❶ 關於小生物的世界究竟是什麼樣的
要是你對身邊的微生物過於在意,這很可能不是個好習慣。法國大化學家、微生物學家路易·巴斯德對他身邊的微生物如此小心,連放到面前的每盆菜餚都要用放大鏡仔細看一眼。由於他的這種習慣,很多人有可能不會再邀請他吃飯。
實際上,你也無須迴避細菌,因為你的身上和周圍總是有很多細菌,多得簡直無法想像。即使你身體很健康,而且總的來說很注意衛生,也大約有一萬億個細菌在你的皮膚上進食——每平方厘米上有10萬個左右。它們在那裡吃掉100億片左右你每天脫落的皮屑,再加上從每個毛孔和組織里流出來的味道不錯的油脂,以及強身壯體的礦物質。你是它們舉行冷餐會的場所,還具有暖暖和和、不停地移動的便利條件。為了表示感激,它們給你體臭。
上面說的只是寄生在你皮膚上的細菌。還有幾萬億個細菌鑽進你的腸胃裡和鼻孔里,粘在你的頭發和睫毛上,在你的眼睛表面游泳,在你的牙齦上打孔。光你的消化系統就是100萬億個以上細菌的寄主,至少有400多個品種。有的分解糖,有的處理澱粉,有的向別的細菌發起攻擊。許多細菌沒有明顯的作用,比如無處不在的腸內螺旋體。它們似乎只是喜歡跟你在一起。每個人體大約由1億億個細胞組成,但它卻是大約10億億個細菌細胞的寄主。總而言之,細菌是我們的一個很大的組成部分。當然,從細菌的角度來看,我們只是它們的一個很小的組成部分。
我們人類個兒大,又聰明,能生產使用抗生素和殺菌劑,因此很容易認為自己快要把細菌滅絕了。別相信那種看法。細菌也許不會建立城市,不會過有意思的社交生活,但它們到太陽爆炸的時候還會在這里。這是它們的行星,我們之所以在這里,是因為它們允許我們在這里。
千萬不要忘記,細菌已經在沒有我們的情況下生活了幾十億年。而要是沒有它們,我們一天也活不下去。它們處理我們的廢料,使其重新有用;沒有它們的辛勤咀嚼,什麼也不會腐爛。它們純潔我們的水源,使我們的土壤具有生產力。它們合成我們腸胃中的維生素,將我們吃進去的東西變成有用的糖和多糖,向溜進我們腸胃系統的外來細菌開戰。
我們完全依靠細菌來採集空氣里的氮,將氮轉化為對我們有用的核苷酸和氨基酸。這是個令人驚嘆而又讓人滿意的業績。正如馬古利斯和薩根指出的,在工業上要干同樣的事(比如在生產肥料的時候),工廠必須把原材料加熱到500攝氏度,擠壓到300倍於普通的大氣壓。而細菌一直在不慌不忙地干這件事。謝天謝地,要是沒有它們來傳送氮,大的生物就活不下去。尤其重要的是,細菌們不斷為我們提供我們所呼吸的空氣並使大氣保持穩定。包括現代型的藻青菌在內的細菌,提供了地球上供呼吸用的大部分氧。海藻和海里的其他微生物每年大約吐出1500億立方公里那種氣體。
而且,細菌的繁殖力極強。其中勁頭大的在不到10分鍾里便能產生新的一代;那種引起壞疽的討厭的小生物「產氣莢膜梭菌」在9分鍾里就可以繁殖,接著又馬上開始分裂。以這種速度,從理論上說,一個細菌兩天內產生的後代比宇宙里的質子還多。據比利時生物化學家、諾貝爾獎獲得者克里斯琴·德迪夫說:「要是給予充分的營養,一個細菌細胞在一天之內可以產生280萬億個個體。」而在同樣的時間里,人的細胞大約只能分裂一次。
大約每分裂100萬次,便會產生一個突變體。這對突變體來說通常是很不幸的——對生物來說,變化總是蘊藏著危險——只是在偶然的情況下,一個新的細菌會碰巧具有某種優勢,比如擺脫或抵禦抗生素的能力。有了這種能力,另一種更加嚇人的優勢會很快產生。細菌能共享信息,任何細菌都能從任何別的細菌那裡接到幾條遺傳密碼。正如馬古利斯和薩根所說,實際上,所有的細菌都在同一基因池裡游泳。在細菌的宇宙里,一個區域發生的適應性變化,很快會擴展到任何別的區域。這就好像人可以從昆蟲那裡獲得長出翅膀或在天花板上行走所必需的遺傳密碼一樣。從遺傳角度來看,這意味著細菌已經成為一種超級生物——又小,又分散,但又不可戰勝。
無論你吐出、滴下或潑出任何東西,細菌幾乎都能在上面生活和繁殖。你只要給它們一點兒水汽——比如用濕抹布擦一擦櫃子——它們就能滋生,彷彿從無到有。它們會侵蝕木頭、牆紙里的膠水、乾漆里的金屬。澳大利亞科學家發現,有一種名叫蝕固硫桿菌的細菌生活在濃度高得足以溶解金屬的硫酸里——實際上,它們離開了濃硫酸就活不成。據發現,有一種名叫嗜放射微球菌的細菌在核反應堆的廢罐里過得怪舒服的,吃著鈈和別的殘留物過日子。有的細菌分解化學物質,而據我們所知,它們從中撈不到一點兒好處。
我們還發現,細菌生活在沸騰的泥潭裡和燒鹼池裡,岩石深處,大海底部,南極洲麥克默多於谷隱蔽的冰水池裡,以及太平洋的11公里深處——那裡的壓力比海面上高出1000多倍,相當於被壓在50架大型噴氣客機底下。有的細菌似乎真的是殺不死的。據美國《經濟學家》雜志說,嗜放射微球菌「幾乎不受放射作用的影響」。要是你用放射線轟擊它的DNA,那些碎片幾乎會立即重新組合,「就像恐怖電影里一個不死的人到處亂飛的四肢那樣」。
