【Wired 硬塞】是的,糞便的歷史與人類發展息息相關

聽起來的確很噁心,但是其代表的意思是,隨著人類對化學的掌握度增加,農業才得以興起,成為文明發展的基石。
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Photo Credit: Shutterstock/達志影像
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原文來自 Wired《The History of Poop Is Really the History of Technology》,改寫自《Nose Dive: A Field Guide to the World's Smells》,作者 Harold McGee。台灣康泰納仕集團授權提供,本文由譯者 Amber Peng 翻譯並經 INSIDE 編審。

我成長於 1950 年代美國芝加哥的郊區,每個星期日的晚餐通常是三分熟的烤牛肉,而晚餐過後,爸媽喜歡開車載著我們四個小孩去郊外走走。我們總覺得鄉下那些酪農場的味道好臭、好噁心,更不敢相信爸爸總說農場裡的動物就是我們剛剛吃的美味晚餐。在我們聞到第一股臭味的時候,我們說了一句經典名言:「要吃牛肉嗎?好臭不~要。」

後來我才知道,當時我們這些小朋友跟古代人聞到臭味還有腐爛味時,所發出聲音是很相似的,印歐語系裡的 pu 就是英文 putrid (惡臭的)和 putrefy(腐敗)的字根。動物糞便很噁心,但是我們聞到臭味時的反應是後天學來的,並非先天的生物性反射動作。小孩並不覺得糞便很噁心,甚至許多哺乳類都有吃糞便的行為,其中還包括了人類的某些靈長類遠親。黛安・佛西(Dian Fossey)在她 1983 年出版的《迷霧中的大猩猩》(Gorillas in the Mist)提到,不管是哪個年齡層的大猩猩,都被觀察到會吃糞便。而牠們不只吃自己也吃別人的,而且是吃新鮮剛大出來的大便:這些動物「在糞便落地前就用手將它接住,接著一口咬下,吃的津津有味。」

除了大猩猩外,兔子和一些草食性動物透過吃糞便的方式獲得維他命 B12。牠們在把食物吃下肚後,腸胃中的微生物會把吃下去的食物變化成其他營養素,因此在排泄過後牠們會把糞便再吃回去。研究發現,籠內兔子和老鼠自己的糞便似乎可以提供一種「正面的安撫」效果,使牠們心跳變慢、較少出現侵略性行為,原因可能是因為這些糞便給牠們一種熟悉感和安全感。

雖然同屬靈長類,但幾乎沒有任何人類喜歡動物糞便的氣味,多數人在密閉空間內近距離地聞到都會感到極度反胃。多數科學家會研究動物糞便和揮發性有機物質是因為想找出減少動物飼養場異味的方式,但是在某些情況下,這些地點味道並沒有那麼令人反感,反而有些人覺得好聞,如果能把將這些味道聯想到大自然、馬廄、或小農場,這些味道還能安定人心。

厭氧的微生物是造成動物糞便奇臭無比的主因,牠們在氧氣濃度較低的排泄系統下游變得非常活躍。像動物未消化和吸收完的食物殘渣,或是動物身體產生的廢棄物例如消化道中被代謝掉的老舊細胞、用來潤滑消化道的蛋白質黏液,都是這些微生物的營養大餐。

動物糞便可達微生物細胞一半的重量,且動物的消化道下游是已知微生物密度最高的地方,因此本身就是一組非常複雜的系統,在該環境發生的活動都會產生揮發物質。這些揮發物質的分子小而輕,輕到可以飛到空氣中,其中以硫化氫和甲基硫醇兩種含硫的化合物佔多數,這是因為是動物的腸胃道本身就有許多的氧化硫──所有的綠色植物都有含硫的脂質,而動物腸道中的黏液則含硫酸化碳水化合物──厭氧菌就是以氧化硫做為電子供應體,來產生能量。動物糞便的臭味最主要是來自兩種蛋白質副產物:甲酚和糞臭素。如果說動物屍體是最能讓人停止呼吸的臭味,那麼動物糞便肯定是緊追其後的第二名。

某些動物糞便有特殊的外型和氣味,這與該動物特定的飲食習慣和代謝方式息息相關。馬的糞便跟許多動物比起來較不刺鼻,甚至 18 世紀的醫師及自然哲學家喬治.切納(George Cheyne)還認為馬大便的氣味「甜甜的」。馬會快速且不完全消化吃下去的植物,因此馬糞有很大比例是較無味道的纖維,且馬消化道產生的揮發物質多是碳環化合物甲酚和苯酚,這兩種化學物質常見於瀝青和消毒劑,也因此我們會覺得沒那麼臭。

相對來說,牛天生有好幾個胃,例如充滿微生物的瘤胃,也就是牛的第一個胃。牛會反芻瘤胃中的食物,盡可能的不浪費任何一點營養,因此。肉牛和奶牛的糞便含有大量、各式各樣的揮發物質,也就比較臭。另外,雜食性的豬因為也吃富含蛋白質的肉,牠的大便含有大量支鏈胺基酸、硫化物和碳化合物。另外,豬的腸胃道和裡面的微生物會產生大量的糞臭素,而糞臭素甚至會從腸道跑到全身的脂肪組織中,讓豬肉有「豬味」。

