生物多样性影响人类健康：机制假说及关键问题

钟 乐 左子童 赵智聪 陈思齐

生物多样性对人类健康至为关键，开展相关研究具有重要意义。生物多样性是“所有来源的形形色色生物体”，包括了“物种内部、物种之间和生态系统的多样性”[1]，它能从生理健康、心理健康、社会健康等多个维度直接或间接地提升人类健康水平[2]。绿色空间和自然环境虽然是生物多样性的主要载体，但二者无法直接等价。因此，虽已有大量研究证实了绿色空间、自然环境对人类健康具有积极影响[3-5]，但仍有必要探讨生物多样性与人类健康的直接关系。国际上已提出了部分揭示生物多样性影响人类健康的机制假说和理论，并尝试开发了将生物多样性与人类健康相联系的概念框架[6]及受微生物启发的绿色基础设施规划设计工具包[7]，但还存在许多研究空缺。中国的相关研究起步较晚，为数不多的文献阐释了生物多样性水平对心理健康与福祉的影响[8]、感知生物多样性对注意力恢复的促进[9]，以及生物多样性与传染性疾病的关联[10]，介绍了协同生物多样性与人类健康的“同一健康”(One Health)理念[11]。总体而言，相关研究数量较少、内容较单薄，还处于现象阐释、经验介绍的阶段。

健康中国是中国的国家战略，生物多样性保护是中国的重大工程，实现二者的协同具有重要意义。“人与自然和谐共生”是中国式现代化的五大特征之一，但目前还未有研究从人民健康的视角揭示人与生物多样性、人与自然的内在联系。研究并认识生物多样性与人类健康的关系，不仅能够完善生物多样性影响人类健康领域的理论框架，也能促成对“人与自然和谐共生”的多维理解，推动健康中国和生物多样性保护的协同共进。鉴于中国开展相关工作的现实需求及所处的研究阶段，有必要系统介绍生物多样性影响人类健康领域主流思想的发展脉络、核心内容和主要的医学假说，在此基础上提出关键性研究问题，并立足风景园林学科思考可能的规划设计路径。因此，本文围绕生物多样性影响人类健康这一议题，回答如下问题：1)现代医学领域、自然保护领域对生物多样性与人类健康关系的认知经历了怎样的发展历程？2)现有研究中提出了哪些生物多样性影响人类健康的机制和假说？3)在生物多样性影响人类健康领域中还存在哪些亟待研究的关键问题？4)立足风景园林学科，如何通过规划设计手段营建出依托生物多样性提升人群健康水平的绿色空间？

1 认知历程

人类健康、生物多样性分别涉及医学和自然保护两大领域，研究需要从两大领域分别回顾。

1.1 医学领域

现代医学对生物多样性影响人类健康的认知经历了长期发展，共涌现出3种主流整体健康思想：“同一健康”(One Health)、“生态健康”(EcoHealth)和“星球健康”(Planetary Health)。

“同一健康”的溯源最早、影响最广，它起源于1761年，但直至2004年才作为专业术语被正式提出，虽然在该思想奉行的“曼哈顿原则”中强调了生物多样性、生态系统完整性保护[12]，但由于其起源的学科背景为人类医学、兽医学，因此焦点是医学视角下人类健康与动物健康的协同。“生态健康”起源于1970年加拿大“国际发展研究中心”(IDRC)发起的“生态健康”运动，它专注于人类健康、动物健康和环境间的关系，强调以跨学科、跨系统的思维来促进生态系统与人类的共同健康，关注社会和生态的相互作用[13]。“星球健康”由洛克菲勒基金会-柳叶刀委员会在2015年提出，它伴随着联合国可持续发展目标的启动而诞生，它更关注于环境，特别是气候变化对人类健康的影响，以及人类健康的社会决定因素[14]。

