我們看不到它們，它們卻與我們“親密接觸”：一張流通著的紙幣上有30 萬～ 3700 萬個微生物， 簡直就是一艘“航空母艦”；我們隨手抓起一把土壤，里面至少有幾百種微生物，包括大約10億個細(xì)菌，12 萬個真菌和2.5 萬個藻類；我們以為刷得潔白的衛(wèi)生間一定很干凈，事實上，無數(shù)的微生物可能正在角落里嘲笑我們。

“可愛的小動物”

1865 年，法國一個城市里所有酒廠制造的啤酒都莫名其妙地變得特別酸，致使啤酒無法售出。于是，酒廠老板們請來當(dāng)時著名的化學(xué)家巴斯德幫助解決啤酒發(fā)酸的問題。巴斯德把發(fā)酸的啤酒和不發(fā)酸的啤酒分別放到顯微鏡下觀察，經(jīng)過無數(shù)次的比較，終于弄清了原因。原來是一種叫乳酸桿菌的細(xì)菌在作怪，是它們使啤酒中的酒精變酸從而使啤酒無法下咽。巴斯德指出：要想啤酒不發(fā)酸，只需將其加熱到60℃并保持30 分鐘左右，把乳酸桿菌殺死。

這就是著名的“巴斯德消毒法”。

這是微生物史上的一個著名的故事，巴斯德也因其在微生物領(lǐng)域的卓越功勛被譽為“細(xì)菌斗士”。不過，巴斯德并不是第一個發(fā)現(xiàn)微生物的人。微生物進入人類視野是在17 世紀(jì)中葉，荷蘭有一個名叫列文·虎克的人，他還在當(dāng)學(xué)徒時就產(chǎn)生了一個新奇而大膽的想法：如果能制造一種特殊的鏡片，可以把看到的東西放大許多倍，用它來觀察那些微小的物體，那該有多好。于是，他開始了艱苦的磨制顯微鏡鏡片的工作。經(jīng)過艱辛的勞動，他終于做成了可以放大近200 倍的世界上第一臺顯微鏡。

列文·虎克曾經(jīng)找到一個從不刷牙的老頭，從他的牙縫里取下牙垢，然后放在顯微鏡下觀察。鏡頭里的世界讓他驚呆了：牙垢里竟然有許許多多小生物，它們像魚兒一樣來回游動。但是，由于當(dāng)時科學(xué)還不發(fā)達(dá)，就連他自己也不知道發(fā)現(xiàn)這些細(xì)菌有什么用處，他只是把它們叫做“可愛的小動物”。

微生物的世界

人類在遙遠(yuǎn)的古代就知道，將果實或者糧食按一定工序貯存起來，可以變成美味的酒；用鹽浸制食物，可以防止腐爛。古人也注意到，有時健康的人會突然得病死亡，與病人接觸過的人也會染病而亡，但他們并不知道這是怎么回事。直到列文·虎克發(fā)現(xiàn)顯微鏡下的“小動物”，巴斯德又揭示出它們與人類的關(guān)系，人類才得以了解到這個微觀的世界。

現(xiàn)在我們通常所說的“微生物”，意指所有肉眼看不到但具有生命現(xiàn)象的生物，包括細(xì)菌、病毒、真菌和一些原生藻類，以及古生菌等。

人類觀察到微生物還不到400 年的時間，但它們在地球上已經(jīng)生活了許久。地球誕生至今已有46 億年，最早的微生物在35 億年前就已經(jīng)出現(xiàn)在地球上，而人類出現(xiàn)在地球上不過幾百萬年的歷史。由于微生物只怕“明火”，所以地球上除活火山口以外，都是它們的領(lǐng)地，它們生存在人或動植物的體內(nèi)、空氣稀薄的高空、高壓的深海以及極冷極熱的環(huán)境下，就算是在核電站的廢料堆中，它們也能生活得怡然自得。

微生物的數(shù)量極其龐大，據(jù)估計，全球一共有單細(xì)胞生物5×1030 種。它們十分渺小，一般只有幾個微米大小，幾十個細(xì)菌并排在一起才有一根頭發(fā)絲那么粗。我們偶爾也會在面包或者水果上看到一塊塊的霉斑，那是數(shù)以百萬計的微生物集合成的菌落。在顯微鏡下，它們一般呈球狀、桿狀及螺旋狀，當(dāng)然還有一些特殊的形態(tài)，比如“SARS”病毒就是典型的冠狀病毒，在顯微鏡下，它呈放射冠狀，宛如妖艷的有毒之花。還有一些肉眼可見的特殊的微生物——我們所食用的蘑菇?？刹灰詾樗鼈兪鞘卟?，它們是由大型真菌發(fā)育而來的，我們所看見和食用的“肉質(zhì)”是它們的子實體，也就是呈傘狀的那部分。靈芝等珍貴藥材也都屬真菌類微生物。