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▲「豬味」來自從腸道跑到全身的脂肪組織的糞臭素。

當然,糞便不是動物唯一的排泄物。尿液是動物消化過程中,從半固體的殘渣中分別排出來的液體,雖然常常排出來掉到地上後又和大便混在一起了。尿液主要是由動物代謝出來的廢棄物組成,多數是不具揮發性的含氮尿素和尿酸,以及少量的胺類。在體內的尿液沒有任何的微生物,直到尿液被排出體外後,微生物會以尿素和尿酸為食物,分解之後釋放出氨和胺類,這些揮發物質就是揮發物質有「尿味」的原因。

鳥類的糞便也有獨特臭味,因為牠們的排泄物混合了消化後的廢棄物和氨的味道。有可能是為了節省水分,多數的鳥類會特別把多餘的氮分別排到尿酸中,因為尿酸的溶解度比尿素低,所以可以形成半固體狀的東西與其他消化廢棄物一起排出。鳥類基本上糞便和尿液是混合在一起排出的,其排泄物主要由氨、氨類和低階酸類組成。

動物糞便氣味本身已經很讓人厭惡了,它還代表著一項不受矚目,但又危及地球上生物存亡的事實。它提醒著我們,物質和能量無可避免地不斷轉換,讓地球上複雜的生命體系得以延續下去。現代的養豬場傳來的惡臭標記著碳偉大的壯舉:由於碳非常容易與其他化學元素結合形成不同的物質,它成功地創造出全然不同的物種,但代價是犧牲了它過去其他的創造物。這項壯舉便是用碳鍊的排列創造了智人,一種可以史無前例地大規模支配物質和能量,但也破壞了地球上脆弱生態系統的動物們。

糞便有很多不同的名稱,有禮貌的,也有粗俗的,「排泄物」(waste)是其中一個,它的字根有空無(empty)、被遺棄(desolate)的意思。但是,動物排泄物並非毫無價值,它強烈的味道也代表著它有多種含碳、硫、氮的分子,對其它生物而言有很大的營養價值。在好幾千年前的農人就發現了糞便價值,它造就了農業長期的成功,也是文明誕生的基石。

我們石器時代的祖先應該非常熟悉糞便的氣味,例如獵人們跟其他肉食性動物一樣,會利用排泄物的氣味追蹤獵物。人類大約是在三萬年前馴化狗,而約在一萬年出現的農業聚落也已經開始飼養羊、牛、馬。人類不只使用牠們的奶、肉、毛皮,也利用牠們的獸力耕田,考古證據更顯示古代人類使用動物的糞便來蓋房子和生火,這種做法在現代某些較不開發的地區仍然存在。另外在古代,燻過的糞便還有驅蟲的作用,甚至丟牛大便還是一種娛樂活動。看來糞便的味道已經深深地融入古代農夫的生活了。

古代農夫偶然發現糞便被踩入土裡後,作物會生長得更好──現在我們知道這是因為糞便可以補充土裡被作物所吸收的營養,並且能提升土壤的物理結構和生物多樣性。考古學發現最早約在七千年前的西方,希臘和中歐就開始有組織地使用糞便來施肥。

這種做法會慢慢地提升土壤的肥沃度,因此也代表人們必須長時間地投入勞力和資源來維護土地,這可能間接地啟發了土地管理、擁有權和資產的概念。英文 manure(糞便、肥料)一詞的起源其實和糞便完全無關,這個字是來自兩個代表「手」和「工作」的拉丁文,這兩個字合併起來最初的意思是「耕耘」或是「擁有財產」。因此糞便的氣味──蒐集糞便放到土裡──在古代是一種代表著關心、耕耘、勞力和價值最基本也最重要的形式,因為我們必須先滋潤土地,土地才能持續地餵養我們。

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▲英文 manure(糞便、肥料)一詞的與「耕耘」、「擁有財產」有關。

糞肥的氣味跟新鮮的糞便比較來較不刺鼻,它的原料通常是糞便加上稻草或剩餘的飼料,堆放在一起後放置一段時間以減少臭味和細菌。糞肥在添加低氮原料並暴露於空氣中後,經由好氧微生物的代謝作用,氨、氨類及硫化物的濃度會降低,但是雞糞的氮濃度較高,所以氨的味道就比牛糞還重了。這些味道不只在牧場,在植物園或甚至自家後院都聞的到,它們雖說不上「香」,但至少可以讓人感覺好一些。

真正臭的是那些來自大型集中飼養場新鮮、未經分解的糞便。大量的動物──可能是幾百、幾千、幾萬──集中飼養在小小的空間中,這是過去幾十年來我們所吃的肉或奶製品的主要來源。大型集中飼養場就會製造大量的動物糞便,從好幾公里外就可以聞到臭味。我住在美國加州中部,每當我開車來回舊金山都會走 5 號州際公路到科靈加市,在這時我的鼻子會比我的眼睛先告訴我哈里斯牧場就快到了,因為儘管車窗關著,我還是可以遠遠地就聞到養牛場的味道。該牧場圈養了好幾萬隻牛,每隻牛每天會製造約 30 公斤的尿和糞便。吃動物飼料的牛比一般吃草的牛吸收更多的氮,因此牠們的糞便含有大量會產生異味的揮發物質,像是支鏈胺基酸、甲酚、糞臭素、氨和氨類。

