微生物
在大自然中, 生活著一大類人的肉眼看不見的微小生命。無論是繁華的現代城市、富饒的廣闊田野、還是人跡罕見的高山之巔、遼闊的海洋深處, 到處都有它們的蹤跡。這一大類微小的“居民” 稱為微生物, 它們和動物、植物共同組成生物大軍, 使大自然顯得生機勃勃。微生物王國是一個真正的“小人國”, 這裏的“臣民”
分屬於細菌、放線菌、真菌、病毒、類病毒、立克次氏體、衣原體、支原體等幾個代表性家族。這些家族的成員, 一個個小得驚人。就以細菌家族的“大個子” 杆菌來說, 讓3000 個杆菌頭尾相接“躺” 成一列, 也隻有一粒米那麼大; 讓70 個杆菌“肩並肩” 排成一行, 剛抵得上一根頭發絲那麼寬; 相當於全地球總人口數( 50多億) 那麼多的細菌加在一起, 才隻有一粒芝麻的重量。微生物如此之小,人們隻能用“微米” 甚至更小的單位“埃” 來衡量它。大家知道, 1 微米等於1 ‰ 毫米。細菌的大小, 一般隻有幾個微米, 有的隻有0. 1 微米, 而人的眼睛大約隻有分辨0. 06 毫米的本領, 難怪我們沒法看見它了。微生物是怎樣被人們發現的呢? 說來有趣。
300 年前, 荷蘭有個名叫列文虎克的人, 他讀書雖然不多, 但熱愛科學,富有刻苦鑽研的精神, 還有一手高明的磨製放大鏡技術。他用自己磨製的鏡片, 製作了一架能把原物放大200多倍的簡單的顯微鏡。一天, 列文虎克從一個老頭的牙縫裏取下一點殘屑來觀察, 竟然發現那裏麵有無數各種形狀的小家夥蹦來跳去。他驚奇得幾乎不相信自己的眼睛。列文虎克精心地把這些小家夥的形狀描繪下來, 他說: “這個老頭嘴裏的‘小動物’, 要比整個荷蘭王國的居民多得多. . ” 這以後, 他繼續觀察了各種容器的積水, 以及河水、井水、汙水等, 都發現有這樣一個芸芸眾生的“小動物”
世界。列文虎克第一個通過顯微鏡看到了細菌, 為人類敲開了認識微生物的大門。從此, 人們借助顯微鏡, 揭開了微生物的奧秘。
居位顯赫的細菌
自從德國鄉村醫生勞伯·柯赫第 一個獵獲病菌以後, 細菌這個名字就常常和疾病聯係在一起。因為人和動植物的許多傳染病, 都是由細菌作祟引起的, 所以人們對它總有一種厭惡和恐懼的感覺。其實, 危害人類的細菌隻是一小部分, 大多數細菌不僅能和我們和平共處, 還為人類造福。在顯微鏡下, 我們看到的細菌, 大致有三種形狀: 個兒又胖又圓的, 叫球菌;身體瘦瘦長長的, 是杆菌; 體形彎彎扭扭的, 稱螺旋菌。不論哪種形狀,它們都隻是單細胞, 內部結構和一個普通的植物細胞相似。它的外麵有一個堅韌而有彈性的“外殼”, 稱為細胞壁, 細菌就靠它來保護自己的身體。
緊貼細胞壁內部有一層柔韌的薄膜,叫細胞膜, 它是食物和廢物進出細胞的“門戶”。細胞膜裏麵充滿著粘稠的膠體溶液, 這是細胞質, 其中含有各種顆粒和貯藏物質。有的細菌有細胞核, 但比大生物的細胞核簡單得多,因此人們叫它原核細胞。多數細菌是不會運動的, 隻是由於它們體微身輕,所以能借助風力、水流或粘附在空氣中的塵埃和飛禽走獸身上, 雲遊四方,浪跡天涯。也有一些細菌身上長有鞭毛, 好像魚的尾巴, 能在水中扭來擺去, 細菌便遊動起來, 速度還挺快。
有人觀察, 霍亂弧菌憑借鞭毛的擺動,1 小時內能飛奔18 厘米, 這段距離相當於它身長的9 萬倍! 細菌中, 有的“赤身裸體”, 一絲不掛; 有的卻穿著一身特別的“衣服”, 這就是包圍在細胞壁外麵的一層鬆散的粘液性物質,稱為莢膜, 它既是細菌的養料貯存庫,又可作為“盔甲”, 起著保護層的作用。細菌家族的成員, 如果固定在一個地方生長繁殖, 就形成了用肉眼能看見的小群體, 叫菌落。菌落帶有各種絢麗的色彩, 如綠膿杆菌的菌落是綠色的, 葡萄球菌的菌落是金黃色的。
