細菌,生命支柱
現代生物學最重大的發現之一,是證實了豐富的微生物世界在地球生命發展中的重要地位。細菌就是微生物中特殊的一員。
細菌存在於地球的各個角落,在地底深處、海洋裏和空氣中都有細菌。細菌的細胞組織沒有核膜,屬於原核生物。幾乎所有的細菌都是無色的,少數細菌有顏色,細菌的平均直徑為1微米。
要區分不同的細菌,必須使用光學和電子顯微鏡,細菌按形態可分為球菌、杆菌和螺旋菌。
有些細菌的外部生有纖毛或鞭毛,這些長度不一的絲狀物構成運動器官。大部分細菌的細胞壁堅硬、有韌性和彈性,保障了細菌形態的穩定。
不同類型細菌之間細胞壁的生化構成差異,使它們在遇到革蘭氏染劑時出現不同的反應,以此可以區分革蘭氏陽性細菌(用酒精清洗過後仍保持顏色)和革蘭氏陰性細菌(酒精浸泡後會將顏色衝走)。
中間體是細胞外部結構中的重要組成部分,它是細胞膜的褶皺,對細胞核的分裂起重要作用。
有些革蘭氏陽性細菌能夠合成一種抵抗結構(孢子),使其在不利的條件下也能存活,並在條件轉好之後重新恢複本來形態。
一般來說,非病原菌具有重大的利用價值,它可以促進氮和碳的循環,以及硫、磷和鐵等元素的新陳代謝。土壤和水裏的細菌是保持生態平衡不可或缺的因素。
在食品和化學工業中,常利用細菌來合成維生素和抗生素。細菌還是肉、酒、蔬菜、奶和其他日常消費品腐爛變質的罪魁禍首。
有些細菌因為具有發酵功能,被用來製作奶酪、酸奶、醃肉和鹹肉。在鞣製皮革,煙草加工,保存穀物、紡織品和藥物等過程中,細菌也起著重要作用。
細菌存在於幾乎一切環境中,並參與一些生態進程。例如,它能夠使死魚身上發出磷光,也能導致幹草垛和稻草自燃。
細菌在大自然和人類生活中扮演重要的角色,正常菌群的存在是必不可少的,但細菌的活動可能會改變一些食物的構成和口味,最終成為疾病的根源。
最新研究成果表明,盡管肉眼無法看到它,但微生物世界在地球的生物大家庭中占有相當大的比重。
科學研究的另一驚人發現,是細菌攻占了地球的各個角落,從寒冷的南極到海洋深處,無所不在。
但隻有開始對細菌的DNA進行分析時,生物學家們才發現真正的生物進化奇跡。無論是微觀生命還是宏觀生命,似乎所有的生命體都起源於38億年前的幾種細菌。
科學家推測,生態學家後來認定的三大進化分支(即古細菌、真細菌和衍生出有核細胞的另一類細菌)都是由這幾種細菌演變而來的。而這三大分支又派生出無數的小分支,其中的一支可能是後來動物和人類的起源。
細菌亦“耕種”
麥基爾大學的研究人員發現,一群細菌利用化學信號來促進植物的生長,這事實上相當於為它們自己的利益“耕種”作物。
植物學教授唐納德·史密斯說:“農民為自己的利益耕種植物,細菌也在這麽做。它們以刺激植物生長的方式創造更多的棲息地和更大的食物來源。”
史密斯說,這項研究成果也許對人類的農業有潛在意義,因為細菌使用的化學信號可以使從玉米、棉花到黃瓜等多種作物加速生長。
史密斯和同事們是在研究大豆和所謂“固氮”細菌二者之間的關係時得到這一發現的。這些細菌把空氣中的氮提取出來供植物使用;植物則在根部產生結節,使細菌可以在那裏生存。
一株年輕的大豆釋放化學信號吸引細菌,後者則發出相應的化學信號告訴大豆開始生產結節。史密斯說,細菌發出的化學信號(LCO)還可以影響其他植物的生長。
圭爾夫大學的植物遺傳學家戴維·沃倫說,史密斯的研究是一項“非常有趣的發現”,意味著兩大類作物——比如玉米一類的單子葉植物和大豆一類的雙子葉植物——有某些基本的相似之處。
