微生物，是一種新發(fā)現(xiàn)的 病毒，這種病毒傳染性非常強，對于這種病毒現(xiàn)在還沒有特效藥物，只能加強預(yù)防?？茖W(xué)家 們已經(jīng)觀察到了一些微生物之間的社會性、組織性、對付外敵、適應(yīng)環(huán)境等特點，但很多細 節(jié)還不清楚。微生物系統(tǒng)可能是一個比人類更豐富更復(fù)雜的世界，甚至真正是與人類現(xiàn)實的 “平行世界”。

微生物沒有雌雄之分，其繁殖方式獨具特色。細菌是靠自身“一分為二分”來繁衍后代，從 數(shù)學(xué)看，這是典型的分形（fractal）特征〔2〕。因為常常受環(huán)境、食物等條件的限制 ，實際上不可能實現(xiàn)呈幾何級數(shù)的分形繁衍〔3〕，這也讓動植物望塵莫及。微生物 繁殖還有出芽繁殖、分生孢子繁殖、子囊孢子繁殖、孢子囊孢子繁殖等方式。絲狀微生物包 括放線菌、霉菌等，它們的菌絲斷裂的片段也能形成新的菌體，菌絲也可形成各種無性孢子 ，并能萌發(fā)成新個體。更有趣的是，有些真核微生物能以有性生殖的方式進行繁殖。

微生物除了繁殖很快外，還有非常奇妙的社會性，這是微生物在群居時的行為。社交性是微 生物具有的重要特征，包括合作、中立、敵對等復(fù)雜行為，由此促進分工合作和增強免疫力 〔4〕。社交也有消極表現(xiàn)，如沖突、脅迫和侵略。研究微生物的社會行為，對于揭 示個體與種群的關(guān)系、確定某些微生物的進化特征和研究潛在病因都有重要意義。

過去很長一段時間以來，人們對微生物世界的“通信聯(lián)絡(luò)”知之甚少，一直把微生物視為“ 聾啞者”，與周圍的伙伴沒有溝通交流。近幾十年來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)微生物也能借助特定的“ 信號分子”構(gòu)建復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)，與它們的鄰居進行多種聯(lián)絡(luò)，并建立緊密關(guān)系。程珂珂（2 022）以生動有趣的文字介紹了這方面的研究進展并指出，微生物借助精密復(fù)雜的交流系統(tǒng)， 在“感知周圍的信號、翻譯所識別的信息、對外來信號做出回應(yīng)”的過程中，具有“聽—想 —做”的特征，能快速感應(yīng)周圍環(huán)境變化，并與鄰居進行分工合作、資源共享、協(xié)同進化， 進而提高在環(huán)境中的適應(yīng)能力〔5〕。研究發(fā)現(xiàn)，微生物通信交流可以在同種、異種 甚至其他生物有機個體之間進行，因此交流所用的語言也各不相同，包括信息素、小分子、 化學(xué)信號以及物理接觸等，這些語言擔負著種內(nèi)、種間和跨界交流的功能，決定著微生物與 相鄰生物之間的關(guān)系，可能是人類還沒有認識到的“微生物元宇宙”〔6〕。

研究表明，微生物同伴之間的信息交流可以通過分泌某些小分子來進行，當細胞周圍的“信 號小分子”濃度達到某個閾值后就能調(diào)節(jié)自身種群密度，激活下游功能基因的表達，表現(xiàn)出 生物膜形成、抗生素產(chǎn)生以及生物發(fā)光、毒性表達等具體行為〔7〕。這類信號是微 生物經(jīng)常使用的語言，稱其為“群體感應(yīng)”（Quorum Sensing，QS）〔8〕。不同的微 生物之間的交流還可以使用“民族語言”或者“土著方言”，比如革蘭氏陰性菌經(jīng)常利用的 信號分子是長鏈脂肪酸、N?；呓z氨酸內(nèi)酯（AHLs）、脂肪酸甲酯等。細菌在種內(nèi)和種間 交流時常用擴散信號因子（DSF），真菌的QS信號分子主要是醇類化合物，吲哚常被用作種內(nèi) 、種間及跨界交流的信息素。除QS信號外，微生物之間交流還有其他某些“土語”，比如“ 群體猝滅信號”（Quorum Quenching，QQ）〔9-10〕?？股卦凇皝喴种茲舛取毕乱部?以充當種間信號分子。除了這種有距離的信號傳遞外，微生物還能以細胞間的直接物理接觸 來傳遞信息，比如細菌就由細胞之間的某些“胞間納米管”（Intercellular Nanotubes）為 種內(nèi)和種間的物質(zhì)交換搭建交流網(wǎng)絡(luò)。原核和真核細胞能夠分泌“胞外囊泡”（Extracellul ar Vesicles，EVs）將信息物質(zhì)輸送到宿主細胞。微生物為了獲得長久生存，要應(yīng)對復(fù)雜多 變的惡劣環(huán)境，必須通過信息交流將單個細胞的功能與整個群體的發(fā)展統(tǒng)一起來，形成“團 結(jié)力量”。通過頻繁的信號交流，微生物可以更好地劃分生態(tài)位、進行資源分配，實現(xiàn)有限 營養(yǎng)的有效利用和群體的長遠發(fā)展。同時，微生物通過信息交流能夠形成生物膜，獲得多種 抗拒外界挑戰(zhàn)的生存優(yōu)勢，驅(qū)動自身與宿主間的協(xié)同進化，從而整體提升生存繁殖能力。信 號交流為微生物帶來了生存優(yōu)勢的同時，也為疾病治療、農(nóng)業(yè)病害防治等提供了新機會。

