❶ 关于小生物的世界究竟是什么样的
要是你对身边的微生物过于在意,这很可能不是个好习惯。法国大化学家、微生物学家路易·巴斯德对他身边的微生物如此小心,连放到面前的每盆菜肴都要用放大镜仔细看一眼。由于他的这种习惯,很多人有可能不会再邀请他吃饭。
实际上,你也无须回避细菌,因为你的身上和周围总是有很多细菌,多得简直无法想象。即使你身体很健康,而且总的来说很注意卫生,也大约有一万亿个细菌在你的皮肤上进食——每平方厘米上有10万个左右。它们在那里吃掉100亿片左右你每天脱落的皮屑,再加上从每个毛孔和组织里流出来的味道不错的油脂,以及强身壮体的矿物质。你是它们举行冷餐会的场所,还具有暖暖和和、不停地移动的便利条件。为了表示感激,它们给你体臭。
上面说的只是寄生在你皮肤上的细菌。还有几万亿个细菌钻进你的肠胃里和鼻孔里,粘在你的头发和睫毛上,在你的眼睛表面游泳,在你的牙龈上打孔。光你的消化系统就是100万亿个以上细菌的寄主,至少有400多个品种。有的分解糖,有的处理淀粉,有的向别的细菌发起攻击。许多细菌没有明显的作用,比如无处不在的肠内螺旋体。它们似乎只是喜欢跟你在一起。每个人体大约由1亿亿个细胞组成,但它却是大约10亿亿个细菌细胞的寄主。总而言之,细菌是我们的一个很大的组成部分。当然,从细菌的角度来看,我们只是它们的一个很小的组成部分。
我们人类个儿大,又聪明,能生产使用抗生素和杀菌剂,因此很容易认为自己快要把细菌灭绝了。别相信那种看法。细菌也许不会建立城市,不会过有意思的社交生活,但它们到太阳爆炸的时候还会在这里。这是它们的行星,我们之所以在这里,是因为它们允许我们在这里。
千万不要忘记,细菌已经在没有我们的情况下生活了几十亿年。而要是没有它们,我们一天也活不下去。它们处理我们的废料,使其重新有用;没有它们的辛勤咀嚼,什么也不会腐烂。它们纯洁我们的水源,使我们的土壤具有生产力。它们合成我们肠胃中的维生素,将我们吃进去的东西变成有用的糖和多糖,向溜进我们肠胃系统的外来细菌开战。
我们完全依靠细菌来采集空气里的氮,将氮转化为对我们有用的核苷酸和氨基酸。这是个令人惊叹而又让人满意的业绩。正如马古利斯和萨根指出的,在工业上要干同样的事(比如在生产肥料的时候),工厂必须把原材料加热到500摄氏度,挤压到300倍于普通的大气压。而细菌一直在不慌不忙地干这件事。谢天谢地,要是没有它们来传送氮,大的生物就活不下去。尤其重要的是,细菌们不断为我们提供我们所呼吸的空气并使大气保持稳定。包括现代型的藻青菌在内的细菌,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约吐出1500亿立方公里那种气体。
而且,细菌的繁殖力极强。其中劲头大的在不到10分钟里便能产生新的一代;那种引起坏疽的讨厌的小生物“产气荚膜梭菌”在9分钟里就可以繁殖,接着又马上开始分裂。以这种速度,从理论上说,一个细菌两天内产生的后代比宇宙里的质子还多。据比利时生物化学家、诺贝尔奖获得者克里斯琴·德迪夫说:“要是给予充分的营养,一个细菌细胞在一天之内可以产生280万亿个个体。”而在同样的时间里,人的细胞大约只能分裂一次。
大约每分裂100万次,便会产生一个突变体。这对突变体来说通常是很不幸的——对生物来说,变化总是蕴藏着危险——只是在偶然的情况下,一个新的细菌会碰巧具有某种优势,比如摆脱或抵御抗生素的能力。有了这种能力,另一种更加吓人的优势会很快产生。细菌能共享信息,任何细菌都能从任何别的细菌那里接到几条遗传密码。正如马古利斯和萨根所说,实际上,所有的细菌都在同一基因池里游泳。在细菌的宇宙里,一个区域发生的适应性变化,很快会扩展到任何别的区域。这就好像人可以从昆虫那里获得长出翅膀或在天花板上行走所必需的遗传密码一样。从遗传角度来看,这意味着细菌已经成为一种超级生物——又小,又分散,但又不可战胜。
无论你吐出、滴下或泼出任何东西,细菌几乎都能在上面生活和繁殖。你只要给它们一点儿水汽——比如用湿抹布擦一擦柜子——它们就能滋生,仿佛从无到有。它们会侵蚀木头、墙纸里的胶水、干漆里的金属。澳大利亚科学家发现,有一种名叫蚀固硫杆菌的细菌生活在浓度高得足以溶解金属的硫酸里——实际上,它们离开了浓硫酸就活不成。据发现,有一种名叫嗜放射微球菌的细菌在核反应堆的废罐里过得怪舒服的,吃着钚和别的残留物过日子。有的细菌分解化学物质,而据我们所知,它们从中捞不到一点儿好处。
我们还发现,细菌生活在沸腾的泥潭里和烧碱池里,岩石深处,大海底部,南极洲麦克默多于谷隐蔽的冰水池里,以及太平洋的11公里深处——那里的压力比海面上高出1000多倍,相当于被压在50架大型喷气客机底下。有的细菌似乎真的是杀不死的。据美国《经济学家》杂志说,嗜放射微球菌“几乎不受放射作用的影响”。要是你用放射线轰击它的DNA,那些碎片几乎会立即重新组合,“就像恐怖电影里一个不死的人到处乱飞的四肢那样”。