3种思想既有共同点，又存在差异。其共同之处在于均强调人类健康与非人生命体、自然环境的协同。为比较三者的差异，对《同一健康》(One Health)、《生态健康》(EcoHealth)和《柳叶刀星球健康》(Lancet Planetary Health)3本期刊的历年载文进行分析，结果表明：“同一健康”的研究多以人畜共患疾病、病原体和动物等为关键词，很少出现生态类的关键词，但近年来也开始涉及生物多样性、生态学、气候变化和各种社会科学，学科类别以医学、兽医学为主；“生态健康”的研究不仅包括了人畜共患疾病，也包括了生态系统健康、生物多样性、疾病生态学等生态学视角的多组关键词，以环境科学为主；“星球健康”的研究则聚焦于人类，较少出现动物和疾病类关键词，而是强调气候变化、空气污染和环境暴露等环境因素，以医学、社会科学为主(图1)。

图1 3种主流整体健康思想期刊历年载文的关键词词云图Fig.1 Keywords cloud map published in 3 mainstream holistic health thought journals over the years

3种思想的发展呈现出不断深入、日趋系统的特征，从早期关注人类健康、动物健康的关系，拓展到将自然环境纳入其中，强调人与自然界万物的交互；从早期聚焦于健康科学转变为强调系统思维，纳入环境、社会等维度的考量。

1.2 自然保护领域

自然保护领域对于生物多样性影响人类健康的认识也经历了不断深入的过程。早在2002年《生物多样性公约》第六次缔约方大会(CBD COP6)所形成的决定文件中，就多处出现“健康”，但当时仅提出需要在环境影响评估中考虑人类健康[15]。2005年联合国“千年生态系统服务评估”将健康认定为生态系统服务所贡献的五大人类福祉之一，并专门发布了《生态系统和人类福祉：健康综合》报告[16]。此后，CBD COP8开始明确提出通过生物多样性保护和可持续利用来实现人类健康；CBD COP9提出与世界卫生组织(WHO)、卫生和生物多样性合作(Co-Operation On Health And Biodiversity，COHAB)等开展合作。自CBD COP12起，“生物多样性与人类健康”成为独立、完整的CBD COP决定[17]。

自然保护领域认为生物多样性能在3个尺度上有效促进人类健康：在个人尺度，帮助调节免疫系统、预防感染、提高营养水平；在社区尺度，支持农业生产，塑造精神和文化价值观；在地球尺度，实现生物圈的功能和完整性，提供食物、空气、水等生命所必需的物质[18]。具体而言，其促进作用表现如下。1)水与空气，不仅能提供清洁的水和空气，底栖无脊椎动物、地衣等部分敏感性生物体还可用于监测水质和空气质量。2)食物和营养，生物多样性是农业生产力的基础，传粉媒介物种的多样性和数量是保障粮食安全的关键。3)疾病，以人畜共患病为主的传染性疾病与生物多样性变化密切相关，部分非传染性疾病、自身免疫性疾病等与自然界和人体内的微生物多样性变化相关。4)医学与医药，生物多样性是许多药物和生物医学、传统医学核心知识的关键，如动植物在传统医学中被直接入药；在现代医药中，奎宁、青蒿素、阿司匹林等起源于植物，从医蛭、犬钩虫、蝮蛇等动物中提取的化合物被用于抗血凝、抗炎症、降血压和麻醉等，13种主要抗生素中的9种源自微生物。5)生理、心理与文化维度的健康，一方面，与自然万物的互动会对人类的生理和心理健康产生多种有益影响；另一方面，生物多样性是传统农业、家乡依恋、乡土世界观及社会系统等的基本要素[2，19]。

总结而言，在经历了独立探索的阶段后，医学领域、自然保护领域开始认识到生物多样性与人类健康的紧密联系，自2005年起，CBD和WHO展开了密切合作，与世界自然保护联盟(IUCN)、联合国粮农组织(FAO)、东盟生物多样性中心和全球卫生大学联盟等建立了广泛的伙伴关系，发布了一系列有关生物多样性影响人类健康的指南和报告，并于2017年共同成立了生物多样性和健康问题机构间联络小组(ILG)。