細菌菌落的形狀、大小、厚薄和顏色等特點, 是鑒別各種菌種的依據之一。
弗萊明就是通過觀察到金黃色的葡萄球菌發現“吃” 掉葡萄球菌的青黴素, 劃時代地揭開了抗生素的秘密。
戰功累累的放線菌
醫生常常使用鏈黴素、紅黴素這 一類抗生素治病, 使許多病人轉危為安。抗生素的主角就是大名鼎鼎的放線菌。放線菌的個體由一個細胞組成,這與細菌十分相似, 因此它們常被當作細菌家族中的一個獨立的大家庭。
不過, 放線菌又有許多真菌家族的特點, 例如菌體由許多無隔膜的菌絲體組成, 所以從生物進化的角度看, 它是介於細菌與真菌之間的過渡類型。
放線菌有許多交織在一起的纖細菌體,叫菌絲。這些菌絲分工不同, 有的“埋頭大吃”, 這是專管吸收營養的基質菌絲; 有的朝天猛長, 這是作為放線菌成長發育標誌的氣生菌絲。放線菌長到一定階段便開始“生兒育女”。
它們先在氣生菌絲的頂端長出孢子絲,等到成熟之後, 就分裂出成串的孢子。
孢子的外形有的像球, 有的像卵, 可以隨風飄散, 遇到適宜的環境, 就會在那裏“安家落戶”, 開始吸水, 萌生成新的放線菌。放線菌大量存在於土壤中。它們中絕大多數是腐生菌,能將動植物的屍體腐爛、“吃” 光, 然後轉化成有利於植物生長的營養物質,在自然界物質循環中立下了不朽的功勳。還有一種叫弗蘭克氏菌, 生長在許多非豆科植物的根瘤裏, 能固定大氣中的氮, 成為植物能利用的氮肥。
放線菌還有許多貢獻。目前發現的幾千種抗生素中, 有一半以上是由放線菌產生的。它的菌落顏色鮮豔, 呈放射狀, 對人體無害, 因此, 人們常用它作食品染色劑, 既美觀, 又安全。
利用放線菌還可以生產維生素B12 、蛋白酶和葡萄糖異構酶等醫藥用品。
雖然個別類的放線菌對人類有害, 例如分枝杆菌能引起肺結核和麻風病等,但這些比起放線菌的功績來, 實在是微不足道的。
家族龐大的真菌
真菌是微生物王國中最大的家族,它的成員約有25 萬多種。真菌這個名字聽起來好像比較陌生, 其實生活中你經常接觸到它。例如, 味道鮮美的蘑菇, 營養豐富的銀耳、木耳, 延年益壽的靈芝, 利水消腫、健脾安神的茯苓, 保肺益腎、止血化痰的冬蟲夏草, 諸如此類早為人們所熟悉的名菜佳肴、珍奇藥物, 都是真菌大家族的成員; 釀酒、發麵、製醬油, 都離不開酵母菌或黴菌的幫助, 而它們正是真菌大家族的傑出代表。從生物進化的過程來看, 真菌的誕生要比細菌晚10 億年左右, 所以它是微生物王國中最年輕的家族。它們和細菌、放線菌最根本的區別, 是真菌已經有了真正的細胞核。因此人們把真菌的細胞叫做真核細胞。從原核細胞發展到真核細胞, 是生物進化史上的一件大事。
真菌具有多細胞結構, 能產生孢子進行有性和無性繁殖。雖然蘑菇、猴頭這一類真菌長得又高又大, 樣子很像植物, 但它們的細胞壁裏還沒有纖維素和葉綠體, 不能像植物那樣產生葉綠素, 這是它與植物的重要區別。真菌為人類食品提供了重要來源, 它們中有許多本身就是名貴的中藥材。利用真菌還可以生產多種抗生素。真菌不僅在傳統釀造和食品工業中發揮了重要作用, 而且在現代工業中也大顯身手。人們利用各種不同的黴菌, 製取各種酶製劑以及許多重要的工業原料和試劑, 並且還可以作為高效飼料發展養殖業。但是, 真菌也會給人類帶來許多危害。梅雨季節, 家具、衣服都會長出白“毛”; 陰濕的倉庫裏,糧食、蔬菜、水果常常腐爛變質; 許多人染上了灰指甲病和各種癬病等等,都是真菌在作怪。因此, 我們對於真菌的基本態度是, 認清敵友, 揚長避短, 讓它為人類作出更大的貢獻。
罪惡昭彰的病毒