迄今为止发现的生存能力最强的也许要算是链球菌。它在摄影机封闭的镜头里在月球上停留了两年仍能恢复生机。总而言之,很少有什么环境是细菌生存不下去的。维多利亚·贝内特对我说:“他们发现,当把探测器伸进灼热的海底喷气孔里,连探测器都快熔化的时候,那里也还有细菌。”
20世纪20年代,芝加哥大学的两位科学家埃德森·巴斯廷和弗兰克·格里尔宣布,他们已经把一直生活在600米深处的油井里的细菌分离出来。这个观点被认为压根儿是荒唐的——600米深处没有东西能活下去——在50年时间里,大家一直认为他们的样品受到了地面细菌的污染。我们现在知道了,有大量微生物生活在地球内部的深处,其中许多与普通的有机世界毫无关系。它们吃的是岩石,说得更确切一点儿,岩石里的东西——铁呀,硫呀,锰呀等等。它们吸入的也是怪东西——铁呀,铬呀,钴呀,甚至铀呀。这样的过程也许对浓缩金、铜等贵重金属,很可能还对石油和天然气的贮存起了作用。甚至还有人认为,通过这样不知疲倦地慢咬细嚼,它们还创建了地壳。
现在有的科学家认为,生活在我们脚底下的细菌很可能多达100万亿吨,那个地方被称之为“地表下的岩石自养微生物生态系统”——英文缩写是SLiME。美国康奈尔大学的托马斯·戈尔德估计,要是你把地球内部的细菌统统取出来堆在地球表面,那么就可以把这颗行星埋在15米深处——相当于四层楼的高度。如果这个估计是正确的话,地球底下的生命有可能比地球表面的还要多。
在地球深处,微生物个儿缩小,极其懒怠。最活泼的也许一个世纪分裂不到一次,有的也许500年分裂不到一次。正如《经济学家》杂志所说:“长寿的关键似乎在于无所事事。”当情况相当恶劣时,细菌们就关闭所有系统,等待好的年景。1997年,科学家们成功地激活了已经在挪威特隆赫姆博物馆休眠了80年之久的一些炭疽细胞。有一听118年的陈年肉罐头和一瓶166年的陈年啤酒,刚一打开,有的微生物就一下子活了过来。1996年,俄罗斯科学院的科学家们声称,他们使在西伯利亚永久冻土里冻结了300万年的细菌恢复了生机。迄今为止,耐久力最长的记录,是2000年由宾夕法尼亚州西切斯特大学的拉塞尔·弗里兰和他的同事们宣布的,他们声称使2.5亿岁的细菌苏醒了过来。那种细菌名叫“二叠纪芽孢杆菌”,一直困在新墨西哥州卡尔斯巴德地下600米深处的盐层里。果真如此的话,这种微生物比大陆还要古老。
那个报告受到一些人的怀疑,这是可以理解的。许多生物化学家认为,在那么长的时间里,细菌的成分会退化,从而失去作用,除非细菌不时自我苏醒过来。然而,即使细菌真的不时苏醒,体内的能源也不可能持续那么长的时间。怀疑更深的科学家们认为,样品也许已经受到污染,如果不是在收集的过程中被污染的,那么也许是埋在地下的时候被污染的。2001年,以色列特拉维夫大学的一个小组认为,二叠纪芽孢杆菌与一种现代的细菌几乎相同。那种细菌名叫原古芽孢杆菌,是在死海里发现的。两者之间只有两种基因顺序不同,而且也只是稍稍不同。
“我们该不该相信,”以色列研究人员写道,“二叠纪芽孢杆菌在2.5亿年里积累的基因变化之量,在实验室只要花3—7天时间就能完成?”弗里兰的回答是:“细菌在实验室里要比在野地里进化得快。”
也许如此。
直到空间时代,大多数学校的教材仍然把生物世界分为两类——植物和动物。这是不可思议的。微生物极少被置于显着地位。变形虫和类似的单细胞生物被看做是原始动物,海藻被看做是原始植物。细菌还常常与植物混在一起,尽管大家都知道细菌不是植物。早在19世纪末,德国博物学家厄恩斯特·海克尔已经提出,细菌应该归于一个单独的界,他把它称之为“原核生物”。但是,直到20世纪60年代,那个观点才被生物学家们接受,而且也只是被有的生物学家接受。(我注意到,1969年出版的袖珍《美语词典》里没有承认这个名称。)
传统的分类法也不大适用于可见世界里的许多微生物。真菌这个群涵盖了蘑菇、霉、霉菌、酵母和马勃菌,几乎总是被看做是植物体,而实际上,它们身上几乎没有任何特点——它们的繁殖方式、呼吸方式、成长方式——是与植物界相吻合的。从结构上说,它们与动物有着更多的共同点,因为它们是用几丁质构建自己的细胞的。那种材料使其质地与众不同。昆虫的外壳和哺乳动物的爪子都是由那种材料构成的,虽然鹿角锹甲的味道远不如蘑菇那么鲜美。尤其,真菌不像所有的植物那样会产生光合作用,所以它们没有叶绿素,因此不是绿色的。恰恰相反,它们是直接吃东西长大的。它们几乎什么东西都吃。真菌会侵蚀混凝土墙上的硫或你脚趾间的腐败物质——这两件事植物都干不了。它们差不多只有一种植物特性,那就是它们有根。
那种分类法更不适用于一种特殊的微生物群,那种微生物过去被叫做黏菌,现在更常常被称之为黏性杆菌。它们的默默无闻无疑与这个名字有关。要是那个名字听上去更有活力——比如,“流动自我激活原生质”——而不大像是你把手伸到阴沟深处会发现的那种东西,那种非同寻常的实体几乎肯定会马上受到应该受到的那份重视,因为黏性杆菌无疑属于自然界最有意思的微生物。当年景好的时候,它们以单细胞的形式独立存在,很像是变形虫;而当条件变得恶劣的时候,它们就爬着集中到一个中心地方,几乎奇迹般地变成了一条蛞蝓。那条蛞蝓看上去并不漂亮,也移动不了多远——通常只是从一堆树叶的底部爬到顶上,处于比较暴露的位置——但在几百万年时间里,这很可能一直是宇宙中最绝妙的把戏。