孫靜等（2009）在對微生物個體之間的合作現(xiàn)象和社會微生物學(xué)等文獻綜述中指出，絕大多數(shù) 微生物在自然條件下是以生物膜的形式生存，表現(xiàn)出許多以前只有在復(fù)雜的高等生物中才能 看到的社會行為，比如“互惠共生”“互助利他”等〔11〕。微生物種群的“互助利 他”行為引起了科學(xué)家們的極大關(guān)注，因為這與達爾文進化論不協(xié)調(diào)。按照“適者生存”原 理，微生物個體都要把自己的遺傳基因傳遞給下一代，為什么有些微生物個體要犧牲自己的 利益來使群體的其他個體受益呢？這是一種“大局意識”“集體主義思想”嗎？可能另有隱 情。實際上，微生物為了保持合作共生穩(wěn)定，實施了“近親選擇”行動，就是讓與其有相似 遺傳基因的“近親受益”，通過這種機制將自己的遺傳基因傳遞下去，盡管不是直接的遺傳 ，但還是保留了自己的基因存在。為此，必須知道“哪些是近親”。為理清“基因親緣關(guān)系 ”，“親緣識別”最為關(guān)鍵，必須建立基因識別機制，比如用“綠胡子”基因來識別自己的 親戚，選擇與它們進行合作。微生物“近親選擇”理論是對達爾文進化論的合理修正和“補 丁”完善。

隨著對微生物世界認識的深化，人們發(fā)現(xiàn)各種微生物并不孤立寂寞，總是選擇群體生活。微 生物個體是脆弱的，群居生活至少有三個好處：一是群居能有效抵抗不利于生存的外界環(huán)境 ，包括抗生素和宿主抵抗力的“清除作用”；二是群居可以獲得個體難以得到的營養(yǎng)成分； 三是群居能獲得新的基因和新的生物學(xué)特征。群居中的微生物通過多樣的交流系統(tǒng)去感知鄰 近細胞的動態(tài)并調(diào)節(jié)自身的行為。就連最簡單的生命個體——病毒，也能在QS信號介導(dǎo)下參 與著與宿主間的相互作用和交流。過去人們主要關(guān)注哺乳動物、昆蟲等多細胞生物的社會性 ，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)微生物有互助、互動、沖突、內(nèi)耗、共生、協(xié)同等行為，由此誕生了“社會細菌 學(xué)”“社會微生物學(xué)”，研究對象都是微生物的群體行為〔12〕。但是目前我們對微 生物信號的了解還很膚淺，未來將通過更多新方法新技術(shù)來擴充微生物語言庫，并借助合成 生物學(xué)對微生物語言進行改造與利用，從而開展更有效的食品生產(chǎn)、生態(tài)修復(fù)及病原防控。

大自然中的微生物種類極為繁多，尺寸從納米級到微米級全部涵蓋，加之微生物培養(yǎng)成本低 、生長繁殖快、遺傳能力強，因此能用微生物來制造納米材料，目前已經(jīng)成為前沿科學(xué)。這 種“基于微生物”的生物制造，利用微生物的特異結(jié)構(gòu)和多樣功能進行仿生和調(diào)控，操縱微 生物進行加工組裝，從而獲得新材料、新器件的方法，為納米材料制造技術(shù)創(chuàng)新提供了新思 路與新啟發(fā)。有學(xué)者專門綜述了細菌、放線菌、酵母菌以及真菌等微生物用于納米生物合成 技術(shù)的概況，并對發(fā)展趨勢進行了展望，值得高度關(guān)注〔13-14〕。