2 生物多样性促进人类健康的医学、心理学假说和理论

目前具有较大影响力的假说和理论可分为正面影响、负面影响2个方面，涵盖生理、心理2个健康维度，涉及宏观世界、微观世界2个尺度(图2)。

图2 现有医学假说和心理学模型中生物多样性影响人类健康的作用向度Fig.2 The impact of biodiversity on human health in existing medical hypotheses and psychological models

2.1 正面影响

1)作用于生理健康。

卫生假说(Hygiene Hypothesis)在1989年由Strachan提出，其在分析17 414名英国人(1958年3月同一周内出生，并随访至23岁)的过敏史的基础上，指出幼年时期经历更多微生物暴露的人群可以降低其在生命后期发生免疫超敏反应的概率。1996年，一项分析了11 765名11～16岁儿童家族病史、医疗记录和过敏皮肤刺试的研究证实了该假说[20]。对卫生假说的其他有力证据是对瑞士、德国、奥地利、荷兰和瑞典等国总计超过8 900名农村学龄儿童的2项横断面研究，以及对奥地利、德国、瑞士、法国和芬兰的500多名农村孕妇及其孩子的出生队列研究，结果表明在传统农场长大的儿童可以避免哮喘、花粉热和过敏等疾病的发生，其生命早期接触牲畜、饲料和未经加工的牛奶，是最有效的保护性暴露[21]。

在卫生假说的基础上，老朋友假说(Old Friend Hypothesis)由Rook等于2004年提出，其核心观点是在整个哺乳动物进化史中存在的部分无害微生物(如腐生分枝杆菌、蠕虫和乳酸杆菌等)会被先天免疫系统识别为“老朋友”，它们能够驱动先天免疫系统中调节性T细胞(regulatory T cells，Treg)的成熟，从而避免一系列免疫调节障碍疾病(过敏、克罗恩病和溃疡性结肠炎等炎症性肠病)和自身免疫疾病(1型糖尿病和多发性硬化症等)[22]。老朋友假说是在回顾大量相关实证研究的基础上经演绎推导得出的，而依托该假说也已形成了基于无害生物体及其成分的新疗法，如摄入Trichuris suis、Hookworm N.americanus等活体蠕虫的“蠕虫疗法”被用于治疗克罗恩病、溃疡性结肠炎、哮喘、过敏性鼻炎、自闭症和多发性硬化症等疾病[23]。

2011年，von Hertzen等继承并发展了卫生假说和老朋友假说，提出了生物多样性假说(Biodiversity Hypothesis)，回顾了大量实证性研究，这些研究表明，肠道、呼吸道和皮肤的微生物群落多样性的降低显著提升了过敏性疾病、炎症性疾病的发病概率。在此基础上，von Hertzen等认为生物多样性丧失和炎症性疾病发病率上升是相关联的2个全球趋势，生物多样性丧失会导致人体微生物群减少，产生“微生物剥夺”(microbial deprivation)，进而出现免疫功能障碍和疾病[24]。生物多样性假说也得到了相应证明，如118名芬兰青少年的随机样本研究表明，与健康个体相比，特应性致敏个体皮肤上的γ变形菌多样性较低，其家庭周边的环境生物多样性也较低[25]。

稀释效应(dilution effect)于1958年被Elton提出[26]，起初用于防治植物疫病，从21世纪初开始被用于人畜共患病等传染病的防治[27-28]，其机制在于高生物多样性水平能够降低理想宿主、病媒的密度及其与病原体接触的概率，改变理想宿主或病媒的生活状态，并通过捕食、竞争等种间关系调节理想宿主或病媒的种群[29]。根据一项囊括61种寄生虫的202个效应量的荟萃分析表明，稀释效应在自然界中广泛存在[30]。

2)作用于心理健康。

亲生物假说(Biophilia Hypothesis)、压力恢复理论(Stress Recovery Theory)分别由Kellert等和Kaplan等在1984和1991年提出[31-32]，它们集中阐述了生物多样性对人类心理健康的影响。注意力恢复理论(Attention Restoration Theory)由Kaplan夫妇在1989年提出[33]，从严格意义上讲，它仅讨论了自然环境对人类心理健康的影响，并未直接阐明生物多样性的作用[6]。