迄今為止發現的生存能力最強的也許要算是鏈球菌。它在攝影機封閉的鏡頭里在月球上停留了兩年仍能恢復生機。總而言之,很少有什麼環境是細菌生存不下去的。維多利亞·貝內特對我說:「他們發現,當把探測器伸進灼熱的海底噴氣孔里,連探測器都快熔化的時候,那裡也還有細菌。」
20世紀20年代,芝加哥大學的兩位科學家埃德森·巴斯廷和弗蘭克·格里爾宣布,他們已經把一直生活在600米深處的油井裡的細菌分離出來。這個觀點被認為壓根兒是荒唐的——600米深處沒有東西能活下去——在50年時間里,大家一直認為他們的樣品受到了地面細菌的污染。我們現在知道了,有大量微生物生活在地球內部的深處,其中許多與普通的有機世界毫無關系。它們吃的是岩石,說得更確切一點兒,岩石里的東西——鐵呀,硫呀,錳呀等等。它們吸入的也是怪東西——鐵呀,鉻呀,鈷呀,甚至鈾呀。這樣的過程也許對濃縮金、銅等貴重金屬,很可能還對石油和天然氣的貯存起了作用。甚至還有人認為,通過這樣不知疲倦地慢咬細嚼,它們還創建了地殼。
現在有的科學家認為,生活在我們腳底下的細菌很可能多達100萬億噸,那個地方被稱之為「地表下的岩石自養微生物生態系統」——英文縮寫是SLiME。美國康奈爾大學的托馬斯·戈爾德估計,要是你把地球內部的細菌統統取出來堆在地球表面,那麼就可以把這顆行星埋在15米深處——相當於四層樓的高度。如果這個估計是正確的話,地球底下的生命有可能比地球表面的還要多。
在地球深處,微生物個兒縮小,極其懶怠。最活潑的也許一個世紀分裂不到一次,有的也許500年分裂不到一次。正如《經濟學家》雜志所說:「長壽的關鍵似乎在於無所事事。」當情況相當惡劣時,細菌們就關閉所有系統,等待好的年景。1997年,科學家們成功地激活了已經在挪威特隆赫姆博物館休眠了80年之久的一些炭疽細胞。有一聽118年的陳年肉罐頭和一瓶166年的陳年啤酒,剛一打開,有的微生物就一下子活了過來。1996年,俄羅斯科學院的科學家們聲稱,他們使在西伯利亞永久凍土裡凍結了300萬年的細菌恢復了生機。迄今為止,耐久力最長的記錄,是2000年由賓夕法尼亞州西切斯特大學的拉塞爾·弗里蘭和他的同事們宣布的,他們聲稱使2.5億歲的細菌蘇醒了過來。那種細菌名叫「二疊紀芽孢桿菌」,一直困在新墨西哥州卡爾斯巴德地下600米深處的鹽層里。果真如此的話,這種微生物比大陸還要古老。
那個報告受到一些人的懷疑,這是可以理解的。許多生物化學家認為,在那麼長的時間里,細菌的成分會退化,從而失去作用,除非細菌不時自我蘇醒過來。然而,即使細菌真的不時蘇醒,體內的能源也不可能持續那麼長的時間。懷疑更深的科學家們認為,樣品也許已經受到污染,如果不是在收集的過程中被污染的,那麼也許是埋在地下的時候被污染的。2001年,以色列特拉維夫大學的一個小組認為,二疊紀芽孢桿菌與一種現代的細菌幾乎相同。那種細菌名叫原古芽孢桿菌,是在死海里發現的。兩者之間只有兩種基因順序不同,而且也只是稍稍不同。
「我們該不該相信,」以色列研究人員寫道,「二疊紀芽孢桿菌在2.5億年裡積累的基因變化之量,在實驗室只要花3—7天時間就能完成?」弗里蘭的回答是:「細菌在實驗室里要比在野地里進化得快。」
也許如此。
直到空間時代,大多數學校的教材仍然把生物世界分為兩類——植物和動物。這是不可思議的。微生物極少被置於顯著地位。變形蟲和類似的單細胞生物被看做是原始動物,海藻被看做是原始植物。細菌還常常與植物混在一起,盡管大家都知道細菌不是植物。早在19世紀末,德國博物學家厄恩斯特·海克爾已經提出,細菌應該歸於一個單獨的界,他把它稱之為「原核生物」。但是,直到20世紀60年代,那個觀點才被生物學家們接受,而且也只是被有的生物學家接受。(我注意到,1969年出版的袖珍《美語詞典》里沒有承認這個名稱。)
傳統的分類法也不大適用於可見世界裡的許多微生物。真菌這個群涵蓋了蘑菇、霉、黴菌、酵母和馬勃菌,幾乎總是被看做是植物體,而實際上,它們身上幾乎沒有任何特點——它們的繁殖方式、呼吸方式、成長方式——是與植物界相吻合的。從結構上說,它們與動物有著更多的共同點,因為它們是用幾丁質構建自己的細胞的。那種材料使其質地與眾不同。昆蟲的外殼和哺乳動物的爪子都是由那種材料構成的,雖然鹿角鍬甲的味道遠不如蘑菇那麼鮮美。尤其,真菌不像所有的植物那樣會產生光合作用,所以它們沒有葉綠素,因此不是綠色的。恰恰相反,它們是直接吃東西長大的。它們幾乎什麼東西都吃。真菌會侵蝕混凝土牆上的硫或你腳趾間的腐敗物質——這兩件事植物都幹不了。它們差不多隻有一種植物特性,那就是它們有根。
那種分類法更不適用於一種特殊的微生物群,那種微生物過去被叫做黏菌,現在更常常被稱之為黏性桿菌。它們的默默無聞無疑與這個名字有關。要是那個名字聽上去更有活力——比如,「流動自我激活原生質」——而不大像是你把手伸到陰溝深處會發現的那種東西,那種非同尋常的實體幾乎肯定會馬上受到應該受到的那份重視,因為黏性桿菌無疑屬於自然界最有意思的微生物。當年景好的時候,它們以單細胞的形式獨立存在,很像是變形蟲;而當條件變得惡劣的時候,它們就爬著集中到一個中心地方,幾乎奇跡般地變成了一條蛞蝓。那條蛞蝓看上去並不漂亮,也移動不了多遠——通常只是從一堆樹葉的底部爬到頂上,處於比較暴露的位置——但在幾百萬年時間里,這很可能一直是宇宙中最絕妙的把戲。
