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人類觀察到微生物不到400年的時間,但它們已經生活了35億年了

日期:2019/1/6 16:58:24 點擊次數 694 發布單位:天義生物谷  錄入:李清

我們看不到它們,它們卻與我們“親密接觸”:一張流通著的紙幣上有30 萬~ 3700 萬個微生物, 簡直就是一艘“航空母艦”;我們隨手抓起一把土壤,里面至少有幾百種微生物,包括大約10億個細菌,12 萬個真菌和2.5 萬個藻類;我們以為刷得潔白的衛生間一定很干凈,事實上,無數的微生物可能正在角落里嘲笑我們。

“可愛的小動物”

1865 年,法國一個城市里所有酒廠制造的啤酒都莫名其妙地變得特別酸,致使啤酒無法售出。于是,酒廠老板們請來當時著名的化學家巴斯德幫助解決啤酒發酸的問題。

巴斯德把發酸的啤酒和不發酸的啤酒分別放到顯微鏡下觀察,經過無數次的比較,終于弄清了原因。原來是一種叫乳酸桿菌的細菌在作怪,是它們使啤酒中的酒精變酸從而使啤酒無法下咽。巴斯德指出:要想啤酒不發酸,只需將其加熱到60℃并保持30 分鐘左右,把乳酸桿菌殺死。這就是著名的“巴斯德消毒法”。

這是微生物史上的一個著名的故事,巴斯德也因其在微生物領域的卓越功勛被譽為“細菌斗士”。不過,巴斯德并不是第一個發現微生物的人。微生物進入人類視野是在17 世紀中葉,荷蘭有一個名叫列文·虎克的人,

他還在當學徒時就產生了一個新奇而大膽的想法:如果能制造一種特殊的鏡片,可以把看到的東西放大許多倍,用它來觀察那些微小的物體,那該有多好。于是,他開始了艱苦的磨制顯微鏡鏡片的工作。經過艱辛的勞動,他終于做成了可以放大近200 倍的世界上第一臺顯微鏡。

列文·虎克曾經找到一個從不刷牙的老頭,從他的牙縫里取下牙垢,然后放在顯微鏡下觀察。鏡頭里的世界讓他驚呆了:牙垢里竟然有許許多多小生物,它們像魚兒一樣來回游動。但是,由于當時科學還不發達,就連他自己也不知道發現這些細菌有什么用處,他只是把它們叫做“可愛的小動物”。

微生物的世界

人類在遙遠的古代就知道,將果實或者糧食按一定工序貯存起來,可以變成美味的酒;用鹽浸制食物,可以防止腐爛。古人也注意到,有時健康的人會突然得病死亡,與病人接觸過的人也會染病而亡,但他們并不知道這是怎么回事。直到列文·虎克發現顯微鏡下的“小動物”,巴斯德又揭示出它們與人類的關系,人類才得以了解到這個微觀的世界。

現在我們通常所說的“微生物”,意指所有肉眼看不到但具有生命現象的生物,包括細菌、病毒、真菌和一些原生藻類,以及古生菌等。

人類觀察到微生物還不到400 年的時間,但它們在地球上已經生活了許久。地球誕生至今已有46 億年,最早的微生物在35 億年前就已經出現在地球上,而人類出現在地球上不過幾百萬年的歷史。由于微生物只怕“明火”,所以地球上除活火山口以外,都是它們的領地,它們生存在人或動植物的體內、空氣稀薄的高空、高壓的深海以及極冷極熱的環境下,就算是在核電站的廢料堆中,它們也能生活得怡然自得。

微生物的數量極其龐大,據估計,全球一共有單細胞生物5×1030 種。它們十分渺小,一般只有幾個微米大小,幾十個細菌并排在一起才有一根頭發絲那么粗。

我們偶爾也會在面包或者水果上看到一塊塊的霉斑,那是數以百萬計的微生物集合成的菌落。在顯微鏡下,它們一般呈球狀、桿狀及螺旋狀,當然還有一些特殊的形態,比如“SARS”病毒就是典型的冠狀病毒,

