微生物与人类健康：细菌与古细菌的重大影响

2023-11-16 理论教育版权反馈

【摘要】：原核生物中还有另一类生物称作古细菌，是科学家依据演化关系而另辟的类别。细菌的形状相当多样，主要有球状、杆状，以及螺旋状。细菌对人类活动有很大的影响。总的来说，这世界上约有5×1030个细菌，其生物量远大于世界上所有动植物体内细胞数量的总和。在此后的30亿年间，细菌和古细菌都是主要的生物。之后，细菌又发生了第二次的剧烈演化，有一部分的古细菌与其他细菌内共生，成为了现今真核生物的祖先。

细菌（Bacteria）是生物的主要类群之一，属于真细菌域原核生物界，是所有生物中数量最多的一类，据估计，其总数约有5×1030个。细菌是非常古老的生物，大约出现于37亿年前。真核生物细胞中的两种细胞器：线粒体和叶绿体，通常被认为是来源于内共生细菌。微生物无处不在，只要是有生命的地方，都会有微生物的存在。它们存在于人类呼吸的空气中、喝的水中、吃的食物中，细菌可以被气流从一个地方带到另一个地方。人体是大量细菌的栖息地，可以在皮肤表面、肠道、口腔、鼻子和其他身体部位找到细菌。

细菌的个体非常小，目前已知最小的细菌只有0.2μm长，因此大多只能在显微镜下看到它们；世界上最大的细菌可以用肉眼直接看见，有0.2～0.6 mm大，是一种叫纳米比亚嗜硫珠菌的细菌。细菌一般是单细胞，细胞结构简单，缺乏细胞核以及膜状细胞器，例如线粒体和叶绿体。基于这些特征，细菌属于原核生物。原核生物中还有另一类生物称作古细菌，是科学家依据演化关系而另辟的类别。为了区别，本类生物也被称做真细菌（Eubacteria）。古细菌与真细菌在生活环境、营养方式以及遗传上有所不同。细菌的形状相当多样，主要有球状、杆状，以及螺旋状。

细菌广泛分布于土壤和水中，或者与其他生物共生。此外，也有部分种类分布在极端的环境中，例如温泉，甚至是放射性废弃物中。它们被归类为嗜极生物，其中最著名的种类之一是海栖热袍菌，科学家是在意大利的一座海底火山中发现这种细菌的。然而，细菌种类是如此多，科学家研究过并命名的种类只占其中的小部分。细菌域下所有门中，只有约一半是能在实验室培养的种类。

细菌的营养方式有自养及异养，其中异养的腐生细菌是生态系统中重要的分解者，使碳循环能顺利进行。部分细菌会进行固氮作用，使氮元素得以转换为生物能利用的形式。细菌对人类活动有很大的影响。一方面，细菌是许多疾病的病原体，包括肺结核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、沙眼等疾病都是由细菌所引发。然而，人类也时常利用细菌，例如乳酪及酸奶和酒酿的制作、部分抗生素的制造、废水的处理等，都与细菌有关。在生物科技领域中，细菌也有着广泛的运用。(www.chuimin.cn)

总的来说，这世界上约有5×1030个细菌，其生物量远大于世界上所有动植物体内细胞数量的总和。细菌还在营养素循环上扮演着相当重要的角色，像微生物造成的腐败作用，就与氮循环相关。而在海底火山和在冷泉中，细菌则是靠硫化氢和甲烷来产生能量。2013年3月17日，研究者在深约11千米的马里亚纳海沟中发现了细菌。其他研究则指出，在美国西北边离岸2600米的海床下580米深处，仍有许多的微生物，“你可以在任何地方找到他们，他们的适应力远比你想象的还要强，可以在任何地方存活”。

现今的细菌是从40亿年前的单细胞生物演化而来。在此后的30亿年间，细菌和古细菌都是主要的生物。虽然细菌有化石存在，如叠层石等，但这些化石缺乏有效的形态学证据，很难与现生的细菌共同建构出细菌的演化史。幸运的是，日益成熟的基因定序技术使有机会建立演化的树状图，这些研究明了了细菌演化的第一次大分歧是在真核及原核之间。

之后，细菌又发生了第二次的剧烈演化，有一部分的古细菌与其他细菌内共生，成为了现今真核生物的祖先。有部分科学家提出假说，认为真核生物的祖先吞下了一种 α-变形菌门的细菌，成为后来的线粒体，或是氢酶体。之后，有些已经拥有线粒体的生物，吞下了类似蓝菌类的生物，形成了后来的叶绿体，这一支后来演化成了藻类和植物。另外，有些藻类还有可能再吞入其他藻类进行内共生，此假说称为二次内共生。

微生物与人类健康：细菌与古细菌的重大影响

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