事情并不到此为止。黏性杆菌爬到上面一个比较有利的位置以后,再一次变换自己的面目,呈现出了植物的形态。通过某种奇妙而有序的过程,那些细胞改变了外形,就像一支行进中的小乐队那样,伸出了一根梗,顶上形成了一个花蕾,名叫“子实体”。子实体里面有几百万个孢子。到了适当的时刻,那些孢子随风而去,成为单细胞微生物,从而开始重复这一过程。
多年来,黏性杆菌被动物学家们称之为原生动物,被真菌学家们称之为真菌,虽然大多数人都可以明白,它们其实不属于任何哪个群。发明基因检测法以后,实验室人员吃惊地发现,黏性杆菌如此与众不同,无比奇特,与自然界的任何别的东西都没有直接关系,有时候连互相之间也毫无关系。
1969年,为了整理一下越来越显得不足的分类法,康奈尔大学一位名叫R.H.魏泰克的生态学家在《科学》杂志上提出了一个建议,把生物分成五个主要部分——即所谓的“界”——动物界、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苏格兰生物学家约翰·霍格提出来的,用来描述非植物、非动物的任何生物。
虽然魏泰克的新方案是个很大的改进,但原生生物界的含义仍没有明确界定。有的分类学家把这个名称保留起来指大的单细胞微生物——真核细胞,但有的把它当做生物学放单只袜子的抽屉,把任何归在哪里都不合适的东西塞到里面,其中包括(取决于你查阅的是什么资料)黏性杆菌、变形虫,甚至海藻。据有人计算,它总共包括了多达20万种不同的生物。那可是一大堆单只袜子呀。
具有讽刺意味的是,正当魏泰克的五界分类法开始被写进教材的时候,伊利诺伊大学一位脚踏实地的学者即将完成一个发现。这项发现将向一切提出挑战。他的名字叫卡尔·沃斯,自20世纪60年代以来——或者说,早在有可能办这种事的时候——他一直在默默地研究细菌的遗传连贯性。早年,这是个极费力气的过程。研究一个细菌就可能一下子花掉一年时间。据沃斯说,那个时候,已知的细菌只有大约500种。这比你嘴巴里的细菌种类还要少。今天,这个数字大约是那个数字的10倍,虽然还远远比不上26900种海藻、70000种真菌和30800种变形虫,以及相关的微生物。生物学的编年史上都记载着它们的故事。
细菌总数那么少,并不完全是因为人们对它们不重视。细菌的分离和研究工作有可能是极其困难的,只有大约1%能通过培养繁殖。考虑到它们在自然环境里强大的适应能力,有个地方它们似乎不愿意去生活,这是很怪的,那就是在皮氏培养皿里。要是你把细菌扔在琼脂培养基上,无论你怎么爱抚它们,其中大多数就躺在那里,怎么也不肯繁殖。任何在实验室里繁殖的细菌都只能说是个例外,而这一些几乎全都是微生物学家们研究的对象。沃斯说,这就“好像是一面在参观动物园,一面在了解动物”。
然而,由于基因的发现,沃斯可以从另一个角度去研究微生物。他在研究过程中意识到,微生物世界可以划分成更多的基本部分。许多小生物看上去像细菌,表现得像细菌,实际上完全是另一类东西——那类东西很久以前已经从细菌中分离出去。沃斯把这种微生物叫做原始细菌。
不得不说,原始细菌区别于细菌的特性只会令生物学家感到激动。这些特性大多体现在脂质的不同,还缺少一种名叫肽聚糖的东西。而实际上,这就构成了天壤之别。原始细菌对于细菌,比之你和我对于螃蟹或蜘蛛还要不同。沃斯独自一人发现了一种未知的基本生命种类。它高于“界”的层面,位于被相当尊敬地称之为世界生命树之巅的地方。
1976年,他重绘了生命树,包括了不是5个而是23个主要“部”,令世界——至少令关注这件事的少部分人——大吃一惊。他把这些部归在他称之为“域”的3个新的主要类别下面——细菌、原始细菌和真核细胞。新的安排是这样的——细菌:藻青菌、紫色细菌、革兰氏阳性细菌、绿色非硫细菌、黄杆菌和栖热袍菌等;原始细菌:喜盐原始细菌、甲烷八叠球菌、甲烷杆菌、甲烷球菌、势变形杆菌和热网菌等;真核细胞:小孢子虫、毛滴虫、鞭毛虫、内变形虫、黏性杆菌、纤毛虫、植物、真菌和动物等。
沃斯的新的分类法在生物学界没有引起轰动。有的人对他的体系不屑一顾,认为它过分偏向于微生物。许多人完全不予理睬。据弗朗西斯·阿什克拉夫特说,沃斯“感到极其失望”。但是,他的新方案渐渐开始被微生物学家们接受。植物学家和动物学家要过长得多的时间才看到它的优点。原因不难明白,按照沃斯的模式,植物界和动物界都被挂在真核细胞这根主枝最外缘一根分枝的几根小枝上。除此以外,别的一切都属于单细胞生物。
“这些人向来就是完全按照形态上的异同来进行分类的,”沃斯1966年在接受采访时说,“对许多人来说,按照分子顺序来分类的观点是不大容易接受的。”总而言之,要是他们不亲眼看到有什么不同之处,他们就不会喜欢。因此,他们坚持比较普通的五界分类法。对于这种安排,沃斯在脾气好的时候说是“不大有用”,更经常说是“完全把人引入歧途”。“像之前的物理学一样,”沃斯写道,“生物学已经发展到一个水平,有关的物体及其相互作用往往不是通过直接观察所能看到的。”
