生物多樣性影響人類健康：機制假說及關鍵問題

鐘 樂 左子童 趙智聰 陳思齊

生物多樣性對人類健康至為關鍵，開展相關研究具有重要意義。生物多樣性是“所有來源的形形色色生物體”，包括了“物種內部、物種之間和生態系統的多樣性”[1]，它能從生理健康、心理健康、社會健康等多個維度直接或間接地提升人類健康水平[2]。綠色空間和自然環境雖然是生物多樣性的主要載體，但二者無法直接等價。因此，雖已有大量研究證實了綠色空間、自然環境對人類健康具有積極影響[3-5]，但仍有必要探討生物多樣性與人類健康的直接關系。國際上已提出了部分揭示生物多樣性影響人類健康的機制假說和理論，并嘗試開發了將生物多樣性與人類健康相聯系的概念框架[6]及受微生物啟發的綠色基礎設施規劃設計工具包[7]，但還存在許多研究空缺。中國的相關研究起步較晚，為數不多的文獻闡釋了生物多樣性水平對心理健康與福祉的影響[8]、感知生物多樣性對注意力恢復的促進[9]，以及生物多樣性與傳染性疾病的關聯[10]，介紹了協同生物多樣性與人類健康的“同一健康”(One Health)理念[11]。總體而言，相關研究數量較少、內容較單薄，還處于現象闡釋、經驗介紹的階段。

健康中國是中國的國家戰略，生物多樣性保護是中國的重大工程，實現二者的協同具有重要意義。“人與自然和諧共生”是中國式現代化的五大特征之一，但目前還未有研究從人民健康的視角揭示人與生物多樣性、人與自然的內在聯系。研究并認識生物多樣性與人類健康的關系，不僅能夠完善生物多樣性影響人類健康領域的理論框架，也能促成對“人與自然和諧共生”的多維理解，推動健康中國和生物多樣性保護的協同共進。鑒于中國開展相關工作的現實需求及所處的研究階段，有必要系統介紹生物多樣性影響人類健康領域主流思想的發展脈絡、核心內容和主要的醫學假說，在此基礎上提出關鍵性研究問題，并立足風景園林學科思考可能的規劃設計路徑。因此，本文圍繞生物多樣性影響人類健康這一議題，回答如下問題：1)現代醫學領域、自然保護領域對生物多樣性與人類健康關系的認知經歷了怎樣的發展歷程？2)現有研究中提出了哪些生物多樣性影響人類健康的機制和假說？3)在生物多樣性影響人類健康領域中還存在哪些亟待研究的關鍵問題？4)立足風景園林學科，如何通過規劃設計手段營建出依托生物多樣性提升人群健康水平的綠色空間？

1 認知歷程

人類健康、生物多樣性分別涉及醫學和自然保護兩大領域，研究需要從兩大領域分別回顧。

1.1 醫學領域

現代醫學對生物多樣性影響人類健康的認知經歷了長期發展，共涌現出3種主流整體健康思想：“同一健康”(One Health)、“生態健康”(EcoHealth)和“星球健康”(Planetary Health)。

“同一健康”的溯源最早、影響最廣，它起源于1761年，但直至2004年才作為專業術語被正式提出，雖然在該思想奉行的“曼哈頓原則”中強調了生物多樣性、生態系統完整性保護[12]，但由于其起源的學科背景為人類醫學、獸醫學，因此焦點是醫學視角下人類健康與動物健康的協同。“生態健康”起源于1970年加拿大“國際發展研究中心”(IDRC)發起的“生態健康”運動，它專注于人類健康、動物健康和環境間的關系，強調以跨學科、跨系統的思維來促進生態系統與人類的共同健康，關注社會和生態的相互作用[13]。“星球健康”由洛克菲勒基金會-柳葉刀委員會在2015年提出，它伴隨著聯合國可持續發展目標的啟動而誕生，它更關注于環境，特別是氣候變化對人類健康的影響，以及人類健康的社會決定因素[14]。

