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生物科普：細菌才是真正的地球“規(guī)則改變者"
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生物科普：細菌才是真正的地球“規(guī)則改變者"
細菌可能看起來很討厭，但它們在促進人類繁盛方面發(fā)揮著關鍵作用
正在呼吸并閱讀這篇文章的你，此刻正受益于細菌。
從我們吸入的氧氣，到我們的胃從食物中吸收的營養(yǎng)，這一切都要感謝在這個星球上不斷繁衍生息的細菌。在我們體內，包括細菌在內的微生物數(shù)量是人體細胞的10倍，這使得我們更像是微生物的集合。
直到最近，科學家才開始充分了解這些微生物及其對地球和人體健康的影響。歷史研究表明，我們的祖先在許多世紀前就在利用細菌來發(fā)酵食物和飲料，比如啤酒和面包。
到了17世紀，人類才開始近距離觀察細菌。充滿好奇心的安東尼·范·列文虎克在檢查自己牙齒間的牙菌斑樣本時發(fā)現(xiàn)了細菌。在作品中，他以充滿詩意的筆觸將自己潔白牙齒上的菌落描述為“一點白色物質，和‘面糊’差不多厚”。他將樣品置于復合顯微鏡下，發(fā)現(xiàn)這些微生物竟然在移動，它們是活的！
事實上，細菌是地球的“規(guī)則改變者”，它們創(chuàng)造了可供我們呼吸的空氣，在創(chuàng)造地球家園的過程中起著關鍵作用。
這些微生物盡管十分微小，但對人類歷史和環(huán)境卻有著重大影響，既有好的一面，也有壞的一面，還有一些我們尚未完全理解的方面。首先，我們將告訴你是細菌與其他類型生命的不同之處。
細菌的基本知識
細菌是原核生物，沒有人類、動物和植物細胞所擁有的細胞核
如果細菌用肉眼無法看見，那我們怎么能對它有這么多了解呢？
細菌的大小通常從1微米（1米的百萬分之一）到幾微米不等。科學家已經(jīng)開發(fā)出了強大的顯微鏡，使細菌放大，讓我們得以一窺細菌的內部運作機制，并將它們與其他生命形式（如植物、動物、病毒和真菌）進行比較。
細胞是生命的基石，而人類、動物和植物的基因信息都包含在膜狀的細胞核中。這些類型的細胞被稱為真核細胞，有專門的細胞器，每個細胞器都有一個獨特的功能來維持細胞的功能和健康。
然而，細菌沒有細胞核，它們的遺傳物質或DNA在細胞內自由漂浮。它們也沒有細胞器，擁有不同的繁殖和交換遺傳物質的方法。這樣的細胞被分類為原核細胞。
除了基本的分類，科學家們還根據(jù)以下幾點將細菌分為不同的陣營：
?。?）是否能在有（或沒有）氧氣的環(huán)境中生存和繁衍；
（2）細菌的形狀，包括桿狀（芽孢桿菌）、環(huán)狀（球菌）或螺旋狀（螺旋菌）；
?。?）革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌。這是根據(jù)染色試驗對細菌的分類，能深入了解細胞外保護膜的組成；
?。?）細菌如何在環(huán)境中移動和尋找方向（許多細菌有鞭毛，這種微小結構能推動它們在環(huán)境中移動）。
我們將對包括細菌、古生菌、真菌、病毒和原生動物在內的所有不同類型的微生物的研究稱為微生物學，這門學科不斷積累著越來越豐富的知識，可以對細菌和其他微生物進行更深入的區(qū)分。
一些類似細菌的微小生物現(xiàn)在被歸類到古菌域。過去這類微生物與細菌一同歸為原核生物，但研究人員在了解到更多關于它們的信息后，現(xiàn)在將它們列為三域系統(tǒng)中的一個域（古菌域、細菌域、真核域）。
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能量來源（和氣體副產(chǎn)物）
藍藻菌以陽光為“早餐”，制造氧氣，改變了地球大氣層的成分組成
和人類、植物和動物一樣，細菌也需要食物才能生存。