1998年,哈佛大学伟大的动物学家厄恩斯特·迈尔(他当时已经94岁高龄;到我写这本书的时候,他快到100岁了,依然身强力壮)更是惟恐天下不乱,宣称生命只要分成两大类——即他所谓的“帝国”。迈尔在《国家科学院公报》上发表的一篇论文中说,沃斯的发现很有意思,但绝对是错误的,并指出,“沃斯没有接受过当生物学家的训练,对分类原则不大熟悉,这是很自然的”。一位杰出的科学家对别人发表这样的一番评论,差不多是在说,那个人简直不知道自己在说些什么。
迈尔的评论的具体内容技术性很强——其中包括什么减数分裂性行为呀,什么亨宁进化枝呀,什么对嗜热碱甲烷杆菌的基因组有争议的解释呀——但从根本上说,他认为沃斯的安排使生命树失去了平衡。迈尔指出,微生物界只由几千种组成,而原始细胞只有175种已经命名的样本,也许还有几千种未被发现——“但不大会多于那个数字”。而真核细胞界——即像我们这种有具核的细胞的复杂生物——已经多达几百万种。鉴于“平衡原则”,迈尔主张把简单的微生物归于一类,叫做“原核生物”,而把其余比较复杂的、“高度进化的”生物归于“真核生物”,与原核生物处于同等地位。换句话说,他主张大体上维持以前的分类法。简单细胞和复杂细胞的区别在于“生物界的重大突破”。
如果说我们从沃斯的新安排中学到了什么,那就是:生命确实是多种多样的,而大多数都是我们所不熟悉的单细胞小生物。人们自然会不由自主地想到,进化是个不断完善的漫长过程,一个朝着更大、更复杂的方向——一句话,朝着形成我们的方向——永远前进的过程。我们是在自己奉承自己。在进化过程中,实际差异在大多数情况下向来是很小的。出现我们这样的大家伙完全是一种侥幸——是一种有意思的次要部分。在23种主要生命形式中,只有3种——植物、动物和真菌——大到人的肉眼能看得见的程度。即使在它们中间,有的种类也是极小的。据沃斯说,即使你把植物的全部生物量加起来——包括植物在内的每一生物,微生物至少要占总数的80%,也许还多。世界属于很小的生物——很长时间以来一直如此。
因此,到了生命的某个时刻,你势必会问,微生物为什么那样经常地想要伤害我们?把我们弄得发烧,或发冷,或满身长疮,或最后死掉,对微生物来说到底会有什么好处?毕竟,一个死去的寄主不大能提供长期而适宜的环境。
首先,我们应当记住,大部分微生物对人体健康是无害的,甚至是有益的。地球上最具传染性的生物,一种名叫沃尔巴克体的细菌,根本不伤害人类,或者可以说根本不伤害任何别的脊椎动物——不过,要是你是个小虾、蠕虫或果蝇,你会但愿自己真没有被生出来。据《国家地理杂志》说,总的来说,大约每1000种微生物当中,只有一种是对人类致病的——虽然我们知道其中还会有一些能干坏事,情有可原地这么认为就够了。即使大多数微生物是无害的,微生物仍是西方世界的第三杀手——虽然许多不要我们的命,但也弄得我们深深地后悔来到这个世界上。
把寄主弄得很不舒服,对微生物是有某些好处的。病症往往有利于传播细菌。呕吐、打喷嚏和腹泻是细菌离开一个寄主,准备入住另一寄主的好办法。最有效的方法是找个移动的第三者帮忙。传染性微生物喜欢蚊子,因为蚊子的螫针可以把它们直接送进流动的血液,趁受害者的防御系统尚未搞清受到什么攻击之前,它们可以马上着手干活。因此,许多A级疾病——疟疾、黄热病、登革热、脑炎,以及100多种其他不大着名而往往又很严重的疾病——都是以被蚊子叮咬开始的。对我们来说,很侥幸的是,艾滋病的介体——人体免疫缺陷病毒——不在其中,至少目前还不在其中。蚊子在叮咬过程中吸入的人体免疫缺陷病毒被蚊子自身的代谢作用分解了。如果哪一天那种病毒设法战胜了这一点,我们可真的要遭殃了。
然而,要是从逻辑的角度把事情想得过于细致入微,那是错误的,因为微生物显然不是很有心计的实体。它们不在乎自己对你干了些什么,就像你不在乎你用肥皂淋个浴或擦一遍除臭剂杀掉了几百万个微生物会对它们造成了什么样的痛苦一样。对病原菌来说,在它把你彻底干掉的时候,顾及它自己的继续安康也是很重要的。要是它们在消灭你之前没能转移到另一个寄主,它们很可能自己会死掉。贾里德·戴蒙德指出,历史上有许许多多疾病,这些疾病“一度可怕地到处传播,然后又像神秘地出现那样神秘地消失了”。他举了厉害而幸亏短暂的汗热病,那种病在1485—1552年间流行于英国,致使成千上万人丧了命,然后也烧死了病菌自己。对于任何传染病菌来说,效率太高不是一件好事情。
大量的疾病不是因为微生物对你的作用而引起,却是因为你的身体想要对微生物产生作用而引起的。为了使你的身体摆脱病原菌,你的免疫系统有时候摧毁了细胞,或破坏了重要的组织。因此,当你身体不舒服的时候,你感觉到的往往不是病原菌,而是你自己的免疫系统产生的反应。生病正是对感染的一种能感觉到的反应。病人躺在病床上,因此减少了对更多人的威胁。