3種思想既有共同點，又存在差異。其共同之處在于均強調人類健康與非人生命體、自然環境的協同。為比較三者的差異，對《同一健康》(One Health)、《生態健康》(EcoHealth)和《柳葉刀星球健康》(Lancet Planetary Health)3本期刊的歷年載文進行分析，結果表明：“同一健康”的研究多以人畜共患疾病、病原體和動物等為關鍵詞，很少出現生態類的關鍵詞，但近年來也開始涉及生物多樣性、生態學、氣候變化和各種社會科學，學科類別以醫學、獸醫學為主；“生態健康”的研究不僅包括了人畜共患疾病，也包括了生態系統健康、生物多樣性、疾病生態學等生態學視角的多組關鍵詞，以環境科學為主；“星球健康”的研究則聚焦于人類，較少出現動物和疾病類關鍵詞，而是強調氣候變化、空氣污染和環境暴露等環境因素，以醫學、社會科學為主(圖1)。

圖1 3種主流整體健康思想期刊歷年載文的關鍵詞詞云圖Fig.1 Keywords cloud map published in 3 mainstream holistic health thought journals over the years

3種思想的發展呈現出不斷深入、日趨系統的特征，從早期關注人類健康、動物健康的關系，拓展到將自然環境納入其中，強調人與自然界萬物的交互；從早期聚焦于健康科學轉變為強調系統思維，納入環境、社會等維度的考量。

1.2 自然保護領域

自然保護領域對于生物多樣性影響人類健康的認識也經歷了不斷深入的過程。早在2002年《生物多樣性公約》第六次締約方大會(CBD COP6)所形成的決定文件中，就多處出現“健康”，但當時僅提出需要在環境影響評估中考慮人類健康[15]。2005年聯合國“千年生態系統服務評估”將健康認定為生態系統服務所貢獻的五大人類福祉之一，并專門發布了《生態系統和人類福祉：健康綜合》報告[16]。此后，CBD COP8開始明確提出通過生物多樣性保護和可持續利用來實現人類健康；CBD COP9提出與世界衛生組織(WHO)、衛生和生物多樣性合作(Co-Operation On Health And Biodiversity，COHAB)等開展合作。自CBD COP12起，“生物多樣性與人類健康”成為獨立、完整的CBD COP決定[17]。

自然保護領域認為生物多樣性能在3個尺度上有效促進人類健康：在個人尺度，幫助調節免疫系統、預防感染、提高營養水平；在社區尺度，支持農業生產，塑造精神和文化價值觀；在地球尺度，實現生物圈的功能和完整性，提供食物、空氣、水等生命所必需的物質[18]。具體而言，其促進作用表現如下。1)水與空氣，不僅能提供清潔的水和空氣，底棲無脊椎動物、地衣等部分敏感性生物體還可用于監測水質和空氣質量。2)食物和營養，生物多樣性是農業生產力的基礎，傳粉媒介物種的多樣性和數量是保障糧食安全的關鍵。3)疾病，以人畜共患病為主的傳染性疾病與生物多樣性變化密切相關，部分非傳染性疾病、自身免疫性疾病等與自然界和人體內的微生物多樣性變化相關。4)醫學與醫藥，生物多樣性是許多藥物和生物醫學、傳統醫學核心知識的關鍵，如動植物在傳統醫學中被直接入藥；在現代醫藥中，奎寧、青蒿素、阿司匹林等起源于植物，從醫蛭、犬鉤蟲、蝮蛇等動物中提取的化合物被用于抗血凝、抗炎癥、降血壓和麻醉等，13種主要抗生素中的9種源自微生物。5)生理、心理與文化維度的健康，一方面，與自然萬物的互動會對人類的生理和心理健康產生多種有益影響；另一方面，生物多樣性是傳統農業、家鄉依戀、鄉土世界觀及社會系統等的基本要素[2，19]。

總結而言，在經歷了獨立探索的階段后，醫學領域、自然保護領域開始認識到生物多樣性與人類健康的緊密聯系，自2005年起，CBD和WHO展開了密切合作，與世界自然保護聯盟(IUCN)、聯合國糧農組織(FAO)、東盟生物多樣性中心和全球衛生大學聯盟等建立了廣泛的伙伴關系，發布了一系列有關生物多樣性影響人類健康的指南和報告，并于2017年共同成立了生物多樣性和健康問題機構間聯絡小組(ILG)。