有些細菌是自養(yǎng)生物，這意味著它們利用環(huán)境中的陽光、水和化學物質等基本輸入來制造食物（以藍菌為例，它們借助陽光來制造氧氣的歷史已經(jīng)有大約250萬年了）。其他細菌被稱為異養(yǎng)生物，因為它們能以現(xiàn)有的有機物（如森林地面上的落葉）作為食物，從中獲取能量。
實際上，對細菌有吸引力的東西對我們來說可能是令人厭惡的，從泄漏的石油到核反應的副產(chǎn)物，從人類制造的垃圾到自然腐爛的生物體，細菌在各種各樣的基質中茁壯成長。
另一方面，細菌對特定食物源的偏好也可以造福人類。例如，意大利的藝術家們用細菌來消化過多的鹽和膠水層，從而延長那些無價藝術品的壽命。細菌回收有機物的本領也有廣泛的應用，尤其是考慮到它們本身就在地球表面——包括土壤和水體——扮演著回收者的重要角色。
在日常生活中，你可能十分熟悉細菌在攝取能量時產(chǎn)生的氣味。它們在分解我們的剩飯剩菜，吸收營養(yǎng)物質，并釋放出氣體副產(chǎn)物。此時，你的垃圾桶里就會散發(fā)出惡臭。然而，這一過程不止于此。你的腸道細菌在消化過程中也會釋放出惡臭的氣體（主要為甲烷），沒錯，細菌也要為你的一些尷尬時刻負責。
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一個大家庭
這種粘稠的生物膜含有嗜肺軍團菌和哈曼屬原蟲
只要有機會，細菌就會生長并形成菌落。如果食物和環(huán)境條件適宜，它們會繁殖并形成名為生物膜（又稱菌膜）的粘性聚合體，存在于各種表面上，從溪流中的巖石到你口中的臼齒。
這種生物膜既有好處也有問題。一方面，它們使細菌在自然界中形成互惠的群落；另一方面，它們也可能成為嚴重的威脅。例如，使用醫(yī)療植入物和設備治療病人的醫(yī)生會特別關注生物膜，因為這些表面是十分有利于細菌生長的場所。生物膜一旦形成，就會產(chǎn)生對人體有毒甚至致命的副產(chǎn)物。
和城市里的人一樣，生物膜中的細胞通過發(fā)送信息來相互交流，分享關于食物可得性和潛在危險的信息。只不過細菌不會打電話給它們的鄰居，而是通過化學物質將信息傳遞給附近的朋友。
當然，細菌也不怕獨自生存。事實上，一些物種已經(jīng)發(fā)展出了在惡劣環(huán)境中生存的方法。當食物所剩無多，或環(huán)境條件變得更差時，這些細菌通過創(chuàng)造一種稱為內生孢子（又稱芽孢、內孢子）的堅硬外殼來保護自己，使細胞處于休眠狀態(tài)，以保存細菌的遺傳物質。
有科學家甚至在一個100年前放置的時間膠囊中發(fā)現(xiàn)了細菌，還有科學家發(fā)現(xiàn)了可以追溯到2.5億年前的細菌。這一切都表明，細菌可以自我保存很長時間。
現(xiàn)在我們知道，細菌只要有機會就會成為“殖民者”，那么，它們是如何通過分裂和繁殖實現(xiàn)“殖民”的呢？
細菌的繁殖
處于二分裂早期階段的大腸桿菌，它將分裂成兩個相同的細胞
細菌是如何產(chǎn)生菌落的？和地球上的其他生命形式一樣，細菌也需要復制自己才能延續(xù)。雖然人類和其他生物是通過有性繁殖來完成這一過程的，但在細菌的情況卻有所不同。
首先，讓我們來討論一下為什么多樣性是一件好事。
生命會經(jīng)歷自然選擇，或者說特定環(huán)境中的某些選擇力量，會使某種生命類型茁壯成長并繁衍更多?；蚴侵笇Ъ毎鍪裁吹幕締挝弧屇愕念^發(fā)變成棕色還是黑色，或者讓你的眼睛變成褐色還是藍色。你從父母那里得到的基因會形成良好的組合。此外，有性繁殖還會導致DNA突變或隨機變化，從而產(chǎn)生多樣性。遺傳多樣性越多，生物體越有可能適應環(huán)境的限制。
對于細菌來說，繁殖并不是遇到合適的同類并定居下來的問題；它只是復制自己的DNA并分裂成兩個相同的細胞。這個過程被稱為二分裂，即一個細菌復制了自己的DNA，并將遺傳物質轉移到細胞兩端后，分裂成為兩個細胞。
