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第62章 微生物:一个显微镜下的生命世界

第二篇第二十六章微生物:一个显微镜下的生命世界

微生物,顾名思义,是很微小的生物。一般来说,人类的肉眼只能看到直径为01毫米以上

的物体,所以,我们把直径在0.1毫米以下,只有用显微镜才能观察到的生物叫做微生物。

微生物包括原核微生物、真核微生物以及没有细胞结构的病毒,我们通常说的细菌、放线菌

属于原核微生物,而酵母和霉菌则是真核微生物的家庭成员。

自有人类以来,人类就和微生物打交道。例如,细菌和病毒引起人类和牲畜的各种疾病;多

种微生物千百年来被人类用来酿酒,制酸奶和沤制有机肥料,等等。不过,人类在借助显微

镜看到微生物以前,还不知道它们的存在。从列文虎克发现微生物起至今,只不过300多年

时间,所以,今天我们知道的微生物可能还只是地球上微生物的一小部分,有人估计最多不

过10%。但是,即使是这么一小部分,我们也不能不为微生物世界的丰富多彩感到惊讶。

我们今天知道的最小微生物是病毒,最小的一类病毒叫细小病毒。它的直径只有20纳米

(1微米=1 000纳米),而最小的细菌的直径大约是1微米。为了让大家对它们的大小有个

体的印象,我们可以这样打个比喻:如果把细小病毒放大到一粒芝麻那么大,那细菌就有装

可口可乐的玻璃瓶大小。按这个比例放大,一个高17米高的人躺下来就成了一个长达250

公里的小岛了。如果把细菌放大到芝麻大小,芝麻便有大型公共汽车那么大了。更大些的就

是酵母菌,它的细胞直径大约是普通细菌的10倍。

微生物的形态千奇百怪,大家看看下图就会有个初步印象。在细菌中,有球形的,叫球

菌,有的还是两个、四个或八个叠在一起的;有杆状的,叫杆菌;还有螺旋形的,叫螺旋菌

;细长的,叫丝菌;有的细菌细胞还长着鞭毛或长长的柄,还有的细菌成多边形。至于病毒

,也有球状的和杆状的,球状的病毒常常是有规则地排列成一个多面球体。

微生物的很多特点都起源于它们的“小”。不过可千万不要因为微生物个体很小就小看

它的能力噢!

第一,与环境的接触面积大

微生物总是以群体活动的,单位体积内具有极大的表面积是微生物最重要的特性。这个特性

决定了它们在生命世界的独特地位和能力,这样的小体积、大面积的特点,使得微生物与外

界环境之间进行物质和能量交换的能力非常强。这是其他高等生物无法具备的。

第二,营养吸收快,转化能力强

与外界环境的接触面特别大的特征,非常有利于微生物通过它们

的身体表面吸收营养和排泄废物,这就使它们的“胃口”很大。例如,大

肠杆菌每小时就能消耗达自身重量2 000倍的糖,也就是说,与人体等

重的大肠杆菌在1小时内消耗的糖量要多于一个人一生消耗的粮食量;

1公斤酵母,在1天内可以将几吨糖转化为酒精。

微生物不仅胃口大,而且食谱也非常广。凡是动植物能利用的

营养,微生物都能利用,而大量的动植物不能利用的物质,甚至一些

对人畜有剧毒的物质,微生物照样可以视为“美味佳肴”。

利用微生物这个特性,只要我们充分发挥微生物这座“活的化工

厂”的作用,就能高效地使大量原料在短时间内转化为有用的化工、

医药产品或食品,使有害物质无害化,将植物不能利用的物质变为

肥料,为人类造福。

第三,生长、繁殖速度快

巨大的“胃口”也使微生物具有惊人的繁殖速度。例如,大肠杆菌

在合适的环境下,约20分钟就可分裂一次。这样,一个大肠杆菌在经

过一个昼夜72次分裂后,就可形成47×1021个后代,重量可达数千

吨。照这样的速度继续分裂一昼夜,它们的后代聚集在一起可以有地

球那么大!

当然,由于种种条件的限制,这种高分裂速度只能维持数小时。而且,局部区域内的微

生物数量也有一定的限制,当微生物数量接近这个限制量时,由于微生物相互争夺养分或氧

气等因素,使得这一数量很难再增加。

第四,容易变异,适应能力强

变异是指微生物的遗传特性,由于受自身的因素或外界的影响

而发生改变,并把这种改变的特性遗传给下一代的现象。微生物由于

繁殖快、数量多,即便是发生变异的频率不高,在繁殖时也容易出现

一些遗传特性发生变化的后代。

怎么理解这一点呢?让我们假设1亿个细菌在繁殖时只有1个

会产生变异的后代,那么,人体肠道中有大约1014个细菌,每繁殖一

次就有可能产生100万个变异的后代;如果其中有小部分的变异的

后代具有比“父辈”更快的生长、繁殖能力,那么,它们很快就会在肠

道中占到主导地位。

我们不妨假设在100万个变异的后代中,只有一个因为变异产生了对某种抗生素的抗药

性,那么我们服用抗生素后,虽然不具备抗药性的细菌很快就会被杀死,但剩下的这个细菌

马上会在几个小时里繁殖出大量的具有抗药性的细菌。正是由于这种原因,微生物有着非常

灵活的适应能力,它们能够随遇而安,生活在各种环境,甚至是一般生命无法容身的地方。

同时,人们也根据这个特性,能够按照自己的要求不断改良在生产中应用的微生物。

第五,分布广泛,种类繁多

微生物可谓是上天入地,无孔不入。它们是生物界的许多极限的创造者。从数千米的高

空到海底的万米深处,从冰雪覆盖的极地到终年炎热的赤道,在人和动植物体内外,在

土壤、空气、河流、冰川、高山、大海、沙漠、戈壁,到处都有微生物存在。可以说,只要

有生命的地方就有微生物。例如,在万米深海底部发现了耐1 000标准大气压的细菌;

在数千

米的高空仍能采集到细菌;在南极地下数百米深处的岩石中,还能找到多种细菌;而

赤道附近的热带雨林更是微生物的天堂。

通常,1克肥沃土壤含有几亿到几十亿个各种各样的微生物。当我们走在城市的街道上

,很少有人会意识到,他周围的每立方米空气中有几千个微生物;而学生宿舍的每立方米空

气中,更是常有几万个微生物。在人体的肠道中栖息着数百种微生物,它们的重量约占粪便

的三分之一。

微生物的生存环境是如此多变,而不同环境中的微生物种类也不同,我们不难想像微生

物的种类也必然非常繁多。只是由于微生物的发现比动植物要晚得多,分类和鉴定也比较复

杂,故目前已经发现确定的微生物种类仅在15万种左右,但一般估计,地球上总的微生

物种类不会少于动物和植物种类的和。

所以我们可以毫不夸张地说,微生物正是由于它们“小”的特点,

才使它们具有很多优势,可谓“小”得其所。