微生物是極小的“動物”，結(jié)構(gòu)比較簡單，可能還有一定思想意識，主要表現(xiàn)出信息傳遞和 互利合作等社會行為?；ダ袨榉譃槿悾褐苯踊ダ袨?、物質(zhì)交易、信息交流。不同微生 物之間有共生、協(xié)作、寄生、捕食和競爭的相互作用，存在著復(fù)雜的社會關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。“微生 物社會行為學(xué)”就是把微生物群體看成社會進而研究微生物之間協(xié)同共生機制及規(guī)律的學(xué)問 。大多數(shù)微生物個體都有自私、利他、敵對、欺騙等行為，但“共生”是主要特征。微生物 有遺傳基因，有生存與繁殖的本能需求，有天生的特殊“智慧”，有自己的“文化”和“文 明”，有屬于微觀世界的社會規(guī)則，盡管人類知之不多，但是客觀存在，未來必定有重大突 破。

二、發(fā)酵系統(tǒng)中微生物行為的復(fù)雜性

發(fā)酵食品在中國具有悠久歷史，并且成就輝煌。一般而言，由微生物作用制取的食品叫發(fā)酵 食品〔15〕。微生物發(fā)酵工程的核心是利用微生物對原材料細胞進行改造，經(jīng)過某些 代謝途徑轉(zhuǎn)化為人們所需要的產(chǎn)物，這種方法進一步提升了原材料的利用價值，現(xiàn)在已經(jīng)成 為食品工業(yè)的重要分支。借助微生物發(fā)酵方法，可以延長原始食品的保質(zhì)期，改進食品的口 感，提升食品本身的營養(yǎng)價值。作為一種前沿高新生物技術(shù)，人們還在進一步思考，如果能 夠操縱基因重組，促進細胞融合，合理調(diào)控細胞內(nèi)關(guān)鍵代謝酶的數(shù)量，利用高通量篩選、分 離純化，實現(xiàn)對發(fā)酵質(zhì)量的優(yōu)化升級，那么微生物發(fā)酵工程就能躍升新臺階，發(fā)酵食品的種 類就會更多，質(zhì)量更高。特別是在功能性食品的生產(chǎn)中，微生物的價值和作用更為顯著。

總體而言，發(fā)酵微生物包括細菌、酵母菌、霉菌和放線菌四大類。細菌和酵母菌都是單細胞 ，細菌主要用以產(chǎn)生丁醇、丙酮、乳酸、乙酸、谷氨酸等。酵母菌主要用以產(chǎn)生乙醇、甘油 、酒類等。霉菌和放線菌都是多細胞，霉菌主要用以產(chǎn)生淀粉酶、檸檬酸、葡萄糖酸等，放 線菌主要用以產(chǎn)生抗生素〔16-17〕。從科學(xué)上講，有些微生物對人體健康有益，有 的對人體有害，有的還能致病，因此食品微生物的檢測非常重要。目前來看，全基因組測序 技術(shù)最為有效，但使用成本較高。

發(fā)酵食品本質(zhì)是微生物產(chǎn)品，成分之多，功能之奇，很難全部理清。特別是各成分之間的協(xié) 同、耦合、互補、制約等機制問題，都是國際難題〔18〕。從數(shù)學(xué)上講，這是典型的 “多體問題”，至今幾乎無解?！叭w問題”數(shù)學(xué)家都沒法精確求解，多體更難。在發(fā)酵過 程中，由于微生物的特異行為，會導(dǎo)致許多奇異現(xiàn)象的出現(xiàn)，比如混沌、分形、孤波、極限 環(huán)等〔19-20〕。目前，現(xiàn)代數(shù)學(xué)、物理學(xué)手段還不能完全解決這些問題，需要創(chuàng)造 新的數(shù)學(xué)工具。分形（Fractal）可能是研究微生物世界的重要工具，因為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與星系結(jié) 構(gòu)都是分形。分形具有“非整數(shù)維”和“自相似性”，非整數(shù)維就是分數(shù)維，自相似就是局 部與整體相似。自相似可以是統(tǒng)計的，也可以是幾何形態(tài)的，還有功能特性、時間過程的相 似，因而與鞅論關(guān)系密切〔21-22〕。鞅論是現(xiàn)代概率論的一個重要內(nèi)容，也是隨機 過程和數(shù)理統(tǒng)計研究的重要工具。曼德爾布羅特（B.B.Mandelbrot）首次提出分形概念的原意 是指不規(guī)則、支離破碎等特征。由于這類現(xiàn)象在自然界普遍存在，因此分形應(yīng)用十分廣泛， 引起了各個領(lǐng)域的高度關(guān)注，與微分方程與動力系統(tǒng)理論的聯(lián)系非常密切?！包S金分割率” 和“斐波那契數(shù)列”都是分形結(jié)構(gòu)。許多微生物都是按照這樣一個數(shù)列 0，1，1，2，3，5 ，8，13，21，34，55，89，144，233，377，610，987，1597，2584，4181，……的方式生 長，后一個數(shù)字都是前兩個數(shù)字之和，這就是“斐波那契數(shù)列”，也滿足“黃金分割率”。 我們有理由猜測，微生物社會行為遵從美學(xué)原理。