由于這種繁殖方式產(chǎn)生的細胞在基因上與原來的細胞完全相同，因此并不是一個創(chuàng)建多樣化基因庫的最佳方式。
那么，細菌是如何獲得新基因的呢？
黃石國家公園的乳白池，其奇異的顏色來自嗜熱細菌。
事實上，細菌會利用一些巧妙的方法來做到這點，最終實現(xiàn)基因水平轉移，即在不繁殖的情況下與其他生物體交換遺傳物質。細菌有好幾種進行基因水平轉移的方法，一種是依賴其他微生物和細菌，從細胞外的環(huán)境中獲取遺傳物質（通過質粒）；另一種方法則是通過以細菌為宿主的病毒。一旦感染了新的細菌，病毒就會在新的細菌中留下之前細菌的遺傳物質。
交換遺傳物質賦予了細菌靈活的適應性，有些細菌在感受到環(huán)境中的壓力變化，如食物短缺或化學變化的時候，會具有更強的適應能力。更好地理解細菌如何適應環(huán)境，對于理解和抗擊細菌對抗生素的耐藥性有著非常重要的意義。細菌之間交換遺傳物質的頻率如此之高，以至于之前有效的治療方法下次可能就不起作用了。
無處不在的細菌
耐甲氧西林金黃色葡萄球菌可導致脆弱人群的傷口感染、肺炎和血液中毒
在更大的尺度上了解細菌，我們的問題不是“細菌在哪里”，而是“細菌不在哪里”。它們在地球上幾乎無處不在。我們不可能一次完全掌握地球上微生物（包括細菌和古菌）的數(shù)量，但有人估計，這個數(shù)字大約為5×10^28！
要確定細菌有多少種類，或者有多少可分類的類型，仍然困難重重。據(jù)估計，目前約有3萬個正式確定的細菌物種，但科學家仍在不斷地學習，以增加他們的知識基礎。研究者認為，我們還沒有觸及真實細菌種類數(shù)量的皮毛。
事實上，細菌已經(jīng)存在很長時間，它們形成了一些已知的最早化石，可以追溯到35億年前。科學證據(jù)表明，25億至23億年前，藍菌開始在世界海洋中產(chǎn)生氧氣，從而形成了地球的大氣層，為眾多生命提供了充足的氧氣。
細菌可以在空氣、水體、土壤、冰和極熱環(huán)境中存活；它們可以生活在植物中，甚至在我們的腸道里，在我們的皮膚上，以及其他動物的皮膚上。
有些細菌是嗜極微生物，這意味著它們可以承受極端的環(huán)境，要么非常熱，要么非常冷，或者缺乏通常意義上與生命有關的營養(yǎng)和化學物質。研究人員在馬里亞納海溝發(fā)現(xiàn)了細菌，這是地球海洋中最深的地方；在水下熱液口和冰川中也發(fā)現(xiàn)了細菌。
不過，發(fā)現(xiàn)嗜極細菌的樂趣不僅僅屬于該領域的研究人員。在美國黃石國家公園的乳白池等地，游客們也能觀賞到這些細菌造就的美麗景觀。
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太空中的細菌
有些通常不會對人類健康產(chǎn)生負面影響的細菌，其感染宇航員的幾率可能更大。為了更好地研究太空飛行對細菌的影響，美國國家航空航天局在2010年和2011年發(fā)射了亞特蘭蒂斯號航天飛機，將通常會在地球上引起可治療感染的微生物送入太空。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些細菌能夠以地球上沒有的方式形成群落。這一結果讓研究人員對于改善宇航員（以及地球上的人）的健康狀況有了更深的了解。
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壞的細菌（對人類而言）
細菌學家亞歷山大·弗萊明爵士在1928年偶然發(fā)現(xiàn)了青霉素
雖然細菌對于人類和地球的健康有著重要貢獻，但它們也有黑暗的一面。某些細菌具有致病性，能引發(fā)嚴重的疾病。
縱觀人類歷史，有一些細菌臭名昭著，能引起公眾的眼中焦慮。以鼠疫為例。導致鼠疫的細菌是耶爾森氏鼠疫桿菌，歷史學家認為，這種細菌不僅殺死了超過1億人，而且還塑造了歷史，甚至導致了羅馬帝國的崩潰。在抗生素或其他能夠治療感染的藥物出現(xiàn)之前，人類一直很難阻止細菌的肆虐。