大量的研究以这些假说和理论为基础展开，提供了自然环境影响心理健康的证据，包括针对亲生物假说的囊括49项研究和3 201名样本人群的荟萃分析[34]，以及针对压力恢复理论和注意力恢复理论的涵盖19项关于心理恢复的前测-后测实验的系统综述[35]，但它们都只是将自然环境作为影响变量，而非直接针对生物多样性进行研究。

2.2 负面影响

相比之下，生物多样性对人类健康的负面影响较少受到关注。目前研究中主要呈现出的负面影响包括植物引发的过敏和有害生物挥发性有机化合物(BVOC)的排放、动物引发的人兽冲突和疾病传播，以及动植物可能引发的负面情绪[36]。

有关生物多样性损害人类健康的机理解释也较少，在为数不多的假说与理论中，放大效应(amplification effect)作用于生理健康，压力恢复理论作用于心理健康。前者是稀释效应的反面，它的原理是“多样性产生多样性”(diversity begets diversity)模型[37]，即长期的生物多样性有利于多样性的进一步进化，因此高生物多样性区域也会提高病原体、理想宿主和病媒等的种群密度，从而导致传染病易发[38]。后者认为大型捕食者、蛇和蜘蛛等会被人类视为威胁，引发厌恶、恐惧等负面的情感和行为反应，从而导致压力产生[39]。

总结而言，目前的研究虽已取得一定进展，但仍存在如下局限：生物多样性与人类健康(尤其是心理健康)的定量关系还未得到充分阐释；生物多样性影响人类健康的理论机制还未得到充分揭示；如何评估、权衡生物多样性影响人类健康的成本与效应并在此基础上优化和提升其促进人类健康的能力，还未得到充分探讨；如何依托规划设计策略加强绿色空间中生物多样性促进人类健康的能力，还未得到足够探索。

3 关键问题

本文尝试提出部分尚不明晰、亟须深入探讨的关键性问题。依据问题的研究深度和所处阶段，可分为阐释现象、理论机制和调节优化3类。

3.1 阐释现象(图3)

图3 阐释现象类别下的关键问题Fig.3 Key issues under the category of interpretative phenomena

1)生物多样性与人类健康的直接相关性。目前相关研究多在绿色空间影响人类健康的基础上演绎推导生物多样性的作用，亟须定量验证特定物种、种群结构和多样性指标等具体的生物多样性特征与各维度人类健康的直接相关性，阐释相关关系、相关强度及表现形态。

2)生物多样性特征影响人类健康的真实效应。现实世界中对人类健康产生影响的因素众多，仅人类自身的因素就包括年龄、性别、经济条件、教育程度等，需要剔除这些干扰变量的影响，测量生物多样性的直接作用效应。

3)生物多样性对人类健康的负面影响。生物多样性可能会对人类造成花粉过敏、疾病传播等多种损害，需要研究这些负面影响的类型、强度、后果及导致其发生的环境条件和作用规律。

4)生物多样性对于长期健康的影响。目前的研究所测量的多为短期效应，需要检验生物多样性对人类健康的影响是否存在长期持续的效果，测量长效机制的持续时间，探究影响效果随时间演进表现出的递增、衰减或其他变化规律。

5)生物多样性变化对人类健康的复杂影响和作用效应。生物多样性变化并非单一、线性的物种多样性改变，它对于人类健康的影响也并不局限于单一疾病、单一效益和单一健康维度，需要在复杂性科学视角下，验证物种变化、种群结构变化、种间关系变化等不同层面的生物多样性变化对于人类健康的多面向、多层次复杂影响。

3.2 理论机制(图4)

图4 理论机制类别下的关键问题Fig.4 Key issues under the theoretical mechanism category

1)现有理论假说的检验与完善。包括稀释效应、放大效应发生作用的时间尺度、空间尺度、生物群落条件和具体规律，以及稀释效应与放大效应发生转化的临界条件；开展实验以验证并完善卫生假说、老朋友假说、生物多样性假说；在生物多样性层面而非绿色空间层面对亲生物假说、压力恢复理论和注意力恢复理论进行检验。