2 生物多樣性促進人類健康的醫學、心理學假說和理論

目前具有較大影響力的假說和理論可分為正面影響、負面影響2個方面，涵蓋生理、心理2個健康維度，涉及宏觀世界、微觀世界2個尺度(圖2)。

圖2 現有醫學假說和心理學模型中生物多樣性影響人類健康的作用向度Fig.2 The impact of biodiversity on human health in existing medical hypotheses and psychological models

2.1 正面影響

1)作用于生理健康。

衛生假說(Hygiene Hypothesis)在1989年由Strachan提出，其在分析17 414名英國人(1958年3月同一周內出生，并隨訪至23歲)的過敏史的基礎上，指出幼年時期經歷更多微生物暴露的人群可以降低其在生命后期發生免疫超敏反應的概率。1996年，一項分析了11 765名11～16歲兒童家族病史、醫療記錄和過敏皮膚刺試的研究證實了該假說[20]。對衛生假說的其他有力證據是對瑞士、德國、奧地利、荷蘭和瑞典等國總計超過8 900名農村學齡兒童的2項橫斷面研究，以及對奧地利、德國、瑞士、法國和芬蘭的500多名農村孕婦及其孩子的出生隊列研究，結果表明在傳統農場長大的兒童可以避免哮喘、花粉熱和過敏等疾病的發生，其生命早期接觸牲畜、飼料和未經加工的牛奶，是最有效的保護性暴露[21]。

在衛生假說的基礎上，老朋友假說(Old Friend Hypothesis)由Rook等于2004年提出，其核心觀點是在整個哺乳動物進化史中存在的部分無害微生物(如腐生分枝桿菌、蠕蟲和乳酸桿菌等)會被先天免疫系統識別為“老朋友”，它們能夠驅動先天免疫系統中調節性T細胞(regulatory T cells，Treg)的成熟，從而避免一系列免疫調節障礙疾病(過敏、克羅恩病和潰瘍性結腸炎等炎癥性腸病)和自身免疫疾病(1型糖尿病和多發性硬化癥等)[22]。老朋友假說是在回顧大量相關實證研究的基礎上經演繹推導得出的，而依托該假說也已形成了基于無害生物體及其成分的新療法，如攝入Trichuris suis、Hookworm N.americanus等活體蠕蟲的“蠕蟲療法”被用于治療克羅恩病、潰瘍性結腸炎、哮喘、過敏性鼻炎、自閉癥和多發性硬化癥等疾病[23]。

2011年，von Hertzen等繼承并發展了衛生假說和老朋友假說，提出了生物多樣性假說(Biodiversity Hypothesis)，回顧了大量實證性研究，這些研究表明，腸道、呼吸道和皮膚的微生物群落多樣性的降低顯著提升了過敏性疾病、炎癥性疾病的發病概率。在此基礎上，von Hertzen等認為生物多樣性喪失和炎癥性疾病發病率上升是相關聯的2個全球趨勢，生物多樣性喪失會導致人體微生物群減少，產生“微生物剝奪”(microbial deprivation)，進而出現免疫功能障礙和疾病[24]。生物多樣性假說也得到了相應證明，如118名芬蘭青少年的隨機樣本研究表明，與健康個體相比，特應性致敏個體皮膚上的γ變形菌多樣性較低，其家庭周邊的環境生物多樣性也較低[25]。

稀釋效應(dilution effect)于1958年被Elton提出[26]，起初用于防治植物疫病，從21世紀初開始被用于人畜共患病等傳染病的防治[27-28]，其機制在于高生物多樣性水平能夠降低理想宿主、病媒的密度及其與病原體接觸的概率，改變理想宿主或病媒的生活狀態，并通過捕食、競爭等種間關系調節理想宿主或病媒的種群[29]。根據一項囊括61種寄生蟲的202個效應量的薈萃分析表明，稀釋效應在自然界中廣泛存在[30]。

2)作用于心理健康。

親生物假說(Biophilia Hypothesis)、壓力恢復理論(Stress Recovery Theory)分別由Kellert等和Kaplan等在1984和1991年提出[31-32]，它們集中闡述了生物多樣性對人類心理健康的影響。注意力恢復理論(Attention Restoration Theory)由Kaplan夫婦在1989年提出[33]，從嚴格意義上講，它僅討論了自然環境對人類心理健康的影響，并未直接闡明生物多樣性的作用[6]。