即使在今天，這些致病菌仍然沉重地壓在我們的心頭。由于抗生素耐藥性，現(xiàn)有的治療手段可能會對一系列導致疾病——從炭疽熱、肺炎、腦膜炎、霍亂、沙門氏菌和鏈球菌性喉炎到大腸桿菌和葡萄球菌感染——的細菌失效。
金黃色葡萄球菌的例子尤其明顯。這種細菌是葡萄球菌感染的罪魁禍首。耐藥性金黃色葡萄球菌被稱為“超級細菌”，給醫(yī)院和醫(yī)療機構帶來了嚴重的問題，病人在植入醫(yī)療設備和插入導尿管時更容易接觸到它們。
前面我們討論了自然選擇，以及一些細菌如何擁有更多樣化的基因，以幫助它們應對環(huán)境的變化。如果你感染了某種病菌，并且這些病菌中有少數(shù)與眾不同，那抗生素可能會殺死病菌種群的大部分，但也為不受抗生素影響的少數(shù)個體提供了繁殖和扎根的空間。這就是醫(yī)生為什么建議遠離抗生素的原因，除非你真的很需要它們。
生物武器是關于“壞細菌”的討論中另一個令人恐懼的問題。在某些情況下，細菌可被用作武器，包括用于制造炭疽恐慌，或者將病菌加入氣溶膠噴霧中。
不僅僅是人類會受到細菌的攻擊。實際上，細菌甚至對沉沒的泰坦尼克號也有胃口。一種名為泰坦尼克鹽單胞菌的細菌會腐蝕泰坦尼克號的金屬。
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細菌與牙齒健康
在我們的牙齒上有一些黏糊糊的東西，叫做牙菌斑，這其實是細菌形成的生物膜。如果放任不管，這些細菌會侵蝕牙齒的琺瑯質，最終導致蛀牙。考古學家不僅研究人類的頭骨，也會研究牙齒，以了解人類在不同歷史時期的飲食習慣，以及對疾病的易感性。
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細菌英雄
讓我們花點時間來了解一下細菌的益處。畢竟，這些微生物給我們帶來了美味的食物，如奶酪、啤酒、酸面包和其他發(fā)酵食品。它們也是醫(yī)學背后的無名英雄，促進了人類健康水平的提高。
我們也要感謝塑造人類演化進程的細菌?？茖W家正在從我們體內的微生物群中收集更多的信息，尤其是消化系統(tǒng)（主要是腸道內）的微生物。研究表明，細菌及其帶給人體的多樣性和新的遺傳物質，使人類能夠適應并利用以前不能利用的新食物來源。
我們可以這樣來看：在你的胃和腸道表面，細菌正在為你“工作”；當你進食時，細菌和其他微生物會幫助你分解食物，并從食物中吸收營養(yǎng)，尤其是碳水化合物，如玉米、土豆、面包和大米。我們攝入的細菌種類越多，體內微生物群的多樣性就越高。
雖然科學家對人體微生物群的了解充其量只是剛剛起步，但有證據(jù)表明，體內某些微生物和細菌的缺乏可能與一個人的健康、新陳代謝以及對過敏原和疾病的易感性有關。對小鼠的初步研究表明，諸如肥胖等代謝疾病與微生物群的多樣性和健康程度有關，而不同于傳統(tǒng)的“卡路里攝入與消耗”觀點。
糞便移植的研究同樣處于早期階段，但在治療某些胃腸疾病上看起來很有希望。益生菌是一類被認為對健康有益的微生物，目前正在進行相關研究，但截至目前，還沒有對益生菌的一般使用建議。
此外，在科學思維和人類醫(yī)學的發(fā)展中，細菌也已經(jīng)改變了游戲規(guī)則。1884年建立的柯霍氏法則是一套確定疾病和微生物之間因果關系的研究思維，研究者以此為基礎建立了炭疽和結核的病原學。
除了在疾病理論中扮演重要角色，細菌還做出了其他貢獻。比如，研究細菌的科學家偶然發(fā)現(xiàn)了青霉素（盤尼西林）——一種拯救了無數(shù)生命的抗生素。
最近，科學家又利用細菌發(fā)現(xiàn)了一種更簡單的編輯生物體基因組的方法，這可能會給醫(yī)學帶來一場革命。研究人員已經(jīng)對一些細菌進行了改造，使其在許多方面有益于人類健康，包括生產(chǎn)用于治療糖尿病的胰島素。
對于細菌的了解和利用，人類其實才剛剛開始......