由于外界有许多东西可能会伤害你,因此你的身体拥有大量各种各样的白细胞——总共大约有1000万种之多,每一种的职责分别是识别和消灭某种特定的入侵者。要同时维持1000万支不同的常备军,那是不可能的,也是无效率的,因此每种白细胞只留下几名哨兵在服现役。一旦哪个传染性介体——即所谓的抗原——前来侵犯,有关的哨兵认出了入侵者,便向自己的援军发出请求。当你的身体制造那种部队的时候,你就可能会觉得很不舒服。而当那支部队终于投入战斗的时候,康复就开始了。
白细胞是毫不留情的,会追击每个被发现的病原菌,直到把它们最后消灭。为了避免覆灭的命运,进攻者已经具有两种基本的策略。它们要么快速进攻,然后转移到一个新的寄主,就像感冒这样的常见的传染病那样;要么乔装打扮,使白细胞无法识别自己,就像导致艾滋病的人体免疫缺陷病毒那样。那种病毒可以在细胞核里无害地停留几年而不被发觉,然后突然之间投入行动。
感染有许多古怪的方面。其中之一是,有些在正常情况下完全无害的微生物,有时候会进入人体本来不该它们去的部分——用新罕布什尔州莱巴嫩城达特茅斯—希契科克医疗中心的传染病专家布赖恩·马什的话来说——“有点儿发了狂”。“这种情况总是出现在发生了车祸,有人受了内伤的时候。通常情况下肠胃里面无害的微生物就会进入身体的其他部分——比如流动的血液,产生严重的破坏作用。”
眼下,最罕见的也是最无法控制的细菌引起的疾病,是一种会导致坏死病的筋膜炎。细菌吞噬内部组织,留下一种糨糊状的有毒残渣,实际上把病人从里到外吃掉。起初,病人往往只是稍有不舒服——通常是身上出疹,皮肤发热——但接着就急剧恶化。打开一看,往往发现病人正被完全吃掉。惟一的治疗办法是所谓的“彻底切除手术”——即把所有的感染部位全部切除。70%的病人死亡,许多幸存者最后严重毁形。感染原是一种名叫A群链球菌的普通细菌家族,通常不过引起链球菌咽喉炎。在极少情况下,由于不明原因,这类细菌有的会钻进咽喉壁里,进入人体本身,造成最严重的破坏作用。它们完全能抵御抗生素。这种情况美国每年发生大约1000例,谁也说不准情况是不是会变得更严重。
脑膜炎的情况完全一样。至少有10%的年轻人和也许30%的少年携带着致命的脑膜炎球菌,但脑膜炎球菌完全无害地生活在咽喉里。在非常偶然的情况下——大约10万个年轻人中间的1个——脑膜炎球菌会进入血液,害得他们生大病。在最严重的情况下,人可以在12个小时内死亡。速度是极快的。“一个人吃早饭时还是好好的,到晚上就死了。”马什说。
要是我们不是那样滥用对付细菌的最佳武器:抗生素,我们本来会取得更大的胜利。值得注意的是,据一项估计,在发达世界使用的抗生素当中,有大约70%往往经常用于饲料中,只是为了促进生长或作为对付感染的预防措施。因此,细菌就有了一切机会来产生抗药性。它们劲头十足地抓住这样的机会。
1952年,青霉素用来对付各种葡萄球菌完全有效,以致美国卫生局局长威廉·斯图尔特在20世纪60年代初敢说:“现在是该结束传染病时代的时候了。我们美国已经基本上消灭了传染病。”然而,即使在他说这番话的时候,大约有90%的这类病菌已经在对青霉素产生抗药性。过不多久,一种名叫抗甲氧苯青霉素葡萄球菌的新品种葡萄球菌开始在医院里出现。只有一种抗生素:万古霉素,用来对付它还有效果。但1997年东京有一家医院报告说,葡萄球菌出现了一个新品种,对那种药也有抗药性。不出几个月,那种葡萄球菌已经传播到6家别的日本医院。在世界各地,微生物又开始赢得了这场战争的胜利:光在美
❷ 巴里·马歇尔生平简介是怎样的
巴里·马歇尔简介:姓名:巴里·马歇尔(BarrieMarshall);
出生年代:1951年;
职称:科学家;
国家:澳大利亚;
个人情况:1968—1974,获西澳大利亚大学硕士学位。1977—1984年,成为珀斯皇家医院注册医师。1985—1986年,成为珀斯皇家医院肠胃病学研究人员。1986年起,他前往美国弗吉尼亚大学继续从事医学研究,10年后回到澳大利亚。如今马歇尔在位于澳大利亚尼德兰兹的幽门螺杆菌研究实验室工作。1996年,成为弗吉尼亚大学内科医学研究教授。1997年,回到澳大利亚,成为西澳大利亚大学临床医学教授。1999年,担任西澳大利亚大学临床微生物学教授。2003年,出任西澳大利亚大学NHMRC幽门螺杆菌实验室首席研究员。发现幽门螺杆菌及相关研究,是巴里·马歇尔与罗宾·沃伦两位科学家的主要科研工作,为他们带来了许多共同的荣誉。不仅是两位科学家的主要科研工作,1994年、1995年及1997年,他与罗宾·沃伦分享了医学领域内的一些着名奖项。分享的诺贝尔奖,为他们的共同成就锦上添花。
❸ 你知道细菌的新发现吗
有细菌也有大个子,细菌也有“骨架”,细菌也有细胞器,细菌的DNA也有被膜包裹,细菌也会吞咽等等新发现。我们看不到微生物,它们却时刻与我们“亲密接触”:一张流通的纸币上有30万~3700万个微生物,简直就像一个微生物“王国”。
(3)细菌也有细胞器。
人们常常以为,只有复杂的细胞才有线粒体、叶绿体等细胞器。但新的研究成果表明,25%的细菌体内有原始的细胞器。在那里,反应物被浓缩,反应被加速,毒副产品及时被排出。