大量的研究以這些假說和理論為基礎展開，提供了自然環境影響心理健康的證據，包括針對親生物假說的囊括49項研究和3 201名樣本人群的薈萃分析[34]，以及針對壓力恢復理論和注意力恢復理論的涵蓋19項關于心理恢復的前測-后測實驗的系統綜述[35]，但它們都只是將自然環境作為影響變量，而非直接針對生物多樣性進行研究。

2.2 負面影響

相比之下，生物多樣性對人類健康的負面影響較少受到關注。目前研究中主要呈現出的負面影響包括植物引發的過敏和有害生物揮發性有機化合物(BVOC)的排放、動物引發的人獸沖突和疾病傳播，以及動植物可能引發的負面情緒[36]。

有關生物多樣性損害人類健康的機理解釋也較少，在為數不多的假說與理論中，放大效應(amplification effect)作用于生理健康，壓力恢復理論作用于心理健康。前者是稀釋效應的反面，它的原理是“多樣性產生多樣性”(diversity begets diversity)模型[37]，即長期的生物多樣性有利于多樣性的進一步進化，因此高生物多樣性區域也會提高病原體、理想宿主和病媒等的種群密度，從而導致傳染病易發[38]。后者認為大型捕食者、蛇和蜘蛛等會被人類視為威脅，引發厭惡、恐懼等負面的情感和行為反應，從而導致壓力產生[39]。

總結而言，目前的研究雖已取得一定進展，但仍存在如下局限：生物多樣性與人類健康(尤其是心理健康)的定量關系還未得到充分闡釋；生物多樣性影響人類健康的理論機制還未得到充分揭示；如何評估、權衡生物多樣性影響人類健康的成本與效應并在此基礎上優化和提升其促進人類健康的能力，還未得到充分探討；如何依托規劃設計策略加強綠色空間中生物多樣性促進人類健康的能力，還未得到足夠探索。

3 關鍵問題

本文嘗試提出部分尚不明晰、亟須深入探討的關鍵性問題。依據問題的研究深度和所處階段，可分為闡釋現象、理論機制和調節優化3類。

3.1 闡釋現象(圖3)

圖3 闡釋現象類別下的關鍵問題Fig.3 Key issues under the category of interpretative phenomena

1)生物多樣性與人類健康的直接相關性。目前相關研究多在綠色空間影響人類健康的基礎上演繹推導生物多樣性的作用，亟須定量驗證特定物種、種群結構和多樣性指標等具體的生物多樣性特征與各維度人類健康的直接相關性，闡釋相關關系、相關強度及表現形態。

2)生物多樣性特征影響人類健康的真實效應。現實世界中對人類健康產生影響的因素眾多，僅人類自身的因素就包括年齡、性別、經濟條件、教育程度等，需要剔除這些干擾變量的影響，測量生物多樣性的直接作用效應。

3)生物多樣性對人類健康的負面影響。生物多樣性可能會對人類造成花粉過敏、疾病傳播等多種損害，需要研究這些負面影響的類型、強度、后果及導致其發生的環境條件和作用規律。

4)生物多樣性對于長期健康的影響。目前的研究所測量的多為短期效應，需要檢驗生物多樣性對人類健康的影響是否存在長期持續的效果，測量長效機制的持續時間，探究影響效果隨時間演進表現出的遞增、衰減或其他變化規律。

5)生物多樣性變化對人類健康的復雜影響和作用效應。生物多樣性變化并非單一、線性的物種多樣性改變，它對于人類健康的影響也并不局限于單一疾病、單一效益和單一健康維度，需要在復雜性科學視角下，驗證物種變化、種群結構變化、種間關系變化等不同層面的生物多樣性變化對于人類健康的多面向、多層次復雜影響。

3.2 理論機制(圖4)

圖4 理論機制類別下的關鍵問題Fig.4 Key issues under the theoretical mechanism category

1)現有理論假說的檢驗與完善。包括稀釋效應、放大效應發生作用的時間尺度、空間尺度、生物群落條件和具體規律，以及稀釋效應與放大效應發生轉化的臨界條件；開展實驗以驗證并完善衛生假說、老朋友假說、生物多樣性假說；在生物多樣性層面而非綠色空間層面對親生物假說、壓力恢復理論和注意力恢復理論進行檢驗。