細菌可能看起來很討厭，但它們在促進人類繁盛方面發(fā)揮著關鍵作用正在呼吸并閱讀這篇文章的你，此刻正受益于細菌。
從我們吸入的氧氣，到我們的胃從食物中吸收的營養(yǎng)，這一切都要感謝在這個星球上不斷繁衍生息的細菌。在我們體內，包括細菌在內的微生物數(shù)量是人體細胞的10倍，這使得我們更像是微生物的集合。
直到最近，科學家才開始充分了解這些微生物及其對地球和人體健康的影響。歷史研究表明，我們的祖先在許多世紀前就在利用細菌來發(fā)酵食物和飲料，比如啤酒和面包。
到了17世紀，人類才開始近距離觀察細菌。充滿好奇心的安東尼·范·列文虎克在檢查自己牙齒間的牙菌斑樣本時發(fā)現(xiàn)了細菌。在作品中，他以充滿詩意的筆觸將自己潔白牙齒上的菌落描述為“一點白色物質，和‘面糊’差不多厚”。他將樣品置于復合顯微鏡下，發(fā)現(xiàn)這些微生物竟然在移動，它們是活的！
事實上，細菌是地球的“規(guī)則改變者”，它們創(chuàng)造了可供我們呼吸的空氣，在創(chuàng)造地球家園的過程中起著關鍵作用。
這些微生物盡管十分微小，但對人類歷史和環(huán)境卻有著重大影響，既有好的一面，也有壞的一面，還有一些我們尚未完全理解的方面。首先，我們將告訴你是細菌與其他類型生命的不同之處。
細菌是原核生物，沒有人類、動物和植物細胞所擁有的細胞核如果細菌用肉眼無法看見，那我們怎么能對它有這么多了解呢？
細菌的大小通常從1微米（1米的百萬分之一）到幾微米不等。科學家已經(jīng)開發(fā)出了強大的顯微鏡，使細菌放大，讓我們得以一窺細菌的內部運作機制，并將它們與其他生命形式（如植物、動物、病毒和真菌）進行比較。
細胞是生命的基石，而人類、動物和植物的基因信息都包含在膜狀的細胞核中。這些類型的細胞被稱為真核細胞，有專門的細胞器，每個細胞器都有一個獨特的功能來維持細胞的功能和健康。
然而，細菌沒有細胞核，它們的遺傳物質或DNA在細胞內自由漂浮。它們也沒有細胞器，擁有不同的繁殖和交換遺傳物質的方法。這樣的細胞被分類為原核細胞。
除了基本的分類，科學家們還根據(jù)以下幾點將細菌分為不同的陣營：
?。?）是否能在有（或沒有）氧氣的環(huán)境中生存和繁衍；
（2）細菌的形狀，包括桿狀（芽孢桿菌）、環(huán)狀（球菌）或螺旋狀（螺旋菌）；
?。?）革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌。這是根據(jù)染色試驗對細菌的分類，能深入了解細胞外保護膜的組成；
?。?）細菌如何在環(huán)境中移動和尋找方向（許多細菌有鞭毛，這種微小結構能推動它們在環(huán)境中移動）。
我們將對包括細菌、古生菌、真菌、病毒和原生動物在內的所有不同類型的微生物的研究稱為微生物學，這門學科不斷積累著越來越豐富的知識，可以對細菌和其他微生物進行更深入的區(qū)分。
一些類似細菌的微小生物現(xiàn)在被歸類到古菌域。過去這類微生物與細菌一同歸為原核生物，但研究人員在了解到更多關于它們的信息后，現(xiàn)在將它們列為三域系統(tǒng)中的一個域（古菌域、細菌域、真核域）。
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藍藻菌以陽光為“早餐”，制造氧氣，改變了地球大氣層的成分組成和人類、植物和動物一樣，細菌也需要食物才能生存。
有些細菌是自養(yǎng)生物，這意味著它們利用環(huán)境中的陽光、水和化學物質等基本輸入來制造食物（以藍菌為例，它們借助陽光來制造氧氣的歷史已經(jīng)有大約250萬年了）。其他細菌被稱為異養(yǎng)生物，因為它們能以現(xiàn)有的有機物（如森林地面上的落葉）作為食物，從中獲取能量。