沃倫說,細胞分裂的過程對植物生長至關重要,命令細胞分裂的信號也許非常基本,以至於在很多不同的植物中都是相同的。他說,如果是這樣,“把LCO用在其他植物身上可能也會對植物生長和細胞分裂產生類似的效果”。
真菌有何“真麵目”
從遠古時代以來,真菌就對生態、社會和經濟產生影響。同時,真菌的多樣性使其成為繼昆蟲之後的第二大有機體群。
真菌存在於一切地方,如水中、地上、空氣裏(孢子)、寄生在植物上、應用於食品業和製藥業、根莖周圍(共生的苔癬)、草原上和森林裏(蘑菇)。
真菌包括任何一種有機物質腐爛時所產生的黴菌、引起農業災害的真菌、導致皮膚病的真菌、製作麵包和啤酒用的發酵劑、使乳酪具有香味的真菌以及用來製作青黴素的真菌如藥用青黴。
真菌的體積、顏色和形式多種多樣,但有一個共同特點:缺少葉綠素或進行光合作用的色素,因此它們需要尋找已製成的營養物質。
真菌是以網狀形式或菌絲體形式存在的由絲狀物(菌絲或細胞串)組成的物質。它們通過孢子繁殖,孢子組成了孢子結構,形成了這種有機體更加顯而易見的部分。
傳統上真菌被包括在植物王國裏,它們被認為是沒有葉綠素的植物,盡管它們並不屬於植物界。
真菌的突出特點是吸收營養,而植物則是通過光合作用吸收養分,動物則通過吞下食物吸收營養。
真菌在潮濕和陰暗的地方生長得更快,因為它們無須陽光生存,它們是在隱蔽王國中生存的生物。
隱蔽在地下、木頭上或其他食物中的菌絲體可以有不同的大小,每天分叉的菌絲其長度可達1公裏。
真菌是以尋找營養源的方式生長的。
一些真菌腐蝕著有機物質,另一些則給動植物造成了病害,還有一些是植物的伴侶,因為它們向植物提供礦物質營養,而從植物那裏得到自己不能產生的營養。
當很多人食用著各種體積、顏色和形狀的蘑菇時,另一些人則在忍受它們所導致的疾病。
各種各樣的真菌被應用在傳統醫藥上,它們可用於治療皮膚出血、痢疾、便秘、潰瘍和丘疹。現代醫藥還從真菌中提取多種抗菌素,其中的幾種產品被用於治療不同的疾病,如癌症等。從真菌中提取的一些藥品甚至可以治療被移植器官的排斥反應。
除了真菌在生物界具有巨大的用途外,作為物質來源並由於其生物活性,它們還是植物生長的刺激劑(菌根形成的真菌)。
另一方麵,從遠古以來,人類在製作麵包、溶劑和傳統飲料(龍舌蘭酒、特帕切酒和仙人掌果酒等)時就一直在使用發酵劑,通過發酵,人們還獲得了葡萄酒和啤酒。
可食用的真菌多於有毒的真菌。應用在食品上的幾種真菌有極高的經濟價值,它們早已成為商品。
真菌還有其他好處,特別是可以幫助我們解決日益增多的垃圾這一迫在眉睫的問題。
大部分固體垃圾,無論是工業、農業還是家庭產生的,都含有大量的有機物質,特別是纖維、半纖維和木質素(很難被生物降解且汙染性極強)。由於使用了微生物(包括真菌)的生物轉化技術,人們就可以把這些廢物變成有用的物質(供人類和動物使用的蛋白質、樹脂、塑料和生產聚合物的原材料)。
此外,各種各樣的寄生真菌對於用生物方法控製植物病蟲害來說有著很高的價值,這比使用殺蟲劑要經濟得多。
真菌還具有重要的社會價值,從人類進入文明社會以來,人們就把它們應用在很多宗教儀式上。
據估計,地球上現有的真菌種類超過100萬。但被專家研究的隻有約7萬種。
很多國家的植物、特別是森林是多種真菌的自然棲息地,然而,它們正在被大規模破壞,給生物多樣性和生態環境造成了嚴重問題。與此同時,多種真菌已經消失,一些真菌在全世界已瀕臨滅絕。