孝和塾《万物简史》20 小生物的世界.docx

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孝和塾《万物简史》20小生物的世界

【孝和塾】《万物简史》20　小生物的世界

第二十章　小生物的世界

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100万闪，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。

它们会浸蚀木头、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，南极洲麦克默多干谷隐蔽的冰水池里，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架大型喷气式客机底下。

有的细菌似乎真的是杀不死的。

据美国《经济学家》杂志主，嗜放射球菌“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，娄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，那么就可把把这颗行星埋在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天时间就能守成？

”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著地位。

变形虫和类似的单细胞生物被看做是原始动物，海藻被看做是原始动物。

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，他把它称之炎“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，因为它们是几丁质构建自己的细胞的。

那种材料使用其质地与众不同。

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上顶上，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生物，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池放单只袜子的抽屉，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