(4)细菌的DNA也有被膜包裹。
大多数细菌是没有细胞核的,DNA在细胞内游荡。1991年澳大利亚两位生物学家意外地发现,一种叫隐球出芽菌的细菌,似乎有被膜包裹的DNA。
(5)细菌也会吞咽。
像阿米巴和白细胞这样的复杂细胞,能够吞噬大的颗粒。最初人们认为,细菌只能借助细胞膜的通道接收一些小颗粒。但是,2010年隐球出芽菌又给人们带来了新的惊喜:这种细菌也能吞咽较大的颗粒。
❹ 关于细菌的新发现有哪些
1、细菌也有大个子。即便你对细菌不甚了解,也应该知道,这类生物非常小,小到人的肉眼难以看到。比如,生活在人体肠道中的大肠杆菌只有0.002毫米长。不过,有少数细菌却与众不同。
2、细菌也有细胞器。人们常常以为,只有复杂的细胞才有线粒体、叶绿体等细胞器。但新的研究成果表明,25%的细菌体内有原始的细胞器。在那里,反应物被浓缩,反应被加速,毒副产品及时被排出。
3、细菌的DNA也有被膜包裹。大多数细菌是没有细胞核的,DNA在细胞内游荡。1991年澳大利亚两位生物学家意外地发现,一种叫隐球出芽菌的细菌,似乎有被膜包裹的DNA。
4、细菌也会吞咽。像阿米巴和白细胞这样的复杂细胞,能够吞噬大的颗粒。最初人们认为,细菌只能借助细胞膜的通道接收一些小颗粒。但是,2010年隐球出芽菌又给人们带来了新的惊喜:这种细菌也能吞咽较大的颗粒。
❺ 你知道细菌的新发现吗
今天是着名细菌学家、青霉素的发现者亚历山大·弗莱明的逝世纪念日。我们来说一点有关细菌的新发现吧。
我们看不到微生物,它们却时刻与我们“亲密接触”:一张流通的纸币上有30万~3700万个微生物,简直就像一个微生物“王国”;我们随手抓起一把泥土,里面熙熙攘攘,至少有几百种微生物……在庞大的微生物世界中,细菌是大名鼎鼎的。截至2000年,这个家族的成员约有5000种。它们个体微小,形态简单。近年来微生物学家发现,简简单单的细菌中也有一些不简单的地方。
(1)细菌也有大个子。即便你对细菌不甚了解,也应该知道,这类生物非常小,小到人的肉眼难以看到。比如,生活在人体肠道中的大肠杆菌只有0.002毫米长。不过,有少数细菌却与众不同。1985年,第一类庞然大菌——费氏刺骨鱼菌,被揭开了神秘的面纱:这是一种杆状细菌,栖息于红海的刺尾鱼的肠道里。令人惊讶的是,这类细菌竟然长达0.7毫米。2002年,又一类巨型细菌——硫细菌被发现了,它们长约0.5毫米,人眼也能看得比较清楚。
??????????????????????????????????????????????????? ?一张普通的流通中的纸币上隐藏着大量的细菌???? ? 一群费氏刺骨鱼菌聚集在大头针的针尾上
(2)细菌也有“骨架”。长期以来,人们一直认为,细菌周围包裹着一层厚实的细胞壁,无需“脚手架”之类的配件。然而,最近的研究揭示,许多细菌拥有骨架蛋白质,能帮助细菌维持一定的形状。
(3)细菌也有细胞器。人们常常以为,只有复杂的细胞才有线粒体、叶绿体等细胞器。但新的研究成果表明,25%的细菌体内有原始的细胞器。在那里,反应物被浓缩,反应被加速,毒副产品及时被排出。
(4)细菌的DNA也有被膜包裹。大多数细菌是没有细胞核的,DNA在细胞内游荡。1991年澳大利亚两位生物学家意外地发现,一种叫隐球出芽菌的细菌,似乎有被膜包裹的DNA。
(5)细菌也会吞咽。像阿米巴和白细胞这样的复杂细胞,能够吞噬大的颗粒。最初人们认为,细菌只能借助细胞膜的通道接收一些小颗粒。但是,2010年隐球出芽菌又给人们带来了新的惊喜:这种细菌也能吞咽较大的颗粒。
❻ 人类的起源神秘古生菌带来复杂生命的崛起
随着科学家对神秘古生菌了解的越来越多,他们正在寻找有关构成人类、植物等复杂生命细胞的进化线索。
2019年8月,美国威斯康辛大学进化生物学家大卫·鲍姆曾翻阅了一本预印本,能够与人类的远亲“面对面接触”,或者确切地说是“面对细胞”,这个远亲是古生菌,它是一种生活在极端环境的超微生物,通常生活在深海喷口和酸性湖泊,古生菌外形类似于细菌,在bioRxiv发布的一份预印本描述了古生菌长着像触须状的突起,从而使古生菌看上去像附了几缕意大利面的肉丸。
鲍姆曾花很多时间想象人类的远古祖先会是什么样,事实上古生菌就是人类完美的“分身”,尽管两者的外形相差悬殊。
古生菌不仅是在极端环境中茁壮成长的怪异生命形式,事实证明,它们分布非常广泛,此外,更重要的是,它们可能是理解地球上复杂生命如何进化形成的关键环节。许多科学家猜测,古生菌可能导致真核生物种群的崛起,变形虫、菌菇、植物和人类就是由真核生物演变而来的,同时,部分科学家认为,真核生物和古生菌也有可能是由一些更遥远的共同祖先物种进化产生。
真核细胞是具有复杂内部特征的宫殿结构,其内部包括容纳遗传物质的细胞核,以及产生能量和构建蛋白质的独立隔膜,一种关于它们进化演变的主流理论认为,它们起源于古生菌,在进化历程中可能与另一种微生物结合。
古生菌研究仅是被赋予生命的“宠物理论”?