實際上，對細菌有吸引力的東西對我們來說可能是令人厭惡的，從泄漏的石油到核反應的副產(chǎn)物，從人類制造的垃圾到自然腐爛的生物體，細菌在各種各樣的基質中茁壯成長。
另一方面，細菌對特定食物源的偏好也可以造福人類。例如，意大利的藝術家們用細菌來消化過多的鹽和膠水層，從而延長那些無價藝術品的壽命。細菌回收有機物的本領也有廣泛的應用，尤其是考慮到它們本身就在地球表面——包括土壤和水體——扮演著回收者的重要角色。
在日常生活中，你可能十分熟悉細菌在攝取能量時產(chǎn)生的氣味。它們在分解我們的剩飯剩菜，吸收營養(yǎng)物質，并釋放出氣體副產(chǎn)物。此時，你的垃圾桶里就會散發(fā)出惡臭。然而，這一過程不止于此。你的腸道細菌在消化過程中也會釋放出惡臭的氣體（主要為甲烷），沒錯，細菌也要為你的一些尷尬時刻負責。
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這種粘稠的生物膜含有嗜肺軍團菌和哈曼屬原蟲只要有機會，細菌就會生長并形成菌落。如果食物和環(huán)境條件適宜，它們會繁殖并形成名為生物膜（又稱菌膜）的粘性聚合體，存在于各種表面上，從溪流中的巖石到你口中的臼齒。
這種生物膜既有好處也有問題。一方面，它們使細菌在自然界中形成互惠的群落；另一方面，它們也可能成為嚴重的威脅。例如，使用醫(yī)療植入物和設備治療病人的醫(yī)生會特別關注生物膜，因為這些表面是十分有利于細菌生長的場所。生物膜一旦形成，就會產(chǎn)生對人體有毒甚至致命的副產(chǎn)物。
和城市里的人一樣，生物膜中的細胞通過發(fā)送信息來相互交流，分享關于食物可得性和潛在危險的信息。只不過細菌不會打電話給它們的鄰居，而是通過化學物質將信息傳遞給附近的朋友。
當然，細菌也不怕獨自生存。事實上，一些物種已經(jīng)發(fā)展出了在惡劣環(huán)境中生存的方法。當食物所剩無多，或環(huán)境條件變得更差時，這些細菌通過創(chuàng)造一種稱為內生孢子（又稱芽孢、內孢子）的堅硬外殼來保護自己，使細胞處于休眠狀態(tài)，以保存細菌的遺傳物質。
有科學家甚至在一個100年前放置的時間膠囊中發(fā)現(xiàn)了細菌，還有科學家發(fā)現(xiàn)了可以追溯到2.5億年前的細菌。這一切都表明，細菌可以自我保存很長時間。
現(xiàn)在我們知道，細菌只要有機會就會成為“殖民者”，那么，它們是如何通過分裂和繁殖實現(xiàn)“殖民”的呢？
處于二分裂早期階段的大腸桿菌，它將分裂成兩個相同的細胞細菌是如何產(chǎn)生菌落的？和地球上的其他生命形式一樣，細菌也需要復制自己才能延續(xù)。雖然人類和其他生物是通過有性繁殖來完成這一過程的，但在細菌的情況卻有所不同。
首先，讓我們來討論一下為什么多樣性是一件好事。
生命會經(jīng)歷自然選擇，或者說特定環(huán)境中的某些選擇力量，會使某種生命類型茁壯成長并繁衍更多?；蚴侵笇Ъ毎鍪裁吹幕締挝弧屇愕念^發(fā)變成棕色還是黑色，或者讓你的眼睛變成褐色還是藍色。你從父母那里得到的基因會形成良好的組合。此外，有性繁殖還會導致DNA突變或隨機變化，從而產(chǎn)生多樣性。遺傳多樣性越多，生物體越有可能適應環(huán)境的限制。
對于細菌來說，繁殖并不是遇到合適的同類并定居下來的問題；它只是復制自己的DNA并分裂成兩個相同的細胞。這個過程被稱為二分裂，即一個細菌復制了自己的DNA，并將遺傳物質轉移到細胞兩端后，分裂成為兩個細胞。
由于這種繁殖方式產(chǎn)生的細胞在基因上與原來的細胞完全相同，因此并不是一個創(chuàng)建多樣化基因庫的最佳方式。
那么，細菌是如何獲得新基因的呢？