利用分形數(shù)學(xué)描述微生物的發(fā)酵過程是非線性科學(xué)發(fā)展的重要方向和選擇。1981年Witten和 Sander提出分形生長的重要形式即“擴散限制凝聚”（Diffusion Limited Aggregation）模 型（簡稱DLA）〔23〕，在材料科學(xué)、微生物學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。DLA模型涉及代數(shù)、 泛函分析、非線性偏微分方程等知識，已有成熟的軟件可模擬全過程〔24〕，對于闡 釋微生物社會行為有重要影響，前景廣闊。

微生物的身體微小但能量巨大，表現(xiàn)出很強的“自組織”行為和協(xié)同效應(yīng)。微生物發(fā)酵與微 生物“社會性”和“利他性”密切相關(guān)，這樣才能形成“聚變效應(yīng)”和協(xié)同能量，由此誕生 了自然常數(shù)e（歐拉數(shù)，其值為2.71828……），但相關(guān)機制尚不清楚。微生物的社會行為相 對簡單，但機制十分神秘，隨著基因組合技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的進步，人們有可能解開背后隱藏 的“密碼”。我們的研究策略必須改變，不能再像以前那樣僅僅以單個微生物為研究對象， 而必須瞄準微生物整個種群及其內(nèi)部的復(fù)雜關(guān)系〔25-26〕。

發(fā)酵食品是微生物制造的產(chǎn)品，是健康食品，這是社會共識，發(fā)酵食品內(nèi)部存在復(fù)雜的耦合 、協(xié)同和自組織行為〔27-28〕。發(fā)酵食品是中國人對世界的貢獻，其機理、成分、 功效的復(fù)雜性至今無法精準破解。中國白酒是發(fā)酵食品，制曲、發(fā)酵、蒸餾、勾調(diào)、窖藏等 環(huán)節(jié)涉及微生物的各種反應(yīng)和作用機理，呈現(xiàn)非常復(fù)雜的各種現(xiàn)象，并且這些反應(yīng)機理之間 又是相互重疊、耦合、協(xié)同、制約的，許多都是未解之謎。求解難度在于，這牽涉物理、化 學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物、生理、心理、社會等多個領(lǐng)域的橫向交叉問題，只精通某一領(lǐng)域知識的專 家很難全面把握，必須是綜合專家——戰(zhàn)略科學(xué)家。人們預(yù)言，只要能破解其中某一個難題 ，都能獲得諾貝爾獎，并能引發(fā)經(jīng)濟社會的巨大變革。

發(fā)酵食品是中國味道、中國文化。發(fā)酵食品在食品中約占25%的份額，白酒在發(fā)酵食品中的 份額更小。作為發(fā)酵食品的白酒，對人體有奇妙的生物化學(xué)作用。在發(fā)酵過程產(chǎn)生的有機成 分究竟有多少，目前還是未知數(shù)。經(jīng)蒸餾純化后，白酒主要成分是乙醇（沸點78.3℃），白 酒中沒有微生物，微生物在高溫蒸餾時會死亡，微生物只存在于發(fā)酵系統(tǒng)。白酒儲存一段時 間后發(fā)黃，是因為水中金屬離子（主要是鐵離子）被氧化和白酒中酸醇酯醛等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的 結(jié)果，與微生物沒有關(guān)系。由于發(fā)酵產(chǎn)物成分太多，各成分的結(jié)構(gòu)不同、沸點不同，在蒸餾 中產(chǎn)生的成分也不同。目前，人們在中國白酒中檢測到的化學(xué)成分已達數(shù)千種，可查的白酒 風(fēng)味物質(zhì)成分就有1500多種，其他有機物多達數(shù)百種，還有水中的無機物和金屬離子有十多 種，是典型的非線性復(fù)雜系統(tǒng)〔29〕?，F(xiàn)在可知的是，中國白酒主要包括醇類化合物 、酸類化合物、吡嗪類化合物、有機酸及其脂類、氨基酸、多元醇、微量元素等〔30〕 ，它們有些來自原料本身，有些是微生物發(fā)酵代謝產(chǎn)生的，更多的成分是其他食品中所沒 有的，屬于白酒獨有，對肌體活力和代謝具有重要的激發(fā)作用。目前為止，誰也沒有把白酒 與人體的作用機理說明白。說白酒有害，是針對酒精而言的，白酒與酒精不同，至少有1%的 差異，這1%包含成百上千種的其他成分，這些成分具有“蝴蝶效應(yīng)”，在酒的質(zhì)量上起著關(guān) 鍵性、決定性作用。換言之，酒精只有乙醇一種成分（一般這樣看），而白酒卻有上千種成分 ，眾多的有機成分（比如各種酯、酸、醇等）之間存在復(fù)雜的協(xié)同作用，而酒精沒有復(fù)雜成分 和協(xié)同作用。實踐證明，白酒中存在的鉻、硒、磷，對于糖和脂肪代謝以及保障胰島素功能 ，具有積極作用。膽堿、蛋氨酸對于防止動脈硬化具有良好效果。有些凝集素（Lectins）能 激活淋巴細胞，可以預(yù)防腫瘤。當然，“糧為酒之肉”，不同的糧食原料發(fā)酵，不同比例的 糧食發(fā)酵，酒體風(fēng)格及營養(yǎng)成分也必然不同，這是不爭的事實〔31〕。