2)多尺度生物多样性的传导及其对人类健康的影响机制。主要为“宏观生物多样性-微生物多样性-人体微生物环境-人类健康”的连接和介导机制，包括绿色空间中的动植物多样性对微生物多样性的影响机制、绿色空间的微生物多样性对人体内的微生物环境的影响机制，以及人体内微生物多样性对人类健康的影响机制等。

3)生物多样性影响人类心理健康、社会健康的因果途径。突破目前研究中仅揭示心理学模型的局限，深入到认知神经科学的层面，从医学、心理学、认知科学、神经科学等学科交叉的角度阐释生物多样性如何对分子、细胞、脑组织区和全脑造成影响，进而作用于心理健康和社会健康的机制。

4)生物多样性暴露影响人类健康的“剂量-反应”关系。人群在绿色空间中的生物多样性暴露特征包括暴露时间、频率、类型和强度等，需要研究这些不同特征的组合对人类健康的影响，包括影响的效应量、中介途径和机制等。

5)感知生物多样性对人类健康的介导机制。人类对生物多样性的感知与真实的生物多样性指标相异，需要检验感知生物多样性与真实指标存在何种类型、强度的差异，提出感知生物多样性影响人类健康的介导机制并测量其影响效应。

3.3 调节优化

1)人类健康视角下的生物多样性保护成本与收益核算。需要研究的内容主要为：加入了人类健康的维度后，生物多样性保护所需的成本及所能获得的收益是否会发生改变，如何精准甄别、精确计算发生变化的成本及收益。

2)人类健康视角下生物多样性保护的成本、收益权衡。主要包括保护成本与收益权衡的方法和技术路线；进行权衡时所考虑的时空范围：在空间尺度上是针对本地，还是需要延展到区域、国土、生物地理省乃至全球，在时间尺度上是面向近期，还是需要延展至当代或代际。

3)人类对生物多样性变化的适应、调节及由此对健康产生的影响。当生物多样性发生变化时，人类为适应、调节变化而采取的各项措施是否会对健康水平造成影响，影响的类型、程度如何，如何模拟、评估并调控这些影响。

4)生物多样性与人类健康协同的整体健康思想。包括如何丰富、完善及践行“同一健康”“生态健康”“星球健康”等思想；在生态文明新时代的背景下，基于“人与自然和谐共生”“人与自然生命共同体”思想的指引，如何整合多学科知识和方法，提出新的整体健康思想。

5)促进人类健康的特定生物多样性指标向绿色空间环境特征转化的传导路径。包括如何将有益于人类健康的特定生物多样性指标阈值进行转化，表征为绿色空间的自然环境特征；如何通过规划设计、环境管理等手段营建具有这些特征的绿色空间等。

4 实现路径

4.1 形成多学科交融、多行业合作的规划设计机制

1)融合多学科的理论、知识、方法和技术。在绿色空间的规划设计中实现生物多样性与人类健康的协同涉及众多学科，虽然它们均作用于规划设计全流程，但依据其主要发挥作用的阶段，可分为前端、中端和后端3个部分：前端是阐释现象、发现问题，主要依托流行病学、公共卫生学、地理学、毒理学、化学等学科的力量，评估健康风险、探查健康隐患；中端是揭示机制、分析问题，主要依托医学、兽医学、生态学、生物学、土壤学等的力量，深入探究风险与隐患的产生原因、变化趋向和驱动机制等，提出消除风险及隐患的可能方向；后端是实践转化、解决问题，主要依托风景园林学、城乡规划学、社会学、经济学、管理学等学科的力量，将消除风险及隐患的假说、机制和理论，转化为实质性的操作策略，落实到规划设计实践中。