病毒比細菌小得多, 隻有用能把 物體放大到上百萬倍的電子顯微鏡才能看到它們。一般病毒, 隻有一根頭發直徑的萬分之一那麼大。病毒比細菌簡單得多, 整個身體僅由核酸和蛋白質外殼構成, 連細胞壁也沒有。蛋白質外殼決定病毒的形狀。它們中有的呈杆狀、線狀, 有的像小球、鴨蛋、炮彈, 還有的像蝌蚪。病毒不能單獨生存, 必須在活細胞中過寄生生活,因此各種生物的細胞便成為病毒的“家”。寄生在人或其他動物身上的病毒稱為動物病毒, 人類的天花、肝炎、流行性感冒、麻疹等疾病, 動物的雞瘟、豬丹毒、口蹄疫等, 都是因為病毒寄生於人體及畜禽細胞而引起的。
寄生在植物體上的叫植物病毒, 煙草花葉病、大白菜的孤丁病、馬鈴薯的退化病等等都是由植物病毒引起的。
寄生在昆蟲體上的病毒是昆蟲病毒,由於這種病毒可以有效地殺死害蟲,所以近年來被當作生物農藥廣泛使用。
還有一類病毒生活在細菌體內, 以菌為食, 因此被稱為噬菌體, 是細菌病毒。病毒所依賴的活細胞叫寄主, 一般每種病毒都有特定的寄主, 例如腦炎病毒隻能在腦神經細胞內寄生。寄主養活了病毒, 而病毒卻“恩將仇報”, 反過來危害寄主。以人體為寄主的脊髓灰質炎病毒可以導致小兒麻痹症的發生; 由流行性腮腺炎病毒引起的腮腺炎, 至今還使許多兒童深受其害。1801 年, 拿破侖派遣了2. 5 萬士兵進軍西印度洋的卡伊德島準備鎮壓當地黑人。由於軍隊染上了“黃熱病”, 結果病死2. 2 萬多人, 隻好不戰自敗。直到1902 年才查明: 引起“黃熱病” 的元凶是黃熱病毒。病毒的寄生性為消滅病毒帶來了困難, 因為消滅病毒或多或少都要傷害寄主。隻有在人們認識到動物自身具有免疫機能之後, 才逐漸掌握了對付病毒的辦法——— 人工免疫。最簡單的生命體是類病毒, 它的個體隻有病毒個體的1 \/70, 隻有核酸, 別無其他組成物質。
類病毒與病毒性質相似, 也具有寄生性, 可以引起小麥矮化病等症。
酵母菌
酵母菌在有氧氣和無氧氣的環境條件下均能生長, 而且在不同環境條件下, 它“吃糖” 之後能生成不同的產物。在無氧氣的情況下, 它將98% ～99% 的糖發酵生成乙醇和二氧化碳, 剩餘1% ～2% 的糖被自身細胞所利用。在有氧的情況下則進行有氧呼吸, 將糖徹底氧化成二氧化碳和水。
而且在此過程, 比發酵產生的能量多。
因此, 利用等量能源物質, 酵母菌在有氧環境中得到的細胞產量, 比缺氧時高得多, 也就是說, 在向發酵的酵母菌懸液通氣的情況下, 酵母繁殖迅速; 而發酵減慢, 乙醇的生產停止,這就是氧對發酵的抑製作用。這種現象首先是由巴斯德觀察到的, 所以也稱為巴斯德效應。當人們要想得到大量的酵母菌菌體, 就應當進行通氣培養, 若利用它們產生酒精、啤酒時,就要采取隔絕或排除氧氣的措施。
噬菌體
噬菌體是病毒的一種, 它個子很 小, 隻有用電子顯微鏡才能觀察到。
噬菌體有許多特性。它營寄生生活。
噬菌體寄生在細菌體內, 噬菌體對細菌的“興趣” 具有特異性。也就是說一種噬菌體隻對一種特定的細菌感“興趣”。例如大腸杆菌噬菌體, 隻寄生並“吞食” 大腸杆菌, 對別的細菌則不聞不問。那麼, 噬菌體是如何噬菌的呢? 這首先要從噬菌體的結構說起。噬菌體是由它的蛋白質外殼和被外殼包著的核酸( 遺傳物質) 組成。
它的尾部有幾根尾絲, 可以牢牢地吸附在細菌身上。當它吸附在細菌身上之後, 就會分泌出一種溶菌酶, 在細菌的細胞壁上溶解出小孔, 把自身的遺傳物質( 核酸) 注入到細菌體內,而它的蛋白質外殼卻始終留在細菌體外。噬菌體的遺傳物質( 核酸) 利用細菌的原料, 以自己為樣板, 開始了複製工作。等到複製工作完成之後,噬菌體重新給自己和同伴們穿上蛋白質外衣。這時細菌已麵貌全非, 於是噬菌體就衝破了名存實亡的細菌細胞壁, 成為一個個獨立的新生噬菌體。
噬菌體繁殖複製速度驚人, 在15 分鍾至幾小時之內就可完成, 它們也正是利用如此迅速和大量的繁殖才能夠得以生存。