黃石國家公園的乳白池，其奇異的顏色來自嗜熱細菌。事實上，細菌會利用一些巧妙的方法來做到這點，最終實現(xiàn)基因水平轉移，即在不繁殖的情況下與其他生物體交換遺傳物質。細菌有好幾種進行基因水平轉移的方法，一種是依賴其他微生物和細菌，從細胞外的環(huán)境中獲取遺傳物質（通過質粒）；另一種方法則是通過以細菌為宿主的病毒。一旦感染了新的細菌，病毒就會在新的細菌中留下之前細菌的遺傳物質。
交換遺傳物質賦予了細菌靈活的適應性，有些細菌在感受到環(huán)境中的壓力變化，如食物短缺或化學變化的時候，會具有更強的適應能力。更好地理解細菌如何適應環(huán)境，對于理解和抗擊細菌對抗生素的耐藥性有著非常重要的意義。細菌之間交換遺傳物質的頻率如此之高，以至于之前有效的治療方法下次可能就不起作用了。
耐甲氧西林金黃色葡萄球菌可導致脆弱人群的傷口感染、肺炎和血液中毒在更大的尺度上了解細菌，我們的問題不是“細菌在哪里”，而是“細菌不在哪里”。它們在地球上幾乎無處不在。我們不可能一次完全掌握地球上微生物（包括細菌和古菌）的數(shù)量，但有人估計，這個數(shù)字大約為5×10^28！
要確定細菌有多少種類，或者有多少可分類的類型，仍然困難重重。據(jù)估計，目前約有3萬個正式確定的細菌物種，但科學家仍在不斷地學習，以增加他們的知識基礎。研究者認為，我們還沒有觸及真實細菌種類數(shù)量的皮毛。
事實上，細菌已經(jīng)存在很長時間，它們形成了一些已知的最早化石，可以追溯到35億年前。科學證據(jù)表明，25億至23億年前，藍菌開始在世界海洋中產(chǎn)生氧氣，從而形成了地球的大氣層，為眾多生命提供了充足的氧氣。
細菌可以在空氣、水體、土壤、冰和極熱環(huán)境中存活；它們可以生活在植物中，甚至在我們的腸道里，在我們的皮膚上，以及其他動物的皮膚上。
有些細菌是嗜極微生物，這意味著它們可以承受極端的環(huán)境，要么非常熱，要么非常冷，或者缺乏通常意義上與生命有關的營養(yǎng)和化學物質。研究人員在馬里亞納海溝發(fā)現(xiàn)了細菌，這是地球海洋中最深的地方；在水下熱液口和冰川中也發(fā)現(xiàn)了細菌。
不過，發(fā)現(xiàn)嗜極細菌的樂趣不僅僅屬于該領域的研究人員。在美國黃石國家公園的乳白池等地，游客們也能觀賞到這些細菌造就的美麗景觀。
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有些通常不會對人類健康產(chǎn)生負面影響的細菌，其感染宇航員的幾率可能更大。為了更好地研究太空飛行對細菌的影響，美國國家航空航天局在2010年和2011年發(fā)射了亞特蘭蒂斯號航天飛機，將通常會在地球上引起可治療感染的微生物送入太空。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些細菌能夠以地球上沒有的方式形成群落。這一結果讓研究人員對于改善宇航員（以及地球上的人）的健康狀況有了更深的了解。
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細菌學家亞歷山大·弗萊明爵士在1928年偶然發(fā)現(xiàn)了青霉素雖然細菌對于人類和地球的健康有著重要貢獻，但它們也有黑暗的一面。某些細菌具有致病性，能引發(fā)嚴重的疾病。
縱觀人類歷史，有一些細菌臭名昭著，能引起公眾的眼中焦慮。以鼠疫為例。導致鼠疫的細菌是耶爾森氏鼠疫桿菌，歷史學家認為，這種細菌不僅殺死了超過1億人，而且還塑造了歷史，甚至導致了羅馬帝國的崩潰。在抗生素或其他能夠治療感染的藥物出現(xiàn)之前，人類一直很難阻止細菌的肆虐。
即使在今天，這些致病菌仍然沉重地壓在我們的心頭。由于抗生素耐藥性，現(xiàn)有的治療手段可能會對一系列導致疾病——從炭疽熱、肺炎、腦膜炎、霍亂、沙門氏菌和鏈球菌性喉炎到大腸桿菌和葡萄球菌感染——的細菌失效。