在顯微鏡下,它呈放射冠狀,宛如妖艷的有毒之花?;褂幸恍┤庋劭杉奶厥獾奈⑸鎩頤撬秤玫哪⒐???剎灰暈鞘鞘卟?,它們是由大型真菌發育而來的,我們所看見和食用的“肉質”是它們的子實體,也就是呈傘狀的那部分。靈芝等珍貴藥材也都屬真菌類微生物。

大凡渺小的生物都有驚人的生命力,比如大腸桿菌,它們的繁殖力驚人,只要條件適宜,20 分鐘就能分裂一次,一分為二,二變為四,四分為八……如果無限分裂下去,一個大腸桿菌在24 小時內產生的后代的總重量相當于4 個地球的重量!

不過,這種呈幾何級數的繁衍,常常受環境、食物等條件的限制,實際上不可能無止境地進行。

微生物與生命起源

微生物在地球上已經存在幾十億年了,科學家有理由相信:它們可能和生命起源有關,對它們進行研究也許能帶來有關地外生命的啟示。在地球生命起源的時候,從有生命現象的單細胞生物到多細胞生物,微生物可能參與了其中復雜的生物化學反應,甚至本身就進化成為多細胞生物的一部分,例如植物細胞中的用于光合作用的葉綠體,在形態和光合作用的機能方面,都與光合自養的細菌和單細胞藻類相似??蒲Ъ彝貧?,在漫長的進化中,這些古老的細菌和藻類被較大的生物體所捕獲,融入到細胞中,共同進化成了細胞中的某些細胞器,繼續發揮這些生理功能。

在地球上一些特殊的環境,如水壓高達1140 個大氣壓的太平洋海底、炎熱的赤道海域、寒冷的南極冰川、高鹽度的死海和各類強酸和強堿性環境,普通生物是難以生存的,而微生物卻能繁衍下去??蒲Ъ蟻嘈?,生命有可能就是從這些極端環境中誕生的。美國地質化學家曾在位于美國愛達荷州地表以下200 米的地熱溫泉中發現了一種靠氫氣和二氧化碳生活的太古生物。

這個重大發現表明,不僅在類似地球生態的其他星球上可能有生命存在,在僅有氫氣和二氧化碳的星球上也可能有生命的萌芽。如果微生物能在這些極端環境下生存,那么在火星等星球上就可能有生命存在或者將會有生命誕生。甚至有人假設最初的地球生命來自火星,因為那些耐極端環境的微生物可能是在火星上進化出來的,當火星受到撞擊時,被崩裂的石塊帶到了地球,從而才有了今天的地球生命??蒲Ъ乙丫級暈韃怯讕枚辰岬卮ㄓ牖鸚塹幕肪澈湍拘俏佬塹幕肪誠嗨疲┖橢泄男陸珊蹈甌誚鋅瓶?,希望通過對相似環境的微生物研究,來推斷地外生命是否存在。

微生物與人類生活

“你在一天中能遇到多少生物?”你能回答這個問題嗎?

我們看不到它們,它們卻與我們“親密接觸”:一張流通著的紙幣上有30 萬~ 3700萬個微生物, 簡直就是一艘“航空母艦”;我們隨手抓起一把土壤,里面至少有幾百種微生物,包括大約10 億個細菌,12 萬個真菌和2.5 萬個藻類;我們以為刷得潔白的衛生間一定很干凈,事實上,無數的微生物可能正在角落里嘲笑我們。當然,這些微生物大多是非致病的。

還有一個問題:這些微生物與我們的生活有著怎樣的聯系?早上你喝了壞掉的牛奶,不僅有難聞的酸味并且還會讓你拉肚子,但如果是可口的酸奶,

不僅會讓你食欲大增而且營養豐富;你在準備佳肴時,使用醬油和醋讓食物更鮮美,還擺上了美酒和別具風味的泡菜;你感冒了,為了早點好起來,你服用了抗生素。這些都是各種微生物的產物。