酒是中國最古老的人造飲料，早在原始社會就有了，甲骨文中就有“酒”字和與酒相關(guān)的文 字。我國釀酒的歷史可以追溯到9000多年前的新石器時代?！熬浦d，自上皇”，即伏羲 、神農(nóng)、黃帝時代已經(jīng)開始釀酒。對于白酒的利害，要辯證看待，把握量變與質(zhì)變的關(guān)系， 無限放大某一個方面的作用，都失之偏頗。《本草綱目》認為，“酒少飲則和血行氣，痛飲 則傷神耗血”。中國古人很早就發(fā)現(xiàn)酒的藥用價值，《漢書·食貨志》就有“酒，百藥之長 ”的說法。

人體器官和發(fā)酵食品都是物質(zhì)，本質(zhì)都是一樣的——“波弦”！在微觀世界之下的渺觀世界 里，物質(zhì)具有“波粒二象性”，更多表現(xiàn)出波動性，波是一種能量。渺觀世界的能量輻射是 以“量子”形式一份一份地成倍發(fā)出，量子之間還存在“糾纏”現(xiàn)象，一個量子與另外一個 量子的“通信時差”為零。如果把物質(zhì)無限分割下去，我們所知道的不再是點狀粒子（比如 電子、光子、中微子和夸克等），而是尺度非常非常小的一維線狀的“波弦”（有端點的“開 弦”和圈狀的“閉弦”）〔32〕。換言之，世界由“波弦”構(gòu)成，波弦的不同振動產(chǎn) 生出各種不同的粒子，因此能量與物質(zhì)是可以轉(zhuǎn)化的。物質(zhì)的本質(zhì)是波弦，是能量，發(fā)酵食 品同樣如此。波動在微觀、渺觀世界才有顯著表現(xiàn)，在宇觀、宏觀世界幾乎無法發(fā)現(xiàn)，因為 質(zhì)量太大。質(zhì)量越大，波動性越?。毁|(zhì)量越小，波動性越大，其界限在“普朗克常數(shù)（h）” 。微生物相對于電子、波弦而言，是尺度巨大的生物體，波動性很小，但它們感受的渺觀世 界的波動比人類更大更強。

發(fā)酵食品具有獨特的風(fēng)味，如酒、酸奶、調(diào)味品。食品的質(zhì)量，要根據(jù)人體器官的“五覺” ——視覺、味覺、嗅覺、聽覺、觸覺來裁定〔33〕。視覺由可見光波刺激，聽覺是聲 波作用的結(jié)果，味覺、嗅覺、觸覺是“電子波”作用的反應(yīng)，“五覺”感知的本質(zhì)都是“能 量波”的刺激——“波弦”的作用，表現(xiàn)為“波粒二象性”，并且頻率（或者波長）可以在一 定值域內(nèi)調(diào)整。如果人體器官的頻率與食品的“波弦”頻率匹配對接，同頻共振，我們就感 覺愉悅、痛快，否則就是模糊、難受。人的“五覺”有時比物理機器更靈敏，特別是在白酒 “五覺”上，機器還無法達到人的精度與敏感。因此，感知發(fā)酵食品質(zhì)量的最好工具是人體 感官，感官質(zhì)量是由感覺器官感知產(chǎn)品特征，由此可以建立發(fā)酵食品人體器官感知指標體系 。因此，在發(fā)酵食品產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)設(shè)立感官質(zhì)量首席品鑒師，成立區(qū)域研究中心，評聘首席品 鑒師。