事情並不到此為止。黏性桿菌爬到上面一個比較有利的位置以後,再一次變換自己的面目,呈現出了植物的形態。通過某種奇妙而有序的過程,那些細胞改變了外形,就像一支行進中的小樂隊那樣,伸出了一根梗,頂上形成了一個花蕾,名叫「子實體」。子實體裡面有幾百萬個孢子。到了適當的時刻,那些孢子隨風而去,成為單細胞微生物,從而開始重復這一過程。
多年來,黏性桿菌被動物學家們稱之為原生動物,被真菌學家們稱之為真菌,雖然大多數人都可以明白,它們其實不屬於任何哪個群。發明基因檢測法以後,實驗室人員吃驚地發現,黏性桿菌如此與眾不同,無比奇特,與自然界的任何別的東西都沒有直接關系,有時候連互相之間也毫無關系。
1969年,為了整理一下越來越顯得不足的分類法,康奈爾大學一位名叫R.H.魏泰克的生態學家在《科學》雜志上提出了一個建議,把生物分成五個主要部分——即所謂的「界」——動物界、植物界、真菌界、原生生物界和原核生物界。原生生物界原先是由蘇格蘭生物學家約翰·霍格提出來的,用來描述非植物、非動物的任何生物。
雖然魏泰克的新方案是個很大的改進,但原生生物界的含義仍沒有明確界定。有的分類學家把這個名稱保留起來指大的單細胞微生物——真核細胞,但有的把它當做生物學放單只襪子的抽屜,把任何歸在哪裡都不合適的東西塞到裡面,其中包括(取決於你查閱的是什麼資料)黏性桿菌、變形蟲,甚至海藻。據有人計算,它總共包括了多達20萬種不同的生物。那可是一大堆單只襪子呀。
具有諷刺意味的是,正當魏泰克的五界分類法開始被寫進教材的時候,伊利諾伊大學一位腳踏實地的學者即將完成一個發現。這項發現將向一切提出挑戰。他的名字叫卡爾·沃斯,自20世紀60年代以來——或者說,早在有可能辦這種事的時候——他一直在默默地研究細菌的遺傳連貫性。早年,這是個極費力氣的過程。研究一個細菌就可能一下子花掉一年時間。據沃斯說,那個時候,已知的細菌只有大約500種。這比你嘴巴里的細菌種類還要少。今天,這個數字大約是那個數字的10倍,雖然還遠遠比不上26900種海藻、70000種真菌和30800種變形蟲,以及相關的微生物。生物學的編年史上都記載著它們的故事。
細菌總數那麼少,並不完全是因為人們對它們不重視。細菌的分離和研究工作有可能是極其困難的,只有大約1%能通過培養繁殖。考慮到它們在自然環境里強大的適應能力,有個地方它們似乎不願意去生活,這是很怪的,那就是在皮氏培養皿里。要是你把細菌扔在瓊脂培養基上,無論你怎麼愛撫它們,其中大多數就躺在那裡,怎麼也不肯繁殖。任何在實驗室里繁殖的細菌都只能說是個例外,而這一些幾乎全都是微生物學家們研究的對象。沃斯說,這就「好像是一面在參觀動物園,一面在了解動物」。
然而,由於基因的發現,沃斯可以從另一個角度去研究微生物。他在研究過程中意識到,微生物世界可以劃分成更多的基本部分。許多小生物看上去像細菌,表現得像細菌,實際上完全是另一類東西——那類東西很久以前已經從細菌中分離出去。沃斯把這種微生物叫做原始細菌。
不得不說,原始細菌區別於細菌的特性只會令生物學家感到激動。這些特性大多體現在脂質的不同,還缺少一種名叫肽聚糖的東西。而實際上,這就構成了天壤之別。原始細菌對於細菌,比之你和我對於螃蟹或蜘蛛還要不同。沃斯獨自一人發現了一種未知的基本生命種類。它高於「界」的層面,位於被相當尊敬地稱之為世界生命樹之巔的地方。
1976年,他重繪了生命樹,包括了不是5個而是23個主要「部」,令世界——至少令關注這件事的少部分人——大吃一驚。他把這些部歸在他稱之為「域」的3個新的主要類別下面——細菌、原始細菌和真核細胞。新的安排是這樣的——細菌:藻青菌、紫色細菌、革蘭氏陽性細菌、綠色非硫細菌、黃桿菌和棲熱袍菌等;原始細菌:喜鹽原始細菌、甲烷八疊球菌、甲烷桿菌、甲烷球菌、勢變形桿菌和熱網菌等;真核細胞:小孢子蟲、毛滴蟲、鞭毛蟲、內變形蟲、黏性桿菌、纖毛蟲、植物、真菌和動物等。
沃斯的新的分類法在生物學界沒有引起轟動。有的人對他的體系不屑一顧,認為它過分偏向於微生物。許多人完全不予理睬。據弗朗西斯·阿什克拉夫特說,沃斯「感到極其失望」。但是,他的新方案漸漸開始被微生物學家們接受。植物學家和動物學家要過長得多的時間才看到它的優點。原因不難明白,按照沃斯的模式,植物界和動物界都被掛在真核細胞這根主枝最外緣一根分枝的幾根小枝上。除此以外,別的一切都屬於單細胞生物。
「這些人向來就是完全按照形態上的異同來進行分類的,」沃斯1966年在接受采訪時說,「對許多人來說,按照分子順序來分類的觀點是不大容易接受的。」總而言之,要是他們不親眼看到有什麼不同之處,他們就不會喜歡。因此,他們堅持比較普通的五界分類法。對於這種安排,沃斯在脾氣好的時候說是「不大有用」,更經常說是「完全把人引入歧途」。「像之前的物理學一樣,」沃斯寫道,「生物學已經發展到一個水平,有關的物體及其相互作用往往不是通過直接觀察所能看到的。」