人類的日常生活離不開微生物的幫助。乳酸菌和酵母發酵工藝被廣泛應用于各類飲料、

調味品和食品添加劑等生產中;利用微生物發酵,形成了氨基酸產業和新興的生物制藥工業;在廢水處理和消除環境污染方面,它們也日益受到重視。

如上文所說,列文·虎克在牙垢中觀察到了微生物,在我們的體內,也有一個龐大而且與我們的健康密切相關的微生物世界。不要說在我們的皮膚和頭發里的微生物部落,在我們的內臟中就有近90 萬億個細菌正“安營扎寨”。我們之所以會長齲齒,不是真的有蛀蟲,而是因為口腔中有各種細菌生存,它們在分解利用食物中的糖類時產生許多有機酸,會腐蝕牙齒,留下難看的小洞和黑斑。

人的大腸更是微生物的天堂,因為那里有豐富的食物,合適的酸堿度和溫度。這些菌群通常對人體沒有危害,相反它們還有一個文雅的名字——“益生菌”(意指有利于生命)。這些益生菌占體內微生物總量的約80%,它們在自我繁殖生活的同時也為人體做出了許多貢獻,它們可以提供維生素B1、B2、B3、K,葉酸及氨基酸等物質,幫助人體降解食物,參與食物的消化和吸收。

人體的皮膚和體內都有數量龐大、種類繁多的微生物群,但通常它們和我們的身體相處融洽,它們中的絕大多數都是非致病的。但是,當致病菌進入我們體內或者體內微生物群紊亂時,我們就有可能因不能抵抗它們而生病。

人類與微生物的世紀戰爭

如果感冒了,你怎么辦?也許你會說:“我會用些青霉素?!蹦閌褂昧飼嗝顧?,很快康復了。但是,下一次你感冒時,它還會有用嗎?

在大多數時間里,我們和微生物和平共處,但有時這個動態的平衡也會突然被打破。在世界上的第一種抗生素——青霉素被發現之前,每年有數以百萬計的人死于某種在今天可以被輕易治愈的傳染病。

青霉素的發現歸功于一次幸運的過失。1928 年,亞歷山大·弗萊明外出度假時,把實驗室里的培養皿中正生長著細菌這件事忘了。3 周后,當他回到實驗室時發現,在一個與空氣意外接觸過的金黃色葡萄球菌培養皿中,長出了一團青綠色霉菌。他用顯微鏡觀察這團霉菌,結果發現其周圍的葡萄球菌菌落都被溶解了,這意味著霉菌的某種分泌物能抑制葡萄球菌。鑒定表明,上述霉菌為青霉菌,弗萊明將其分泌的抑菌物質稱為青霉素。青霉素的發現是人類與疾病斗爭史上的一座豐碑,隨著抗生素時代的來臨,人類的平均壽命增加了15 年。

有了各類抗生素,許多瘟疫已經被我們消滅,我們似乎可以陶醉在這場戰斗的勝利中了。然而,時至今日,雖然我們已經有了更多更好的抗生素,但越來越多的可怕疾病隨之而來:人類非但沒有將這些微小的生物統統消滅,反而使更多更難對付的致病菌出現。原因何在?由于濫用抗生素,這些微生物因本身的適應和?;せ?,很快發生了變異,具有越來越強的耐藥性,人類的免疫能力卻越來越低。人類與這些致病菌的戰斗陷入一個怪圈:用更強效的抗生素,人類取得了短暫的勝利,然后致病菌迅速變異并產生抗藥性,然后再次感染人類。

在這場人類與微生物的戰斗中,人類似乎處于下風,科學家分離得到新的抗生素的速度遠不及致病菌的變異和適應速度。經過半個多世紀的使用,當初的“抗菌功臣”青霉素在很多臨床使用上已經失效??蒲Ъ以ぱ?,如果人類不跳出使用抗生素這個怪圈,即便是普通的感冒,很快也將難以治愈。這并非危言聳聽,全球已經發現多例由于抗生素失效導致普通感染死亡的病例。在各種抗生素的變相篩選下,還會導致普通致病菌進化變異出能抵抗所有抗生素的“超級細菌”,這些具有超強耐藥性的怪物在人類自身的“推波助瀾”下,對人類展開反擊,成為人類的噩夢。

 
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