目前,研究人员可能比以往任何时候更接近一个貌似有理的进化答案,由于人们对这些经常被忽视的微生物的兴趣不断增大,以及在实验室不断发明处理古生菌的方法,细胞生物学家正在比以前更详细地观察它们。澳大利亚悉尼 科技 大学分子微生物学家伊恩·达金说:“在过去十年里,关于这种神秘微生物种群的发布的研究报告几乎增长一倍,而且对古生菌的生物学初步研究成果是非常令人兴奋的。”
目前,鲍姆发布在《自然》杂志的图像提出了一个新观点,即鲍姆辛苦培育12年的古生菌,可能与真核生物的出现密切相关。来自世界各地的微生物学家都为这些图像感到兴奋,但对鲍姆而言,这仅是一个被赋予生命的“宠物理论”。
5年前,鲍姆和他的堂弟、英国剑桥医学研究委员会分子生物学实验室细胞生物学家巴斯·鲍姆发表了一项关于真核生物起源的假说理论,他们预测称,真核生物的祖先可能长有突起物,这很像古生菌的外形。他们推断这些突起物环绕在附近的细菌周围,之后它们转变成为真核细胞的一个显着特征:菱形的能量制造器,即线粒体。
当大卫·鲍姆盯着这些像意大利面条一样古生菌时,回想5年前与堂弟提出的真核生物起源假说理论,突然恍然大悟,认为之前的假说理论似乎是有道理的。
基本的奥秘
如果真核生物真的是一种增强版的古生菌,那么科学家必须了解古生菌,才能弄清楚更复杂的细胞是如何形成的。虽然研究真核生物和古生菌的科学家已花费几十年时间深入观察研究细胞分裂和生长等过程,但古生菌的内部工作原理在很大程度上仍是个未解谜团。德国弗莱堡大学分子微生物学家索尼娅·阿尔伯斯说:“古生菌的每次活动方式都不一样,例如:相关的蛋白质可能在不同的生物体中起到不同的作用,这使得古生菌变得很有意思。”
从土壤到海洋,所有存活的生物细胞都有一个共同点,那就是它们通过分裂来制造更多的自身,该现象发生在地球上所有以细胞为基础的生命共同祖先上,但随着生物适应了它们的生态龛位,这个过程开始变得有所不同。
研究人员可以通过观察这种差异来 探索 生物进化过程,所有细胞生命形式所共有的任何机制都指向最早期细胞的生物遗传性,相比之下,只有古生菌和真核生物,或者只有细菌和真核生物共有的系统,暗示着真核生物各种成分是由哪个母体提供的。例如:将真核细胞从外界环境中分离出来的柔性膜就非常类似细菌结构。
达金研究的是一种叫做富盐菌(Haloferax volcanii)的细胞分裂过程,该细菌喜欢咸水环境,例如:死海,而不是火山。事实上,富盐菌的命名是以微生物学家本杰明·埃拉扎里·波尔卡尼(Benjamin Elazari Volcani)的名字命名的。作为一种嗜极生物,富盐菌在咸水环境中很容易生长,在显微镜下很容易看到处于分裂状态的扁平细胞组织。
尽管体形较大的富盐菌与细菌、真核生物和古生菌存在着巨大差异,但它们确实有一些相同的细胞分裂系统,在细菌体中,有一种名为FtsZ的蛋白质,在未来细胞分裂部位形成一个环状结构。同样,达金和同事在富盐菌中也观察到同样的情况,因此,他们认为FtsZ蛋白质似乎处于细胞进化树底部。
目前,科学家通过研究古生菌,也揭示了其他古老蛋白质的神秘面纱,其中包括一种叫做SepF的蛋白质,德国弗莱堡大学分子微生物学家索尼娅的研究小组发现,SepF是富盐菌分裂所必需的蛋白质,巴黎巴斯德研究所的进化生物学家尼卡·彭德称,SepF和FtsZ蛋白质,可能都是细胞分裂的原始“最小系统”一部分,通过分析这两种蛋白质编码基因在多种微生物中的分布情况,可将所有活细胞追溯至最早的共同祖先。
科学家正在研究嗜酸热硫化叶菌(图左)、富盐菌(图中)、甲烷八叠球菌(图右)这样的古生菌如何生长和分裂的,从而阐明复杂细胞的进化历程。
然而,在生物进化的某个阶段,一些古生菌将细胞分裂的工作分配给一组不同的蛋白质,这就是巴斯·鲍姆最新研究的切入点。他带领研究团队一直在研究一种叫做嗜酸热硫化叶菌(Sulfolobus acidocaldarius)的古生菌,它与名字非常相符,它非常喜欢酸和热,实验室研究人员戴着园艺手套,从而保护自己免受嗜热硫化叶菌生活的酸性液体带来的伤害,实验室成员戴着园艺手套,从而保护自己免遭酸性液体的伤害,他们在实验室建造了一个特殊的隔间,便于在没有冷点或者蒸发情况下,使用显微镜下观察它的分裂过程。
鲍姆的研究小组观察到一组完全不同的蛋白质操控分裂环,他们首次在真核生物中发现这些蛋白质,它们不仅参与分裂,还有更广泛的作用,能将细胞的细胞膜分离,形成被细胞膜包裹的囊泡,以及其他较小的细胞区域。这些蛋白质被称为“核内体运输排序复体蛋白质(ESCRTs)”,研究小组在嗜酸热硫化叶菌中发现与管理分裂环的通用型钳子的相关原始蛋白质,这表明早期ESCRTs蛋白质在真核生物的古生菌祖先中完成进化。
与此同时,FtsZ蛋白质进化成了真核微管蛋白质,为我们人类细胞提供结构支持,这些发现表明,真核生物的原始祖先可能拥有一套工具来塑造和分裂细胞,然后自然选择适应更复杂的后代细胞的需要。
洞察真核生物的远古祖先
但是古生菌的祖先是什么类型的细胞呢?它是如何与它的细菌伙伴相遇并融合的?
1967年,生物学家林恩·马古利斯首次提出一个观点,即真核生物是由细胞吞噬其他细胞而产生的。大多数研究人员同意发生过细胞吞噬事件,但他们对吞噬发生的时间和真核生物内部隔间是如何形成的有不同的观点。德国海因里希·海涅大学进化细胞生物学家斯文·古尔德说:“之前几十个测试模型都已夭折,因为它们的可靠度很低。”目前,随着细菌生物学家对古生菌的理解逐渐加深,其他理论可能会兴起或者衰落。
许多模型假设在细胞最终演变成真核生物之前已经相当复杂,拥有柔性细胞膜和内部隔间,这些理论要求细胞发展出一种吞噬外部物质的方法,该过程被称为细胞吞噬作用。这样细胞就能在一次致命咬食中迅速吞噬途经的细菌,相比之下,古尔德和其他人认为线粒体是在早期获得的,它们随后帮助更大、更复杂的细胞提供燃料。