1998年,哈佛大學偉大的動物學家厄恩斯特·邁爾(他當時已經94歲高齡;到我寫這本書的時候,他快到100歲了,依然身強力壯)更是惟恐天下不亂,宣稱生命只要分成兩大類——即他所謂的「帝國」。邁爾在《國家科學院公報》上發表的一篇論文中說,沃斯的發現很有意思,但絕對是錯誤的,並指出,「沃斯沒有接受過當生物學家的訓練,對分類原則不大熟悉,這是很自然的」。一位傑出的科學家對別人發表這樣的一番評論,差不多是在說,那個人簡直不知道自己在說些什麼。
邁爾的評論的具體內容技術性很強——其中包括什麼減數分裂性行為呀,什麼亨寧進化枝呀,什麼對嗜熱鹼甲烷桿菌的基因組有爭議的解釋呀——但從根本上說,他認為沃斯的安排使生命樹失去了平衡。邁爾指出,微生物界只由幾千種組成,而原始細胞只有175種已經命名的樣本,也許還有幾千種未被發現——「但不大會多於那個數字」。而真核細胞界——即像我們這種有具核的細胞的復雜生物——已經多達幾百萬種。鑒於「平衡原則」,邁爾主張把簡單的微生物歸於一類,叫做「原核生物」,而把其餘比較復雜的、「高度進化的」生物歸於「真核生物」,與原核生物處於同等地位。換句話說,他主張大體上維持以前的分類法。簡單細胞和復雜細胞的區別在於「生物界的重大突破」。
如果說我們從沃斯的新安排中學到了什麼,那就是:生命確實是多種多樣的,而大多數都是我們所不熟悉的單細胞小生物。人們自然會不由自主地想到,進化是個不斷完善的漫長過程,一個朝著更大、更復雜的方向——一句話,朝著形成我們的方向——永遠前進的過程。我們是在自己奉承自己。在進化過程中,實際差異在大多數情況下向來是很小的。出現我們這樣的大傢伙完全是一種僥幸——是一種有意思的次要部分。在23種主要生命形式中,只有3種——植物、動物和真菌——大到人的肉眼能看得見的程度。即使在它們中間,有的種類也是極小的。據沃斯說,即使你把植物的全部生物量加起來——包括植物在內的每一生物,微生物至少要佔總數的80%,也許還多。世界屬於很小的生物——很長時間以來一直如此。
因此,到了生命的某個時刻,你勢必會問,微生物為什麼那樣經常地想要傷害我們?把我們弄得發燒,或發冷,或滿身長瘡,或最後死掉,對微生物來說到底會有什麼好處?畢竟,一個死去的寄主不大能提供長期而適宜的環境。
首先,我們應當記住,大部分微生物對人體健康是無害的,甚至是有益的。地球上最具傳染性的生物,一種名叫沃爾巴克體的細菌,根本不傷害人類,或者可以說根本不傷害任何別的脊椎動物——不過,要是你是個小蝦、蠕蟲或果蠅,你會但願自己真沒有被生出來。據《國家地理雜志》說,總的來說,大約每1000種微生物當中,只有一種是對人類致病的——雖然我們知道其中還會有一些能幹壞事,情有可原地這么認為就夠了。即使大多數微生物是無害的,微生物仍是西方世界的第三殺手——雖然許多不要我們的命,但也弄得我們深深地後悔來到這個世界上。
把寄主弄得很不舒服,對微生物是有某些好處的。病症往往有利於傳播細菌。嘔吐、打噴嚏和腹瀉是細菌離開一個寄主,准備入住另一寄主的好辦法。最有效的方法是找個移動的第三者幫忙。傳染性微生物喜歡蚊子,因為蚊子的螫針可以把它們直接送進流動的血液,趁受害者的防禦系統尚未搞清受到什麼攻擊之前,它們可以馬上著手幹活。因此,許多A級疾病——瘧疾、黃熱病、登革熱、腦炎,以及100多種其他不大著名而往往又很嚴重的疾病——都是以被蚊子叮咬開始的。對我們來說,很僥幸的是,艾滋病的介體——人體免疫缺陷病毒——不在其中,至少目前還不在其中。蚊子在叮咬過程中吸入的人體免疫缺陷病毒被蚊子自身的代謝作用分解了。如果哪一天那種病毒設法戰勝了這一點,我們可真的要遭殃了。
然而,要是從邏輯的角度把事情想得過於細致入微,那是錯誤的,因為微生物顯然不是很有心計的實體。它們不在乎自己對你幹了些什麼,就像你不在乎你用肥皂淋個浴或擦一遍除臭劑殺掉了幾百萬個微生物會對它們造成了什麼樣的痛苦一樣。對病原菌來說,在它把你徹底幹掉的時候,顧及它自己的繼續安康也是很重要的。要是它們在消滅你之前沒能轉移到另一個寄主,它們很可能自己會死掉。賈里德·戴蒙德指出,歷史上有許許多多疾病,這些疾病「一度可怕地到處傳播,然後又像神秘地出現那樣神秘地消失了」。他舉了厲害而幸虧短暫的汗熱病,那種病在1485—1552年間流行於英國,致使成千上萬人喪了命,然後也燒死了病菌自己。對於任何傳染病菌來說,效率太高不是一件好事情。
大量的疾病不是因為微生物對你的作用而引起,卻是因為你的身體想要對微生物產生作用而引起的。為了使你的身體擺脫病原菌,你的免疫系統有時候摧毀了細胞,或破壞了重要的組織。因此,當你身體不舒服的時候,你感覺到的往往不是病原菌,而是你自己的免疫系統產生的反應。生病正是對感染的一種能感覺到的反應。病人躺在病床上,因此減少了對更多人的威脅。