金黃色葡萄球菌的例子尤其明顯。這種細菌是葡萄球菌感染的罪魁禍首。耐藥性金黃色葡萄球菌被稱為“超級細菌”，給醫(yī)院和醫(yī)療機構帶來了嚴重的問題，病人在植入醫(yī)療設備和插入導尿管時更容易接觸到它們。
前面我們討論了自然選擇，以及一些細菌如何擁有更多樣化的基因，以幫助它們應對環(huán)境的變化。如果你感染了某種病菌，并且這些病菌中有少數(shù)與眾不同，那抗生素可能會殺死病菌種群的大部分，但也為不受抗生素影響的少數(shù)個體提供了繁殖和扎根的空間。這就是醫(yī)生為什么建議遠離抗生素的原因，除非你真的很需要它們。
生物武器是關于“壞細菌”的討論中另一個令人恐懼的問題。在某些情況下，細菌可被用作武器，包括用于制造炭疽恐慌，或者將病菌加入氣溶膠噴霧中。
不僅僅是人類會受到細菌的攻擊。實際上，細菌甚至對沉沒的泰坦尼克號也有胃口。一種名為泰坦尼克鹽單胞菌的細菌會腐蝕泰坦尼克號的金屬。
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在我們的牙齒上有一些黏糊糊的東西，叫做牙菌斑，這其實是細菌形成的生物膜。如果放任不管，這些細菌會侵蝕牙齒的琺瑯質，最終導致蛀牙。考古學家不僅研究人類的頭骨，也會研究牙齒，以了解人類在不同歷史時期的飲食習慣，以及對疾病的易感性。
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讓我們花點時間來了解一下細菌的益處。畢竟，這些微生物給我們帶來了美味的食物，如奶酪、啤酒、酸面包和其他發(fā)酵食品。它們也是醫(yī)學背后的無名英雄，促進了人類健康水平的提高。
我們也要感謝塑造人類演化進程的細菌?？茖W家正在從我們體內的微生物群中收集更多的信息，尤其是消化系統(tǒng)（主要是腸道內）的微生物。研究表明，細菌及其帶給人體的多樣性和新的遺傳物質，使人類能夠適應并利用以前不能利用的新食物來源。
我們可以這樣來看：在你的胃和腸道表面，細菌正在為你“工作”；當你進食時，細菌和其他微生物會幫助你分解食物，并從食物中吸收營養(yǎng)，尤其是碳水化合物，如玉米、土豆、面包和大米。我們攝入的細菌種類越多，體內微生物群的多樣性就越高。
雖然科學家對人體微生物群的了解充其量只是剛剛起步，但有證據(jù)表明，體內某些微生物和細菌的缺乏可能與一個人的健康、新陳代謝以及對過敏原和疾病的易感性有關。對小鼠的初步研究表明，諸如肥胖等代謝疾病與微生物群的多樣性和健康程度有關，而不同于傳統(tǒng)的“卡路里攝入與消耗”觀點。
糞便移植的研究同樣處于早期階段，但在治療某些胃腸疾病上看起來很有希望。益生菌是一類被認為對健康有益的微生物，目前正在進行相關研究，但截至目前，還沒有對益生菌的一般使用建議。
此外，在科學思維和人類醫(yī)學的發(fā)展中，細菌也已經(jīng)改變了游戲規(guī)則。1884年建立的柯霍氏法則是一套確定疾病和微生物之間因果關系的研究思維，研究者以此為基礎建立了炭疽和結核的病原學。
除了在疾病理論中扮演重要角色，細菌還做出了其他貢獻。比如，研究細菌的科學家偶然發(fā)現(xiàn)了青霉素（盤尼西林）——一種拯救了無數(shù)生命的抗生素。
最近，科學家又利用細菌發(fā)現(xiàn)了一種更簡單的編輯生物體基因組的方法，這可能會給醫(yī)學帶來一場革命。研究人員已經(jīng)對一些細菌進行了改造，使其在許多方面有益于人類健康，包括生產(chǎn)用于治療糖尿病的胰島素。
對于細菌的了解和利用，人類其實才剛剛開始......
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聽說，打賞我的人最后都找到了真愛。
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