2)多尺度生物多樣性的傳導及其對人類健康的影響機制。主要為“宏觀生物多樣性-微生物多樣性-人體微生物環境-人類健康”的連接和介導機制，包括綠色空間中的動植物多樣性對微生物多樣性的影響機制、綠色空間的微生物多樣性對人體內的微生物環境的影響機制，以及人體內微生物多樣性對人類健康的影響機制等。

3)生物多樣性影響人類心理健康、社會健康的因果途徑。突破目前研究中僅揭示心理學模型的局限，深入到認知神經科學的層面，從醫學、心理學、認知科學、神經科學等學科交叉的角度闡釋生物多樣性如何對分子、細胞、腦組織區和全腦造成影響，進而作用于心理健康和社會健康的機制。

4)生物多樣性暴露影響人類健康的“劑量-反應”關系。人群在綠色空間中的生物多樣性暴露特征包括暴露時間、頻率、類型和強度等，需要研究這些不同特征的組合對人類健康的影響，包括影響的效應量、中介途徑和機制等。

5)感知生物多樣性對人類健康的介導機制。人類對生物多樣性的感知與真實的生物多樣性指標相異，需要檢驗感知生物多樣性與真實指標存在何種類型、強度的差異，提出感知生物多樣性影響人類健康的介導機制并測量其影響效應。

3.3 調節優化

1)人類健康視角下的生物多樣性保護成本與收益核算。需要研究的內容主要為：加入了人類健康的維度后，生物多樣性保護所需的成本及所能獲得的收益是否會發生改變，如何精準甄別、精確計算發生變化的成本及收益。

2)人類健康視角下生物多樣性保護的成本、收益權衡。主要包括保護成本與收益權衡的方法和技術路線；進行權衡時所考慮的時空范圍：在空間尺度上是針對本地，還是需要延展到區域、國土、生物地理省乃至全球，在時間尺度上是面向近期，還是需要延展至當代或代際。

3)人類對生物多樣性變化的適應、調節及由此對健康產生的影響。當生物多樣性發生變化時，人類為適應、調節變化而采取的各項措施是否會對健康水平造成影響，影響的類型、程度如何，如何模擬、評估并調控這些影響。

4)生物多樣性與人類健康協同的整體健康思想。包括如何豐富、完善及踐行“同一健康”“生態健康”“星球健康”等思想；在生態文明新時代的背景下，基于“人與自然和諧共生”“人與自然生命共同體”思想的指引，如何整合多學科知識和方法，提出新的整體健康思想。

5)促進人類健康的特定生物多樣性指標向綠色空間環境特征轉化的傳導路徑。包括如何將有益于人類健康的特定生物多樣性指標閾值進行轉化，表征為綠色空間的自然環境特征；如何通過規劃設計、環境管理等手段營建具有這些特征的綠色空間等。

4 實現路徑

4.1 形成多學科交融、多行業合作的規劃設計機制

1)融合多學科的理論、知識、方法和技術。在綠色空間的規劃設計中實現生物多樣性與人類健康的協同涉及眾多學科，雖然它們均作用于規劃設計全流程，但依據其主要發揮作用的階段，可分為前端、中端和后端3個部分：前端是闡釋現象、發現問題，主要依托流行病學、公共衛生學、地理學、毒理學、化學等學科的力量，評估健康風險、探查健康隱患；中端是揭示機制、分析問題，主要依托醫學、獸醫學、生態學、生物學、土壤學等的力量，深入探究風險與隱患的產生原因、變化趨向和驅動機制等，提出消除風險及隱患的可能方向；后端是實踐轉化、解決問題，主要依托風景園林學、城鄉規劃學、社會學、經濟學、管理學等學科的力量，將消除風險及隱患的假說、機制和理論，轉化為實質性的操作策略，落實到規劃設計實踐中。