由於外界有許多東西可能會傷害你,因此你的身體擁有大量各種各樣的白細胞——總共大約有1000萬種之多,每一種的職責分別是識別和消滅某種特定的入侵者。要同時維持1000萬支不同的常備軍,那是不可能的,也是無效率的,因此每種白細胞只留下幾名哨兵在服現役。一旦哪個傳染性介體——即所謂的抗原——前來侵犯,有關的哨兵認出了入侵者,便向自己的援軍發出請求。當你的身體製造那種部隊的時候,你就可能會覺得很不舒服。而當那支部隊終於投入戰斗的時候,康復就開始了。
白細胞是毫不留情的,會追擊每個被發現的病原菌,直到把它們最後消滅。為了避免覆滅的命運,進攻者已經具有兩種基本的策略。它們要麼快速進攻,然後轉移到一個新的寄主,就像感冒這樣的常見的傳染病那樣;要麼喬裝打扮,使白細胞無法識別自己,就像導致艾滋病的人體免疫缺陷病毒那樣。那種病毒可以在細胞核里無害地停留幾年而不被發覺,然後突然之間投入行動。
感染有許多古怪的方面。其中之一是,有些在正常情況下完全無害的微生物,有時候會進入人體本來不該它們去的部分——用新罕布希爾州萊巴嫩城達特茅斯—希契科克醫療中心的傳染病專家布賴恩·馬什的話來說——「有點兒發了狂」。「這種情況總是出現在發生了車禍,有人受了內傷的時候。通常情況下腸胃裡面無害的微生物就會進入身體的其他部分——比如流動的血液,產生嚴重的破壞作用。」
眼下,最罕見的也是最無法控制的細菌引起的疾病,是一種會導致壞死病的筋膜炎。細菌吞噬內部組織,留下一種糨糊狀的有毒殘渣,實際上把病人從里到外吃掉。起初,病人往往只是稍有不舒服——通常是身上出疹,皮膚發熱——但接著就急劇惡化。打開一看,往往發現病人正被完全吃掉。惟一的治療辦法是所謂的「徹底切除手術」——即把所有的感染部位全部切除。70%的病人死亡,許多倖存者最後嚴重毀形。感染原是一種名叫A群鏈球菌的普通細菌家族,通常不過引起鏈球菌咽喉炎。在極少情況下,由於不明原因,這類細菌有的會鑽進咽喉壁里,進入人體本身,造成最嚴重的破壞作用。它們完全能抵禦抗生素。這種情況美國每年發生大約1000例,誰也說不準情況是不是會變得更嚴重。
腦膜炎的情況完全一樣。至少有10%的年輕人和也許30%的少年攜帶著致命的腦膜炎球菌,但腦膜炎球菌完全無害地生活在咽喉里。在非常偶然的情況下——大約10萬個年輕人中間的1個——腦膜炎球菌會進入血液,害得他們生大病。在最嚴重的情況下,人可以在12個小時內死亡。速度是極快的。「一個人吃早飯時還是好好的,到晚上就死了。」馬什說。
要是我們不是那樣濫用對付細菌的最佳武器:抗生素,我們本來會取得更大的勝利。值得注意的是,據一項估計,在發達世界使用的抗生素當中,有大約70%往往經常用於飼料中,只是為了促進生長或作為對付感染的預防措施。因此,細菌就有了一切機會來產生抗葯性。它們勁頭十足地抓住這樣的機會。
1952年,青黴素用來對付各種葡萄球菌完全有效,以致美國衛生局局長威廉·斯圖爾特在20世紀60年代初敢說:「現在是該結束傳染病時代的時候了。我們美國已經基本上消滅了傳染病。」然而,即使在他說這番話的時候,大約有90%的這類病菌已經在對青黴素產生抗葯性。過不多久,一種名叫抗甲氧苯青黴素葡萄球菌的新品種葡萄球菌開始在醫院里出現。只有一種抗生素:萬古黴素,用來對付它還有效果。但1997年東京有一家醫院報告說,葡萄球菌出現了一個新品種,對那種葯也有抗葯性。不出幾個月,那種葡萄球菌已經傳播到6家別的日本醫院。在世界各地,微生物又開始贏得了這場戰爭的勝利:光在美
❷ 巴里·馬歇爾生平簡介是怎樣的
巴里·馬歇爾簡介:姓名:巴里·馬歇爾(BarrieMarshall);
出生年代:1951年;
職稱:科學家;
國家:澳大利亞;
個人情況:1968—1974,獲西澳大利亞大學碩士學位。1977—1984年,成為珀斯皇家醫院注冊醫師。1985—1986年,成為珀斯皇家醫院腸胃病學研究人員。1986年起,他前往美國弗吉尼亞大學繼續從事醫學研究,10年後回到澳大利亞。如今馬歇爾在位於澳大利亞尼德蘭茲的幽門螺桿菌研究實驗室工作。1996年,成為弗吉尼亞大學內科醫學研究教授。1997年,回到澳大利亞,成為西澳大利亞大學臨床醫學教授。1999年,擔任西澳大利亞大學臨床微生物學教授。2003年,出任西澳大利亞大學NHMRC幽門螺桿菌實驗室首席研究員。發現幽門螺桿菌及相關研究,是巴里·馬歇爾與羅賓·沃倫兩位科學家的主要科研工作,為他們帶來了許多共同的榮譽。不僅是兩位科學家的主要科研工作,1994年、1995年及1997年,他與羅賓·沃倫分享了醫學領域內的一些著名獎項。分享的諾貝爾獎,為他們的共同成就錦上添花。
❸ 你知道細菌的新發現嗎
有細菌也有大個子,細菌也有「骨架」,細菌也有細胞器,細菌的DNA也有被膜包裹,細菌也會吞咽等等新發現。我們看不到微生物,它們卻時刻與我們「親密接觸」:一張流通的紙幣上有30萬~3700萬個微生物,簡直就像一個微生物「王國」。
(3)細菌也有細胞器。
人們常常以為,只有復雜的細胞才有線粒體、葉綠體等細胞器。但新的研究成果表明,25%的細菌體內有原始的細胞器。在那裡,反應物被濃縮,反應被加速,毒副產品及時被排出。