菸味裡也有糞臭素,而且糞臭素已知會傷害肺的 DNA。天然氣的主要成份甲烷具有可燃性,已經造成了好幾起集中飼養場的爆炸事件,甚至有工人死於排泄物產生的氣體。因為集中飼養場想盡量壓低處理排泄物的成本,通常就將糞便倒到蓄水池或是田裡,其產生的揮發物質很可能會傷害附近居民的健康,附近的土地和水道也會被嚴重汙染。

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▲大型集中飼養場的味道就是現代工業化農業的味道。

也就是因為大型集中飼養場導致的種種問題,才有許多人投入糞便的研究。聽起來也許有些瘋狂,但是科學家很巧妙地借用了香水中前調、中調、基調的概念來形容大型集中飼養場的氣味。前調就是非常容易揮發、消散的氣體,例如氨和硫化氫。中調則是比較持久的味道,像是胺類、硫醇和硫化物、醛、醇和酮類。而基調的味道則能持續最久,例如短直鏈酸類、支鏈酸類、甲酚和其他酚類以及糞臭素。一份 2006 年的研究顯示,甲酚是豬糞和牛糞最主要的臭味來源,在十五公里外的下風處都可以聞到味道,大概就是這種「香水原料」讓我可以在高速公路遠遠地就知道養牛場快到了吧!

大型集中飼養場的味道就是現代工業化農業的味道,其產出來的糞便和糞肥相比,品質和代表的意義都截然不同。儘管這些糞便仍是有機的,也代表著生命體持續運作,但是它也透露出一個訊息:讓物質和能量從土裡出發,再循環回到土裡的大自然和傳統農業已經遭受破壞。這些有機物質和能量的氣味已經被獨立出來,再也不是地球上廣大生命循環中的一部分了。

為什麼大型集中飼養場不把糞便做成糞肥呢?因為在現代,這麼做已經沒有經濟效益了。化學家從 19 世紀開始研究糞肥裡的哪些成份是植物的重要營養素,到了 20 世紀,德國化學家弗里茨・哈伯(Fritz Haber)和卡爾.博施(Carl Bosch)找到直接用工廠自動化把空氣中的氮氣做成銨鹽的方法,這個技術的關鍵在於利用大量古代植物的殘骸(例如煤、石油、天然氣)產生高溫和高壓。接著濃縮的化肥開始出現,急劇提升農業生產力,也帶動地球人口的快速增長。現在在世界各地,合成肥料的使用遠多於自然糞肥,比例大約是五比一。

合成肥料的出現和成功其實是禍福參半的。首先它推動了文明和科技的快速發展,讓人類能更有效地利用各種物質。但是,合成化肥無疑地對地球上極複雜的生態系統造成嚴重的破壞,而生態一旦被破壞,人物就無法生存。農業地過度開發、為了養活數十億人而不斷侵占和開發動物的棲息地、不人道地對待動物、汙染空氣、土地和水、破壞地球和太陽間的能量平衡而造成的氣候變遷,以上種種都是大型集中飼養場代表的問題,而這些應該是任何想了解地球運作機制的人要共同面對、一起思考的問題。

有一種動物糞便的衍生物特別臭,那就是結合了糞肥與人造製品歷史的鳥糞石(Guano)。鳥糞石通常指的是鳥類或蝙蝠的排泄物,但是這個字原本來自秘魯原住民克丘亞人(Quechua)的語言,意思是秘魯海岸旁小島上吃魚鳥類(例如鸕鶿、鵜鶘、鰹鳥)排泄出來含有大量氮和磷酸鹽的糞便。因為鳥類的飲食蛋白質含量很高,加上氣候乾燥,鳥糞中的水分很快就蒸發了,尿酸不容易轉換成氨和胺類,否則一旦轉換之後很快就揮發了。這些鳥類在島上生存了幾百年,牠們堆積出來的糞便沉積物有 3,000 公尺這麼深,克丘亞人挖取鳥糞石也有 1,500 年的歷史了。

鳥糞石曾經是 19 世紀的熱門商品,歷史學家猜測應該是因為鳥糞石促使歐洲和美洲開始普遍地使用濃縮肥料,並用此代替家畜糞便。世界上仍然有少數地區在開採鳥糞石。我曾經買了一袋,想聞聞看它氨和胺的味道,心中思考著這些味道來源可能是幾年前,甚至幾百年前海洋中某隻銀光閃閃、在海中奮力往前游的魚身上的肌肉組織。於是我讓這塊鳥糞石的質量和能量回到自然界中,因為大自然偉大的循環不只在我的花園中運轉,也在我心中運行。

責任編輯:Chris
核稿編輯:MindyLi

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