2)形成跨行業合作。促成醫療、衛健、康療養、旅游、自然保護、規劃設計等不同行業的合作，尤其需要醫療、衛健行業的從業人員能夠認識到生物多樣性暴露對于人體健康的促進作用，在治療過程中為病患或有需要的人群提供依托生物多樣性暴露增強療愈效果的專業建議。例如，在借鑒歐美國家已得到廣泛實踐應用的“公園處方”“綠色處方”等優良做法的基礎上，可探索開發具有中國特色、融入中華養生理念和中醫傳統的“自然處方”。

4.2 將人群健康作為規劃設計目標的關鍵性組成并納入規劃設計全流程

需要將人群健康作為規劃設計目標體系的核心之一，并通過循證的規劃設計手段將其貫徹于規劃設計的全流程。

在現狀分析階段，需要調查并評估場地基址影響健康的隱患、促進健康的實際或潛在效應，調查并分析現有和潛在的服務對象群體的健康狀況和未來需求。例如，在生理健康維度可調查、評估的內容包括但不限于：具有疾病外溢風險的病原、病媒生物的時空分布；具有攻擊性、毒性的危險性動物的時空分布；具有致敏性、釋放有害BVOC、帶有尖刺或銳利葉片的危險性植物的時空分布等。在心理健康維度可調查、評估的內容包括易令人產生驚懼、焦慮、惡心、厭惡等負面情緒的動物(如蛇、鼠、蜘蛛、蜈蚣等)的時空分布；易令人產生負面情緒的植物(如散發刺激性氣味的石楠、易孳生蚜蟲的植物)的時空分布。在社會健康維度可評估的內容包括有助于增進鄰里聯結、場所依戀與家鄉依戀，傳承傳統文化、技藝和傳統產品的物種及生境的時空分布等。

在規劃設計階段，需要識別并權衡生物多樣性、健康、美學和文化等不同目標間的潛在沖突，強調生物多樣性與人群健康的協同，在保護、提升綠色空間生物多樣性水平的同時，實現人群健康收益的最大化。具體而言，可能的規劃設計策略如下。1)通過區劃、道路設置、活動安排等手段引導人群遠離具有健康風險的區域，在具有健康增益功效的區域設置活動場地和游憩服務設施，引導人群開展駐留、游賞等活動。2)將生物多樣性促進人類健康的機制、假說轉化為規劃設計策略，如依據生物多樣性暴露-劑量-人體健康反應的關系，設置不同特征的綠色空間、布局不同類型的服務設施、引導不同強度的戶外游憩活動；依據衛生假說、老朋友假說等有關微生物多樣性與人類健康的假說，以及生物多樣性假說等“宏觀環境-微生物-人體”的假說，將包含有益微生物群落的土壤引入城市綠色空間中；依據稀釋效應、放大效應等，在必要時通過生物防治手段調控生境中的種群特征、種間關系等，規避疾病外溢風險。3)依據生物多樣性特征與人體健康的定量關系進行循證規劃設計，例如，在掌握不同生物多樣性指標對人類健康的差異化增益效應的基礎上，通過植物選配、生境管理等手段，科學、合理地調節綠色空間的各項生物多樣性特征，人工營建出具有最優健康增益功效的綠色空間。

5 結語

“人與自然生命共同體”“人與自然和諧共生”是中國對全球生物多樣性保護的重大思想貢獻，也是人類健康與生物多樣性之間休戚與共關系的真實寫照，依托生物多樣性促進人類健康能夠促成生物多樣性保護與健康中國建設的協同。目前，相關研究與實踐在國際社會層面顯現出蓬勃生機和積極發展態勢，而在中國還處于起步階段。在“人與自然和諧共生”成為中國式現代化的五大特征之一的背景下，深入探討健康視野下人與自然的關系具有重要意義。為發揮后發優勢，本文系統梳理了國際社會對生物多樣性與人類健康關系的認知發展歷程，總結了相關的醫學、心理學假說和理論模型，提出了亟待解決的關鍵科學問題及風景園林學科的主要實現路徑。由于本文的目標是全面、系統地介紹“生物多樣性與人類健康”的議題，在提供全景視野審視該議題的同時，不可避免地損失了一定的研究精度，還有待后續研究不斷深入。希望通過本文的探索性思考，吸引更多的研究者、實踐者加入，共同推動生物多樣性影響人類健康在中國成為顯學，實現健康視野下的“人與自然和諧共生”。

注：文中圖片均由作者繪制。