(4)細菌的DNA也有被膜包裹。
大多數細菌是沒有細胞核的,DNA在細胞內游盪。1991年澳大利亞兩位生物學家意外地發現,一種叫隱球出芽菌的細菌,似乎有被膜包裹的DNA。
(5)細菌也會吞咽。
像阿米巴和白細胞這樣的復雜細胞,能夠吞噬大的顆粒。最初人們認為,細菌只能藉助細胞膜的通道接收一些小顆粒。但是,2010年隱球出芽菌又給人們帶來了新的驚喜:這種細菌也能吞咽較大的顆粒。
❹ 關於細菌的新發現有哪些
1、細菌也有大個子。即便你對細菌不甚了解,也應該知道,這類生物非常小,小到人的肉眼難以看到。比如,生活在人體腸道中的大腸桿菌只有0.002毫米長。不過,有少數細菌卻與眾不同。
2、細菌也有細胞器。人們常常以為,只有復雜的細胞才有線粒體、葉綠體等細胞器。但新的研究成果表明,25%的細菌體內有原始的細胞器。在那裡,反應物被濃縮,反應被加速,毒副產品及時被排出。
3、細菌的DNA也有被膜包裹。大多數細菌是沒有細胞核的,DNA在細胞內游盪。1991年澳大利亞兩位生物學家意外地發現,一種叫隱球出芽菌的細菌,似乎有被膜包裹的DNA。
4、細菌也會吞咽。像阿米巴和白細胞這樣的復雜細胞,能夠吞噬大的顆粒。最初人們認為,細菌只能藉助細胞膜的通道接收一些小顆粒。但是,2010年隱球出芽菌又給人們帶來了新的驚喜:這種細菌也能吞咽較大的顆粒。
❺ 你知道細菌的新發現嗎
今天是著名細菌學家、青黴素的發現者亞歷山大·弗萊明的逝世紀念日。我們來說一點有關細菌的新發現吧。
我們看不到微生物,它們卻時刻與我們「親密接觸」:一張流通的紙幣上有30萬~3700萬個微生物,簡直就像一個微生物「王國」;我們隨手抓起一把泥土,裡面熙熙攘攘,至少有幾百種微生物……在龐大的微生物世界中,細菌是大名鼎鼎的。截至2000年,這個家族的成員約有5000種。它們個體微小,形態簡單。近年來微生物學家發現,簡簡單單的細菌中也有一些不簡單的地方。
(1)細菌也有大個子。即便你對細菌不甚了解,也應該知道,這類生物非常小,小到人的肉眼難以看到。比如,生活在人體腸道中的大腸桿菌只有0.002毫米長。不過,有少數細菌卻與眾不同。1985年,第一類龐然大菌——費氏刺骨魚菌,被揭開了神秘的面紗:這是一種桿狀細菌,棲息於紅海的刺尾魚的腸道里。令人驚訝的是,這類細菌竟然長達0.7毫米。2002年,又一類巨型細菌——硫細菌被發現了,它們長約0.5毫米,人眼也能看得比較清楚。
??????????????????????????????????????????????????? ?一張普通的流通中的紙幣上隱藏著大量的細菌???? ? 一群費氏刺骨魚菌聚集在大頭針的針尾上
(2)細菌也有「骨架」。長期以來,人們一直認為,細菌周圍包裹著一層厚實的細胞壁,無需「腳手架」之類的配件。然而,最近的研究揭示,許多細菌擁有骨架蛋白質,能幫助細菌維持一定的形狀。
(3)細菌也有細胞器。人們常常以為,只有復雜的細胞才有線粒體、葉綠體等細胞器。但新的研究成果表明,25%的細菌體內有原始的細胞器。在那裡,反應物被濃縮,反應被加速,毒副產品及時被排出。
(4)細菌的DNA也有被膜包裹。大多數細菌是沒有細胞核的,DNA在細胞內游盪。1991年澳大利亞兩位生物學家意外地發現,一種叫隱球出芽菌的細菌,似乎有被膜包裹的DNA。
(5)細菌也會吞咽。像阿米巴和白細胞這樣的復雜細胞,能夠吞噬大的顆粒。最初人們認為,細菌只能藉助細胞膜的通道接收一些小顆粒。但是,2010年隱球出芽菌又給人們帶來了新的驚喜:這種細菌也能吞咽較大的顆粒。
❻ 人類的起源神秘古生菌帶來復雜生命的崛起
隨著科學家對神秘古生菌了解的越來越多,他們正在尋找有關構成人類、植物等復雜生命細胞的進化線索。
2019年8月,美國威斯康辛大學進化生物學家大衛·鮑姆曾翻閱了一本預印本,能夠與人類的遠親「面對面接觸」,或者確切地說是「面對細胞」,這個遠親是古生菌,它是一種生活在極端環境的超微生物,通常生活在深海噴口和酸性湖泊,古生菌外形類似於細菌,在bioRxiv發布的一份預印本描述了古生菌長著像觸須狀的突起,從而使古生菌看上去像附了幾縷義大利面的肉丸。
鮑姆曾花很多時間想像人類的遠古祖先會是什麼樣,事實上古生菌就是人類完美的「分身」,盡管兩者的外形相差懸殊。
古生菌不僅是在極端環境中茁壯成長的怪異生命形式,事實證明,它們分布非常廣泛,此外,更重要的是,它們可能是理解地球上復雜生命如何進化形成的關鍵環節。許多科學家猜測,古生菌可能導致真核生物種群的崛起,變形蟲、菌菇、植物和人類就是由真核生物演變而來的,同時,部分科學家認為,真核生物和古生菌也有可能是由一些更遙遠的共同祖先物種進化產生。
真核細胞是具有復雜內部特徵的宮殿結構,其內部包括容納遺傳物質的細胞核,以及產生能量和構建蛋白質的獨立隔膜,一種關於它們進化演變的主流理論認為,它們起源於古生菌,在進化歷程中可能與另一種微生物結合。
古生菌研究僅是被賦予生命的「寵物理論」?