三、微生物行為世界的哲學(xué)思考

地球上的不同微生物之間存在互生、寄生、共生、捕食、競爭等關(guān)系，所有微生物都是相互 關(guān)聯(lián)的，微生物群落是典型的復(fù)雜系統(tǒng)。要徹底弄清楚微生物之間的復(fù)雜關(guān)系現(xiàn)在還很困難 ，一是超過90%的微生物無法人工培養(yǎng)（無法提供生長條件），因此無法用實驗法進行逐 一研究；二是數(shù)萬種微生物之間存在數(shù)億對錯綜復(fù)雜的關(guān)系，面對這樣巨大的數(shù)據(jù)系統(tǒng)傳統(tǒng) 方法幾乎無能為力?！拔⑸锷鐣袨閷W(xué)”是涉及眾多學(xué)科領(lǐng)域的交叉橫斷科學(xué)，核心概念 是非線性、適應(yīng)性、約束性、序參量、自組織、差異協(xié)同等，最高境界是系統(tǒng)哲學(xué)。讓科學(xué) 家驚訝不已的是，微生物可以操作人體大腦！John F.Cryan等（2019）發(fā)現(xiàn)微生物群和社會大 腦之間有重要關(guān)系〔34〕。他們指出，腸道微生物群與中樞神經(jīng)系統(tǒng)之間存在“微生 物—腸—腦軸”的雙向通路，可以通過這些途徑向大腦發(fā)出信號，影響動物的社會行為，這 有助于解釋“自閉癥”引起的社會表現(xiàn)缺陷，并可能創(chuàng)造開發(fā)新的治療方案與策略〔35 〕。實際上，每個人體內(nèi)的微生物群落都是獨一無二的，與心臟病、自閉癥、免疫力和衰 老都有密切關(guān)系。腸道微生物大部分是有益菌，可以間接影響人類的大腦活動，與人的睡眠 、記憶、焦慮、抑郁癥等都有很大關(guān)聯(lián)。從微生物角度看，人與人之間的差別不是體現(xiàn)在基 因上而是在微生物數(shù)量和種類上。人體內(nèi)的微生物細胞數(shù)量遠遠超過人體自身細胞數(shù)量，比 例大約為10∶1。中等體重的成人身上大約有1.4千克微生物（與大腦重量相近），其中90%以 上的微生物都集中在腸道里，人體與微生物構(gòu)成了超級生物體。每個人體里大約有3萬個人 類基因，但人體攜帶的微生物基因卻有200萬—2000萬個。從遺傳角度看，人類所繼承的基 因99%都是微生物的基因。

對于由微生物制造的中國發(fā)酵食品尤其是白酒，世界或者國際社會的認知還十分有限，或者 說還沒有上路，因為這是復(fù)雜系統(tǒng)問題，研究難度很大。特別是對于發(fā)酵食品好處的認識， 仍然遠遠沒有達到科學(xué)、定量、清晰的程度。人們普遍認為，中國發(fā)酵食品還處于“無人區(qū) ”“處女地”，是國際食品界的“哥德巴赫猜想”或者“黎曼猜想”，存在多個諾貝爾獎級 難題。

在人類歷史上，有幾個勇敢的探險者，在復(fù)雜系統(tǒng)研究中獲得諾貝爾獎，如威爾遜（Wilson ，K.G，1982年獲諾貝爾物理學(xué)獎）、普利高津（I.llyaPrigogin，1977年獲諾貝爾化學(xué)獎） 等〔36-37〕。特別是2021年諾貝爾物理學(xué)獎，授予研究復(fù)雜系統(tǒng)的三位科學(xué)家，以 表彰他們“對我們理解復(fù)雜系統(tǒng)的開創(chuàng)性貢獻”，他們分別是Syukuro Manabe、Klaus Hass elmann和Giorgio Parisi。可以說，這些研究還處于表象的整體性探索，不是微觀機理研究 ，與中醫(yī)思維大體一致。在發(fā)酵食品研究上，探究從微觀到宏觀的路徑是西方人的思維方式 ，難有作為，目前在機理闡釋上幾乎是顆粒無收，但隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展未來可能會有重大 突破。從宏觀到微觀，這是東方人的思維方式，就是探索從系統(tǒng)學(xué)、突變論、協(xié)同學(xué)到混沌 學(xué)、分形學(xué)、孤波學(xué)等研究路徑，對于研究發(fā)酵食品也許是可行之路。實際上，這是系統(tǒng)學(xué) 的“黑箱法”，從輸入與輸出來分析內(nèi)部結(jié)構(gòu)、成分和機理。協(xié)同學(xué)創(chuàng)始人赫爾曼·哈肯（H ermann Haken）教授多次探討中國特色的復(fù)雜系統(tǒng)問題，他認為，中國人在研究發(fā)酵食品和 中醫(yī)藥機理等復(fù)雜問題方面有很大潛力和優(yōu)勢。當代著名系統(tǒng)哲學(xué)家、廣義進化論專家歐文 ·拉茲洛（Ervin Laszlo）也認為，中醫(yī)和發(fā)酵食品非常復(fù)雜，但中國科學(xué)家能夠為世界提供 路徑和答案?？梢?，發(fā)酵食品的復(fù)雜性得到國際學(xué)術(shù)界的公認，最后答案也許出自中國人之 手。在目前認知水平下，主張從系統(tǒng)學(xué)和中醫(yī)學(xué)的角度來研究發(fā)酵食品的功能與效應(yīng)，因為 對于微生物行為世界了解太少，尤其是對于微生物社會行為學(xué)知之更少。

