微生物群揭示死亡的秘密和生命的信息

　　美国田纳西州诺克斯维尔市以南的大雾山，在一片风景秀丽的林地里，数十具不同腐烂状态的尸体散落在8000多平方米范围的地面上。不过您别担心，这不是一场大屠杀的犯罪现场，而是田纳西大学法医人类学研究机构，被称为＂遗体农场＂，科学家们在这里研究人体分解。科学家们希望，对身体的生物学毁灭的研究，有朝一日可能有助于谋杀罪案的调查。
　　自1987年田纳西大学遗体农场成立以来，已有近1800具尸体从这里化作尘土回归大地。这些遗体都是由人们自愿捐献专门用于研究目的。
　　尸体在不同的情况下腐烂：不同的季节，有穿衣服的，有裸体的，有埋在浅土里的，还有的用塑料包裹着。
　　实际上，科学家们对尸体的兴趣主要在于它们身上生长的东西，即探索微生物和其他分解人类尸体的分解者的活动。
　　您可能听说过微生物群，它们是生活在我们身上和体内的 100 万亿左右的微生物。遗体农场的科学家研究的就是尸体微生物群（necrobiome）——一旦我们死了，它们就会在我们的身体茁壮成长。
　　法医学中最常见但最棘手的问题之一是估计某人何时死亡。准确的死亡时间是谋杀案调查中的重要证据，而且很难确定。验尸官通常依赖粗略的测量，例如皮肤的颜色或尸体僵硬的时间。但尸体微生物群的研究目的在于发现微生物中的模式，这些模式可以在简单的拭子检测后发出死亡时间的信号。
　　此外，这项科学还可以通过揭示人活着时隐藏的健康问题来帮助确定死亡方式，甚至揭示隐藏的尸体所在的位置。
　　一具尸体会被一长串的生物积极地吞噬掉，从啄食和撕裂的食腐动物到蠕动的蠕虫和蛆，再到成群结队的微生物。
　　人死后的尸体分解分为四个阶段，验尸官用它来重建一个粗略的时间线来估计死后的时间。
　　在第一阶段——新鲜阶段——身体看起来几乎和活着时一样。行动大多在死者组织的幕后进行。
　　在死亡的几个小时内，肌肉内的肌动蛋白和肌球蛋白变得缺乏能量并开始锁定在一起，这使身体僵硬。血液通过重力沉降到身体的最低点，导致被称为青紫的瘀伤颜色。与此同时，尸体在一个被称为＂尸僵＂的过程中冷却或升温至环境温度。
　　第一阶段通常为期两天时间，细菌为尸体的资源展开战斗，之前被免疫系统压制的生物群体变得占主导地位。在健康的人类中，被称为厚壁菌门和拟杆菌门的菌群在肠道中占主导地位，但这些细菌中的一些在人死亡后开始减弱，而另一些则蓬勃发展，例如变形菌门——其中包括许多免疫系统通常会抑制的病原体。
　　第二阶段是早期分解阶段，此时身体开始明显分解。这是事情开始变得非常糟糕的时候。皮肤开始脱落，头发开始脱落。先前存在于肠道内的微生物开始逃逸并吞噬身体的其他部位。当它们耗尽氧气后，可以在低氧条件下生存的细菌开始接管工作，产生使身体膨胀和有气味的气体。例如，硫氧化细菌假单胞菌和芽孢杆菌分解蛋白质，产生了有臭味的硫化氢气体，而其他细菌分解脂肪酸并产生尸胺和腐胺。到膨胀阶段结束，当体内所有的氧气都耗尽时，一组称为梭状芽孢杆菌的严格厌氧细菌占据肠道，科学家称之为＂梭菌效应＂。
　　腐烂的气味会吸引更多的昆虫，当第一只到达的苍蝇的卵孵化时，会形成一团蛆。然后，大量的蛆在整个尸体游走，边走边吃，撕扯肉体。
　　当腹部破裂，将液体排出，就标志着第三阶段的开始，即高度腐烂阶段的开始。骨架开始显现，剩下的肉会变成木乃伊，也就是形成蜡状脂肪。
　　最后一个阶段是骨骼化，此时只剩下骨头，可能还有头发或干燥的皮肤……
　　几十年来，法医一直使用这种一般的进展来估计一个人已经死了多长时间。但是所有的指标都有很多变数。