目前,研究人員可能比以往任何時候更接近一個貌似有理的進化答案,由於人們對這些經常被忽視的微生物的興趣不斷增大,以及在實驗室不斷發明處理古生菌的方法,細胞生物學家正在比以前更詳細地觀察它們。澳大利亞悉尼 科技 大學分子微生物學家伊恩·達金說:「在過去十年裡,關於這種神秘微生物種群的發布的研究報告幾乎增長一倍,而且對古生菌的生物學初步研究成果是非常令人興奮的。」
目前,鮑姆發布在《自然》雜志的圖像提出了一個新觀點,即鮑姆辛苦培育12年的古生菌,可能與真核生物的出現密切相關。來自世界各地的微生物學家都為這些圖像感到興奮,但對鮑姆而言,這僅是一個被賦予生命的「寵物理論」。
5年前,鮑姆和他的堂弟、英國劍橋醫學研究委員會分子生物學實驗室細胞生物學家巴斯·鮑姆發表了一項關於真核生物起源的假說理論,他們預測稱,真核生物的祖先可能長有突起物,這很像古生菌的外形。他們推斷這些突起物環繞在附近的細菌周圍,之後它們轉變成為真核細胞的一個顯著特徵:菱形的能量製造器,即線粒體。
當大衛·鮑姆盯著這些像義大利面條一樣古生菌時,回想5年前與堂弟提出的真核生物起源假說理論,突然恍然大悟,認為之前的假說理論似乎是有道理的。
基本的奧秘
如果真核生物真的是一種增強版的古生菌,那麼科學家必須了解古生菌,才能弄清楚更復雜的細胞是如何形成的。雖然研究真核生物和古生菌的科學家已花費幾十年時間深入觀察研究細胞分裂和生長等過程,但古生菌的內部工作原理在很大程度上仍是個未解謎團。德國弗萊堡大學分子微生物學家索尼婭·阿爾伯斯說:「古生菌的每次活動方式都不一樣,例如:相關的蛋白質可能在不同的生物體中起到不同的作用,這使得古生菌變得很有意思。」
從土壤到海洋,所有存活的生物細胞都有一個共同點,那就是它們通過分裂來製造更多的自身,該現象發生在地球上所有以細胞為基礎的生命共同祖先上,但隨著生物適應了它們的生態龕位,這個過程開始變得有所不同。
研究人員可以通過觀察這種差異來 探索 生物進化過程,所有細胞生命形式所共有的任何機制都指向最早期細胞的生物遺傳性,相比之下,只有古生菌和真核生物,或者只有細菌和真核生物共有的系統,暗示著真核生物各種成分是由哪個母體提供的。例如:將真核細胞從外界環境中分離出來的柔性膜就非常類似細菌結構。
達金研究的是一種叫做富鹽菌(Haloferax volcanii)的細胞分裂過程,該細菌喜歡鹹水環境,例如:死海,而不是火山。事實上,富鹽菌的命名是以微生物學家本傑明·埃拉扎里·波爾卡尼(Benjamin Elazari Volcani)的名字命名的。作為一種嗜極生物,富鹽菌在鹹水環境中很容易生長,在顯微鏡下很容易看到處於分裂狀態的扁平細胞組織。
盡管體形較大的富鹽菌與細菌、真核生物和古生菌存在著巨大差異,但它們確實有一些相同的細胞分裂系統,在細菌體中,有一種名為FtsZ的蛋白質,在未來細胞分裂部位形成一個環狀結構。同樣,達金和同事在富鹽菌中也觀察到同樣的情況,因此,他們認為FtsZ蛋白質似乎處於細胞進化樹底部。
目前,科學家通過研究古生菌,也揭示了其他古老蛋白質的神秘面紗,其中包括一種叫做SepF的蛋白質,德國弗萊堡大學分子微生物學家索尼婭的研究小組發現,SepF是富鹽菌分裂所必需的蛋白質,巴黎巴斯德研究所的進化生物學家尼卡·彭德稱,SepF和FtsZ蛋白質,可能都是細胞分裂的原始「最小系統」一部分,通過分析這兩種蛋白質編碼基因在多種微生物中的分布情況,可將所有活細胞追溯至最早的共同祖先。
科學家正在研究嗜酸熱硫化葉菌(圖左)、富鹽菌(圖中)、甲烷八疊球菌(圖右)這樣的古生菌如何生長和分裂的,從而闡明復雜細胞的進化歷程。
然而,在生物進化的某個階段,一些古生菌將細胞分裂的工作分配給一組不同的蛋白質,這就是巴斯·鮑姆最新研究的切入點。他帶領研究團隊一直在研究一種叫做嗜酸熱硫化葉菌(Sulfolobus acidocaldarius)的古生菌,它與名字非常相符,它非常喜歡酸和熱,實驗室研究人員戴著園藝手套,從而保護自己免受嗜熱硫化葉菌生活的酸性液體帶來的傷害,實驗室成員戴著園藝手套,從而保護自己免遭酸性液體的傷害,他們在實驗室建造了一個特殊的隔間,便於在沒有冷點或者蒸發情況下,使用顯微鏡下觀察它的分裂過程。
鮑姆的研究小組觀察到一組完全不同的蛋白質操控分裂環,他們首次在真核生物中發現這些蛋白質,它們不僅參與分裂,還有更廣泛的作用,能將細胞的細胞膜分離,形成被細胞膜包裹的囊泡,以及其他較小的細胞區域。這些蛋白質被稱為「核內體運輸排序復體蛋白質(ESCRTs)」,研究小組在嗜酸熱硫化葉菌中發現與管理分裂環的通用型鉗子的相關原始蛋白質,這表明早期ESCRTs蛋白質在真核生物的古生菌祖先中完成進化。
與此同時,FtsZ蛋白質進化成了真核微管蛋白質,為我們人類細胞提供結構支持,這些發現表明,真核生物的原始祖先可能擁有一套工具來塑造和分裂細胞,然後自然選擇適應更復雜的後代細胞的需要。
洞察真核生物的遠古祖先
但是古生菌的祖先是什麼類型的細胞呢?它是如何與它的細菌夥伴相遇並融合的?
1967年,生物學家林恩·馬古利斯首次提出一個觀點,即真核生物是由細胞吞噬其他細胞而產生的。大多數研究人員同意發生過細胞吞噬事件,但他們對吞噬發生的時間和真核生物內部隔間是如何形成的有不同的觀點。德國海因里希·海涅大學進化細胞生物學家斯文·古爾德說:「之前幾十個測試模型都已夭折,因為它們的可靠度很低。」目前,隨著細菌生物學家對古生菌的理解逐漸加深,其他理論可能會興起或者衰落。
許多模型假設在細胞最終演變成真核生物之前已經相當復雜,擁有柔性細胞膜和內部隔間,這些理論要求細胞發展出一種吞噬外部物質的方法,該過程被稱為細胞吞噬作用。這樣細胞就能在一次致命咬食中迅速吞噬途經的細菌,相比之下,古爾德和其他人認為線粒體是在早期獲得的,它們隨後幫助更大、更復雜的細胞提供燃料。