在微生物發(fā)酵系統(tǒng)研究中，涉及許多物理學(xué)、社會學(xué)、數(shù)學(xué)的定律與原理，幾乎都是非線性 問題。比如，微生物之間有和諧共生關(guān)系，這是協(xié)同學(xué)研究的問題；發(fā)酵系統(tǒng)要開放，從無 序到有序，這是耗散結(jié)構(gòu)和自組織理論研究的問題；發(fā)酵系統(tǒng)發(fā)生瞬間重大變化，這是突變 論研究的問題；微生物信號和能量傳播，可能是孤波學(xué)（Soliton）研究的問題；微生物的分 岔繁殖與集聚行為，是混沌和分形理論研究的問題。同時，在近線性與非線性之間還有KAM 定理（卡姆定理），可以由此思考過渡帶和臨界點問題；把復(fù)雜問題簡單化，從多變量中提取 主變量，從而抓住主要矛盾，這是威爾遜“重整化群”的方法等〔38-39〕。KAM定理 說明了三維以上非線性系統(tǒng)的運動軌道出現(xiàn)混沌現(xiàn)象具有普遍性，揭示了決定論和隨機論之 間沒有不可逾越的界線，這為微生物社會行為學(xué)研究如何突破難點指明了方向和路徑。微生 物世界普遍存在的是“差異協(xié)同”現(xiàn)象，而不是對立統(tǒng)一關(guān)系，這是烏杰、拉茲洛等創(chuàng)立的 系統(tǒng)哲學(xué)的基本觀點〔40〕。發(fā)酵系統(tǒng)的差異協(xié)同現(xiàn)象表明，微生物社會行為不是“ 零和博弈”，而是具有自組織突現(xiàn)特征和整體優(yōu)化特性，滿足“最小作用量原理”，甚至存 在“真、善、美”的價值取向〔41〕。

大量實驗證明，發(fā)酵系統(tǒng)可能是“復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)”（Complex Adaptive System，簡稱 CAS） 〔42〕，動力來源于發(fā)酵系統(tǒng)內(nèi)部，微生物群體的相互作用生成宏觀的復(fù)雜現(xiàn)象，可 以采用“微觀分析與宏觀綜合”“定性判斷與定量計算”“科學(xué)推理與哲學(xué)思辨”“還原論 與整體論”等相結(jié)合的方法研究，這個思想的原型由遺傳算法之父約翰·霍蘭（John Hollan d）提出〔43〕。他認為，環(huán)境是演化的，主體必須主動適應(yīng)環(huán)境，從環(huán)境中學(xué)習(xí)，并 產(chǎn)生新的整體和新的進化〔44〕。CAS模型的核心思想是通過局部模型與全局模型間 的循環(huán)反饋來研究細節(jié)變動如何突現(xiàn)整體行為。系統(tǒng)與環(huán)境之間的開放性能夠形成適應(yīng)性， 進而突現(xiàn)出系統(tǒng)的復(fù)雜性。他的理論被廣泛應(yīng)用于模擬解決人類社會和生物系統(tǒng)的許多復(fù)雜 問題。