这是解释线粒体如何在没有细胞吞噬作用情况下产生的少量模型之一,1984年,大卫·鲍姆在英国牛津大学读本科时首次产生这个想法,他的研究过程从古生菌和细菌聚集在一起,共享资源开始,古生菌可能会开始伸展和膨胀其外部细胞膜,从而增加用于养分交换的表面积。随着时间不断推移,这些膨胀可能在古生菌周围扩散和生长,直到古生菌或多或少地进入古生菌体内。
同时,古生菌的原始外膜与周围延伸的较长触须相比,显得相形见绌,逐渐被弱化,当一些特别长的触须环绕在细胞产生的新外膜将逐渐形成新细胞核边界,与古生菌的祖先相比,它显着被膨胀扩大。这一过程不同于细胞吞噬作用,因为它从一个生物体群落开始,并在很长一段时间内发生,而不是“简单地咬一口”。
鲍姆的导师告诉他这个想法很有创意,但缺乏相关证据,便暂时未重视。但是鲍姆的兴趣仍未被扑灭,大卫·鲍姆随后对堂弟巴斯·鲍姆分享了他对生命科学的热爱,他回忆称,这也是我选择生物学专业的部分原因。
2003年,大卫·鲍姆决定将关于古生菌的理论记录下来,他对堂弟巴斯写了一封信,当时巴斯管理着自己的实验室,在巴斯的帮助下,大卫·鲍姆进一步发展了该理论。他们定义了生物学的几个方面来支持自己的观点,例如:发现古生菌和细菌共存并交换营养物质的事实。这对兄弟努力想要发表该研究报告,最终直到2014年才发表在《英国医学委员会生物学》杂志上。
大卫·鲍姆回忆称,该研究报告发表之后很快获得科学界的热烈响应,尤其是来自细胞生物学家的响应,到2014年,大卫·鲍姆仍然认为他们仅有50%的概率是正确的。然而5年之后,像附了几缕意大利面的肉丸的古生菌图像出现了,鲍姆兄弟感到兴奋激动。
这是首次从阿斯加德古菌(Asgard archaea)中培育出来的古生菌,2015年曾对该生物进行了描述,其基因编码的蛋白质被许多科学家认为与真核生物非常相似,研究人员很快开始怀疑真核生物的远古祖先类似于阿斯加德古菌,通过指向一个潜在的祖先物种,这项发现支持鲍姆兄弟的假设理论。
这种阿斯加德古菌还没有最终进行科学命名,目前被暂定称为“Prometheoarchaeum syntrophicum”,它是在生物反应器中生长的,放在一对微生物架上,喂食营养物质。值得注意的是,这种古生菌没有任何复杂的内部细胞膜或者发生细胞吞噬作用的迹象。它有3个关联细胞分裂的系统:相当于FtsZ蛋白质作用的蛋白质、核内体运输排序复体蛋白质(ESCRTs)和负责肌肉收缩的肌动蛋白,肌动蛋白也有助于真核生物发生分裂,研究小组成员日本东京国家先进工业科学技术研究所微生物学家Masaru Nobu称,我们还没有弄清楚这种古生菌是通过哪一种方式进行自我分裂的。
当该古生菌细胞停止分裂并长出触须时,研究人员感到非常惊讶,鲍姆兄弟认为,这可能会放大与古生菌共培养的微生物之间的营养交换,正如他们对这种祖先级细胞模型预测的那样。
依据他们的观察,Masaru Nobu和同事们设计了一个关于真核生物如何进化的理论,该理论与鲍姆兄弟的观点有很多相似之处。该理论提出一种能延伸出细丝的微生物,它最终可以吞噬自己的伙伴。Masaru Nobu说:“我非常喜欢这种假设,因为它考虑到了真核生物特有的这些复杂性——细胞核和线粒体。”
培养信心
阿斯加德古菌的图像确实帮助并支持了鲍姆兄弟的理论,进化微生物学家、阿斯加德古菌的共同发现者安雅·斯潘说:“它们能形成这些突起是非常令人兴奋的,这一切都是有密切关联的,因为如果一个祖先物种可以形成这样的突出物,它就可以使古生菌和细菌的联合体变得更加紧密。”
目前鲍姆兄弟评估他们的理论正确率达到80%,但他们并不是唯一有信心的人,英国医学研究委员会生物化学家拉马努金·赫格德从事多年研究细胞膜蛋白,他正在编写即将出版的第七版《细胞分子生物学》教材,他和同事决定将鲍姆兄弟提出的假说理论取代当前版本中基于细胞吞噬作用的理论模型,当然该理论仍没有相关证据,赫格德谨慎地使用“可能有”等不确定的术语。
事实上,包括古尔德在内的其他一些专家认为,鲍姆兄弟的理论模型并没有完全解释这些膜突是如何进化成薄膜的,在细胞周围闭合形成一个完整的外边界或者获得细胞膜的特征。为了解释这种类似细菌的细胞膜结构,古尔德和同事基于独立生存细菌和线粒体定期释放囊泡的事实,研究开发了一个模型。2016年,他们提出,原真核生物首先获得了线粒体(他们的理论并未具体说明是如何获得的),线粒体渗出囊泡进入细胞中。这些囊泡为进化中的真核生物构建其内部结构和外部边界提供了膜材料,古尔德称,这可以解释为什么真核生物的细胞膜为什么看起来像细菌。
随着研究人员继续培育和研究古生菌,这些最新提出的理论模型和其他相互竞争的模型要么获得支持,要么被彻底推翻,目前科学家在实验室成功培育几十种微生物。巴斯·鲍姆和他的合作者正在研究古生菌的共生关系,并分析微生物系谱,从而进一步验证他们的想法,Masaru Nobu和同事正在对这些触须状突起进行更详细的研究,并研究其他的阿斯加德古生菌。
也许还有更多的证据亟待发现,例如:鲍姆兄弟预测真核生物的触须膜还没有完全与外部细胞膜断开,这与他们理论中的中间体相对应。这似乎是极可能存在的,暗示着人类的生存归功于古生菌和细菌之间一段古老的“爱情故事”,巴斯·鲍姆说:“人体的一部分源自远古细菌,一部分源自古生菌,还有一部分是不断进化的结果。”(叶倾城)
❼ 六005年诺贝尔生理学或医学奖颁发给了发现幽门螺杆菌地澳大利亚科学家,而此种细菌地发现,开创了人类对
三、幽门螺杆菌的个体微小,结构简单,只有他个细胞组成,正确;
B、幽门螺杆菌的细胞有细胞质、细胞膜和细胞壁等结构,无成形的细胞核,正确;
C、幽门螺杆菌体内无叶绿素,无法进行光合作用,营养方式为异养,不能将无机物合成有机物,错误;
D、幽门螺杆菌的生殖方式为分裂生殖,而且繁殖速度非常快.正确.
故选:C.
❽ 发现乳酸菌、酵母菌的科学家是谁
发现了乳酸菌、酵母菌的伟大科学家是巴斯德,由他开创了微生物生理学,被后人誉为“微生物学之父”。