這是解釋線粒體如何在沒有細胞吞噬作用情況下產生的少量模型之一,1984年,大衛·鮑姆在英國牛津大學讀本科時首次產生這個想法,他的研究過程從古生菌和細菌聚集在一起,共享資源開始,古生菌可能會開始伸展和膨脹其外部細胞膜,從而增加用於養分交換的表面積。隨著時間不斷推移,這些膨脹可能在古生菌周圍擴散和生長,直到古生菌或多或少地進入古生菌體內。
同時,古生菌的原始外膜與周圍延伸的較長觸須相比,顯得相形見絀,逐漸被弱化,當一些特別長的觸須環繞在細胞產生的新外膜將逐漸形成新細胞核邊界,與古生菌的祖先相比,它顯著被膨脹擴大。這一過程不同於細胞吞噬作用,因為它從一個生物體群落開始,並在很長一段時間內發生,而不是「簡單地咬一口」。
鮑姆的導師告訴他這個想法很有創意,但缺乏相關證據,便暫時未重視。但是鮑姆的興趣仍未被撲滅,大衛·鮑姆隨後對堂弟巴斯·鮑姆分享了他對生命科學的熱愛,他回憶稱,這也是我選擇生物學專業的部分原因。
2003年,大衛·鮑姆決定將關於古生菌的理論記錄下來,他對堂弟巴斯寫了一封信,當時巴斯管理著自己的實驗室,在巴斯的幫助下,大衛·鮑姆進一步發展了該理論。他們定義了生物學的幾個方面來支持自己的觀點,例如:發現古生菌和細菌共存並交換營養物質的事實。這對兄弟努力想要發表該研究報告,最終直到2014年才發表在《英國醫學委員會生物學》雜志上。
大衛·鮑姆回憶稱,該研究報告發表之後很快獲得科學界的熱烈響應,尤其是來自細胞生物學家的響應,到2014年,大衛·鮑姆仍然認為他們僅有50%的概率是正確的。然而5年之後,像附了幾縷義大利面的肉丸的古生菌圖像出現了,鮑姆兄弟感到興奮激動。
這是首次從阿斯加德古菌(Asgard archaea)中培育出來的古生菌,2015年曾對該生物進行了描述,其基因編碼的蛋白質被許多科學家認為與真核生物非常相似,研究人員很快開始懷疑真核生物的遠古祖先類似於阿斯加德古菌,通過指向一個潛在的祖先物種,這項發現支持鮑姆兄弟的假設理論。
這種阿斯加德古菌還沒有最終進行科學命名,目前被暫定稱為「Prometheoarchaeum syntrophicum」,它是在生物反應器中生長的,放在一對微生物架上,餵食營養物質。值得注意的是,這種古生菌沒有任何復雜的內部細胞膜或者發生細胞吞噬作用的跡象。它有3個關聯細胞分裂的系統:相當於FtsZ蛋白質作用的蛋白質、核內體運輸排序復體蛋白質(ESCRTs)和負責肌肉收縮的肌動蛋白,肌動蛋白也有助於真核生物發生分裂,研究小組成員日本東京國家先進工業科學技術研究所微生物學家Masaru Nobu稱,我們還沒有弄清楚這種古生菌是通過哪一種方式進行自我分裂的。
當該古生菌細胞停止分裂並長出觸須時,研究人員感到非常驚訝,鮑姆兄弟認為,這可能會放大與古生菌共培養的微生物之間的營養交換,正如他們對這種祖先級細胞模型預測的那樣。
依據他們的觀察,Masaru Nobu和同事們設計了一個關於真核生物如何進化的理論,該理論與鮑姆兄弟的觀點有很多相似之處。該理論提出一種能延伸出細絲的微生物,它最終可以吞噬自己的夥伴。Masaru Nobu說:「我非常喜歡這種假設,因為它考慮到了真核生物特有的這些復雜性——細胞核和線粒體。」
培養信心
阿斯加德古菌的圖像確實幫助並支持了鮑姆兄弟的理論,進化微生物學家、阿斯加德古菌的共同發現者安雅·斯潘說:「它們能形成這些突起是非常令人興奮的,這一切都是有密切關聯的,因為如果一個祖先物種可以形成這樣的突出物,它就可以使古生菌和細菌的聯合體變得更加緊密。」
目前鮑姆兄弟評估他們的理論正確率達到80%,但他們並不是唯一有信心的人,英國醫學研究委員會生物化學家拉馬努金·赫格德從事多年研究細胞膜蛋白,他正在編寫即將出版的第七版《細胞分子生物學》教材,他和同事決定將鮑姆兄弟提出的假說理論取代當前版本中基於細胞吞噬作用的理論模型,當然該理論仍沒有相關證據,赫格德謹慎地使用「可能有」等不確定的術語。
事實上,包括古爾德在內的其他一些專家認為,鮑姆兄弟的理論模型並沒有完全解釋這些膜突是如何進化成薄膜的,在細胞周圍閉合形成一個完整的外邊界或者獲得細胞膜的特徵。為了解釋這種類似細菌的細胞膜結構,古爾德和同事基於獨立生存細菌和線粒體定期釋放囊泡的事實,研究開發了一個模型。2016年,他們提出,原真核生物首先獲得了線粒體(他們的理論並未具體說明是如何獲得的),線粒體滲出囊泡進入細胞中。這些囊泡為進化中的真核生物構建其內部結構和外部邊界提供了膜材料,古爾德稱,這可以解釋為什麼真核生物的細胞膜為什麼看起來像細菌。
隨著研究人員繼續培育和研究古生菌,這些最新提出的理論模型和其他相互競爭的模型要麼獲得支持,要麼被徹底推翻,目前科學家在實驗室成功培育幾十種微生物。巴斯·鮑姆和他的合作者正在研究古生菌的共生關系,並分析微生物系譜,從而進一步驗證他們的想法,Masaru Nobu和同事正在對這些觸須狀突起進行更詳細的研究,並研究其他的阿斯加德古生菌。
也許還有更多的證據亟待發現,例如:鮑姆兄弟預測真核生物的觸須膜還沒有完全與外部細胞膜斷開,這與他們理論中的中間體相對應。這似乎是極可能存在的,暗示著人類的生存歸功於古生菌和細菌之間一段古老的「愛情故事」,巴斯·鮑姆說:「人體的一部分源自遠古細菌,一部分源自古生菌,還有一部分是不斷進化的結果。」(葉傾城)
❼ 六005年諾貝爾生理學或醫學獎頒發給了發現幽門螺桿菌地澳大利亞科學家,而此種細菌地發現,開創了人類對
三、幽門螺桿菌的個體微小,結構簡單,只有他個細胞組成,正確;
B、幽門螺桿菌的細胞有細胞質、細胞膜和細胞壁等結構,無成形的細胞核,正確;
C、幽門螺桿菌體內無葉綠素,無法進行光合作用,營養方式為異養,不能將無機物合成有機物,錯誤;
D、幽門螺桿菌的生殖方式為分裂生殖,而且繁殖速度非常快.正確.
故選:C.
❽ 發現乳酸菌、酵母菌的科學家是誰
發現了乳酸菌、酵母菌的偉大科學家是巴斯德,由他開創了微生物生理學,被後人譽為「微生物學之父」。