在發(fā)酵系統(tǒng)研究中，目前可以借鑒“開放性與系統(tǒng)性的整體性”“非線性與自組織性的協(xié)同 性”“適應(yīng)性與生成性的突現(xiàn)性”等系統(tǒng)思維，這些觀點形成了“復(fù)雜系統(tǒng)哲學(xué)”，為微生 物社會行為學(xué)研究開啟了一個新范式。發(fā)酵系統(tǒng)內(nèi)微生物的相互作用具有非加性、時空非對 稱性和相干性、時空非均勻性，可能產(chǎn)生周期震蕩現(xiàn)象（如B-Z反應(yīng)）以及宏觀有序現(xiàn)象（如Be rnard花紋）。微生物發(fā)酵系統(tǒng)只有與環(huán)境進行物質(zhì)、能量的交換，才有可能走向有序，發(fā)酵 才能形成正反饋效應(yīng)。自組織行為來自微生物之間的協(xié)同作用，從而產(chǎn)生多重反饋的疊加與 放大，使發(fā)酵系統(tǒng)出現(xiàn)多種可能的整體狀態(tài)。發(fā)酵系統(tǒng)猶如“蝴蝶效應(yīng)”對初始條件的極高 敏感性，酒曲、溫度、濕度等在局部范圍內(nèi)的微小波動經(jīng)過非線性作用的放大〔45〕 ，會使發(fā)酵系統(tǒng)產(chǎn)生巨大變化，產(chǎn)品質(zhì)量甚至不可預(yù)測，這就檢驗操作者的技術(shù)水平和藝術(shù) 造詣。哈肯在協(xié)同學(xué)中用“序參量”來揭示系統(tǒng)演化的自組織性，這對于研究微生物世界很 有啟發(fā)性。哈肯把“序參量”看成是使復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)部多種要素自發(fā)組織起來的“無形之手” ，序參量來源于系統(tǒng)要素之間的協(xié)同作用，其產(chǎn)生是一種自發(fā)行為，是一種從微觀元素到宏 觀整體的因果關(guān)系，這在科學(xué)層面為微生物社會行為學(xué)研究提供了有力的理論依據(jù)。微生物 發(fā)酵系統(tǒng)內(nèi)部要素之間的非線性作用導(dǎo)致的復(fù)雜性、協(xié)同性、自組織性，為人們理解和把握 微生物社會行為提供了新的方法。對于微生物發(fā)酵系統(tǒng)而言，只有開放才能生存，非線性是 有序之因，非平衡是有序之源，序參量是“上帝之手”！

研究微生物的社會行為，必須沖破學(xué)科界限的枷鎖，探索和解答“整體可以大于部分之和” “由簡單性生成整體性、適應(yīng)性、復(fù)雜性、突現(xiàn)性”等難題，為微生物社會行為學(xué)的發(fā)展開 啟新大門。計算機模擬技術(shù)可以為科學(xué)家研究微生物復(fù)雜系統(tǒng)的動力學(xué)機制提供有效的支持 和幫助。計算機圖形學(xué)家克雷格·雷諾德斯（Craig Reynolds）發(fā)明了“鳥群算法”，他把這 種方法稱為Boids（群伴），通過簡單的分離（Separation）、排列（Alignment）和聚合（Cohesio n）規(guī)則可以算出鳥群特征，無組織的群伴聚合為一個自組織群體的歷程，從而證明“簡單性 產(chǎn)生復(fù)雜性”。在微生物社會行為學(xué)研究中，可能還要考慮適應(yīng)性與約束性的關(guān)系〔46 -47〕。約翰·霍蘭（J.H.Holland）用“受約束生成過程”解釋了“適應(yīng)性造就復(fù)雜性” 的機制與原因，簡單規(guī)則經(jīng)過迭代作用能產(chǎn)生復(fù)雜的結(jié)構(gòu)與后果〔48〕。從系統(tǒng)本質(zhì) 看，約束就是相互作用及其規(guī)律，是對行動主體或演化系統(tǒng)可能出現(xiàn)的狀態(tài)的控制?？刂普?專家W.Ross Ashby（1991）曾說，“事實上，‘規(guī)律只是‘約束的同義語”“沒有約束 的世界是混亂到極點的世界”〔49〕。微生物發(fā)酵實際上就是一種受約束的生成過程 ，每個微生物都不能獨善其身，必然具有廣泛聯(lián)系并受到制約。要深入了解微生物世界，應(yīng) 該從“復(fù)雜系統(tǒng)哲學(xué)”“認知科學(xué)哲學(xué)”“心靈哲學(xué)”入手，充分發(fā)揮計算機模擬的神奇功 能，結(jié)合“元宇宙”技術(shù)進展〔50〕，對發(fā)酵系統(tǒng)的“適應(yīng)性、突現(xiàn)性、依隨性、因 果網(wǎng)絡(luò)、機制耦合”等重要概念進行重新審視和透徹揭示，找出本質(zhì)特征和基本規(guī)律〔 51〕。對于微生物發(fā)酵系統(tǒng)的認識，已經(jīng)從一般系統(tǒng)論上升到復(fù)雜系統(tǒng)哲學(xué)高度。這表明 ，在系統(tǒng)哲學(xué)視域下，微生物社會行為學(xué)正在不斷豐富和發(fā)展，并將穩(wěn)步走向成熟與定型。

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（責任編輯 張 筠）