2)形成跨行业合作。促成医疗、卫健、康疗养、旅游、自然保护、规划设计等不同行业的合作，尤其需要医疗、卫健行业的从业人员能够认识到生物多样性暴露对于人体健康的促进作用，在治疗过程中为病患或有需要的人群提供依托生物多样性暴露增强疗愈效果的专业建议。例如，在借鉴欧美国家已得到广泛实践应用的“公园处方”“绿色处方”等优良做法的基础上，可探索开发具有中国特色、融入中华养生理念和中医传统的“自然处方”。

4.2 将人群健康作为规划设计目标的关键性组成并纳入规划设计全流程

需要将人群健康作为规划设计目标体系的核心之一，并通过循证的规划设计手段将其贯彻于规划设计的全流程。

在现状分析阶段，需要调查并评估场地基址影响健康的隐患、促进健康的实际或潜在效应，调查并分析现有和潜在的服务对象群体的健康状况和未来需求。例如，在生理健康维度可调查、评估的内容包括但不限于：具有疾病外溢风险的病原、病媒生物的时空分布；具有攻击性、毒性的危险性动物的时空分布；具有致敏性、释放有害BVOC、带有尖刺或锐利叶片的危险性植物的时空分布等。在心理健康维度可调查、评估的内容包括易令人产生惊惧、焦虑、恶心、厌恶等负面情绪的动物(如蛇、鼠、蜘蛛、蜈蚣等)的时空分布；易令人产生负面情绪的植物(如散发刺激性气味的石楠、易孳生蚜虫的植物)的时空分布。在社会健康维度可评估的内容包括有助于增进邻里联结、场所依恋与家乡依恋，传承传统文化、技艺和传统产品的物种及生境的时空分布等。

在规划设计阶段，需要识别并权衡生物多样性、健康、美学和文化等不同目标间的潜在冲突，强调生物多样性与人群健康的协同，在保护、提升绿色空间生物多样性水平的同时，实现人群健康收益的最大化。具体而言，可能的规划设计策略如下。1)通过区划、道路设置、活动安排等手段引导人群远离具有健康风险的区域，在具有健康增益功效的区域设置活动场地和游憩服务设施，引导人群开展驻留、游赏等活动。2)将生物多样性促进人类健康的机制、假说转化为规划设计策略，如依据生物多样性暴露-剂量-人体健康反应的关系，设置不同特征的绿色空间、布局不同类型的服务设施、引导不同强度的户外游憩活动；依据卫生假说、老朋友假说等有关微生物多样性与人类健康的假说，以及生物多样性假说等“宏观环境-微生物-人体”的假说，将包含有益微生物群落的土壤引入城市绿色空间中；依据稀释效应、放大效应等，在必要时通过生物防治手段调控生境中的种群特征、种间关系等，规避疾病外溢风险。3)依据生物多样性特征与人体健康的定量关系进行循证规划设计，例如，在掌握不同生物多样性指标对人类健康的差异化增益效应的基础上，通过植物选配、生境管理等手段，科学、合理地调节绿色空间的各项生物多样性特征，人工营建出具有最优健康增益功效的绿色空间。

5 结语

“人与自然生命共同体”“人与自然和谐共生”是中国对全球生物多样性保护的重大思想贡献，也是人类健康与生物多样性之间休戚与共关系的真实写照，依托生物多样性促进人类健康能够促成生物多样性保护与健康中国建设的协同。目前，相关研究与实践在国际社会层面显现出蓬勃生机和积极发展态势，而在中国还处于起步阶段。在“人与自然和谐共生”成为中国式现代化的五大特征之一的背景下，深入探讨健康视野下人与自然的关系具有重要意义。为发挥后发优势，本文系统梳理了国际社会对生物多样性与人类健康关系的认知发展历程，总结了相关的医学、心理学假说和理论模型，提出了亟待解决的关键科学问题及风景园林学科的主要实现路径。由于本文的目标是全面、系统地介绍“生物多样性与人类健康”的议题，在提供全景视野审视该议题的同时，不可避免地损失了一定的研究精度，还有待后续研究不断深入。希望通过本文的探索性思考，吸引更多的研究者、实践者加入，共同推动生物多样性影响人类健康在中国成为显学，实现健康视野下的“人与自然和谐共生”。

注：文中图片均由作者绘制。