　　在法医鉴定中，至少有 10% 到 15% 的人死亡的时间无法确定，这就会对相关的刑事调查造成影响。在这种不确定的情况下，有经验的法医会使用尸僵、血色和体温来估计死亡时间。但是这种方法估计的时间会很宽泛——从 12 小时到几天不等的死亡时间窗口。
　　现在，科学家们试图利用尸体微生物群来缩小对死亡时间推测的范围。科学家们提出，如果能够在人死后的几天内监测尸体——对存在的微生物种类和数量进行分类——他们可能会看到这些微生物群落的组成随着时间的推移而发生持续的变化。然后这些模式可以用来估计死亡的时间。
　　2018 年，密歇根州立大学的詹尼弗·佩查尔（ Jennifer Pechal ）和埃里克· 本博（Eric Benbow）公布了他们对近 200 具已知死亡时间的尸体的第一个研究结果。他们发现了一种模式，即死后 48 小时，耳朵、眼睛、鼻子和嘴巴中的微生物群落发生了一致的变化。通过分析死后的微生物群落，他们至少可以判断一个人是否在 48 小时之前死亡。这个时间框架很有用，因为它通常是死亡调查的灰色地带。
　　目前，佩查尔 正在从另外 2000 多具尸体中收集样本，尝试获取这些信息＂并将其转化为可以在法庭上使用的东西＂。
　　为此，她必须将大量基因序列转化为可理解的数据，以确定存在哪些微生物以及它们在每个分解阶段的丰富程度。
　　＂最终，你会得到一份清单，其中列出了存在哪些微生物，它们出现的次数，以及它们存在的样本，＂佩查尔说。利用这些数据，科学家在尸体分解过程中的不同时间寻找支配身体不同部位的细菌群的模式。
　　然后，科学家将处理这些海量数据并将其转化为可靠的估计死亡时间的计算机模型。
　　但死亡时间并不是利用研究尸体微生物群的唯一方法。一具正在腐烂的尸体用有机物质和营养物质的混合物淹没了它周围的土壤，因此可以想象，当尸体的分解产物进入植物根部时，地面上可能会产生明显的变化。如果发生这种情况，通常隐藏尸体的树木和灌木实际上可能成为其存在的信号。
　　例如，叶子有时会通过变得更黄或更绿来响应土壤的变化。或者它们可能会以不同的方式反射我们甚至看不到的波长的光。农民已经利用了这种反应，使用无人机的光谱图像来评估作物的含氮状况，这有助于他们决定何时施肥。如果同样的动态情况也适用于人体分解，那么法医调查人员可能能够使用无人机扫描林区寻找隐藏尸体的迹象，速度比步行搜索小组要快得多。
　　田纳西大学的微生物生态学家詹妮弗· 德布莱恩（Jennifer DeBruyn）领导的一个研究小组，正在研究生活在尸体周围土壤中的细菌以及附近植物叶子的变化。去年春天和夏天，他们使用连接在无人机上的多光谱相机绘制了尸体农场中的每一棵树、灌木和尸体，该相机可以看到各种波长的光。
　　德布莱恩的团队还对尸体周围的土壤进行采样，以绘制出所谓的＂尸体分解岛＂的地图。从尸体中渗出的液体会形成一个在化学和微生物方面与其他区域不同的区域。通过这项研究，科学家门想要知道分解的产物离尸体所在的地方的距离。
　　只要在死后几天内对尸体进行采样，它还可以保存有关该人死亡时的健康信息。例如，医学研究发现口腔中的细菌群落与心脏病之间存在惊人的联系。事实证明，口腔中的细菌通过血液传播到身体的其他部位，当它们到达心脏时，它们会附着在受损部位并引起炎症。果然，当 Pechal 研究尸体口腔中的细菌时，她发现心脏病患者存在差异。与没有心脏病的人相比，他们的口腔坏死生物群落的多样性更少，并且由链球菌和罗氏菌等入侵者主导，它们是与心脏炎症有关的细菌。
　　此外，保存在死尸微生物群中的地理信息可能有助于确定尸体的来源。科学家们已经发现，世界各地的人的微生物组各不相同，因此在死后发现差异可能是合理的。