大凡渺小的生物都有驚人的生命力，比如大腸桿菌，它們的繁殖力驚人，只要條件適宜，20 分鐘就能分裂一次，一分為二，二變?yōu)樗?，四分為八……如果無限分裂下去，一個大腸桿菌在24 小時內(nèi)產(chǎn)生的后代的總重量相當(dāng)于4 個地球的重量！不過，這種呈幾何級數(shù)的繁衍，常常受環(huán)境、食物等條件的限制，實際上不可能無止境地進行。

微生物與生命起源

微生物在地球上已經(jīng)存在幾十億年了，科學(xué)家有理由相信：它們可能和生命起源有關(guān)，對它們進行研究也許能帶來有關(guān)地外生命的啟示。在地球生命起源的時候，從有生命現(xiàn)象的單細(xì)胞生物到多細(xì)胞生物，微生物可能參與了其中復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)，甚至本身就進化成為多細(xì)胞生物的一部分，例如植物細(xì)胞中的用于光合作用的葉綠體，在形態(tài)和光合作用的機能方面，都與光合自養(yǎng)的細(xì)菌和單細(xì)胞藻類相似?？茖W(xué)家推斷，在漫長的進化中，這些古老的細(xì)菌和藻類被較大的生物體所捕獲，融入到細(xì)胞中，共同進化成了細(xì)胞中的某些細(xì)胞器，繼續(xù)發(fā)揮這些生理功能。

在地球上一些特殊的環(huán)境，如水壓高達(dá)1140 個大氣壓的太平洋海底、炎熱的赤道海域、寒冷的南極冰川、高鹽度的死海和各類強酸和強堿性環(huán)境，普通生物是難以生存的，而微生物卻能繁衍下去?？茖W(xué)家相信，生命有可能就是從這些極端環(huán)境中誕生的。2002 年，美國地質(zhì)化學(xué)家在位于美國愛達(dá)荷州地表以下200 米的地?zé)釡厝邪l(fā)現(xiàn)了一種靠氫氣和二氧化碳生活的太古生物。這個重大發(fā)現(xiàn)表明，不僅在類似地球生態(tài)的其他星球上可能有生命存在，在僅有氫氣和二氧化碳的星球上也可能有生命的萌芽。如果微生物能在這些極端環(huán)境下生存，那么在火星等星球上就可能有生命存在或者將會有生命誕生。甚至有人假設(shè)最初的地球生命來自火星，因為那些耐極端環(huán)境的微生物可能是在火星上進化出來的，當(dāng)火星受到撞擊時，被崩裂的石塊帶到了地球，從而才有了今天的地球生命?？茖W(xué)家已經(jīng)開始對西伯利亞永久凍結(jié)地帶（與火星的環(huán)境和木星衛(wèi)星的環(huán)境相似）和中國的新疆干旱戈壁進行科考，希望通過對相似環(huán)境的微生物研究，來推斷地外生命是否存在。

微生物與人類生活

“你在一天中能遇到多少生物？”你能回答這個問題嗎？

我們看不到它們，它們卻與我們“親密接觸”：一張流通著的紙幣上有30 萬～ 3700萬個微生物， 簡直就是一艘“航空母艦”；我們隨手抓起一把土壤，里面至少有幾百種微生物，包括大約10 億個細(xì)菌，12 萬個真菌和2.5 萬個藻類；我們以為刷得潔白的衛(wèi)生間一定很干凈，事實上，無數(shù)的微生物可能正在角落里嘲笑我們。當(dāng)然，這些微生物大多是非致病的。

還有一個問題：這些微生物與我們的生活有著怎樣的聯(lián)系？讓我們來看一組鏡頭：早上你喝了壞掉的牛奶，不僅有難聞的酸味并且還會讓你拉肚子，但如果是可口的酸奶，不僅會讓你食欲大增而且營養(yǎng)豐富；你在準(zhǔn)備佳肴時，使用醬油和醋讓食物更鮮美，還擺上了美酒和別具風(fēng)味的泡菜；你感冒了，為了早點好起來，你服用了抗生素。這些都是各種微生物的產(chǎn)物。

人類的日常生活離不開微生物的幫助。乳酸菌和酵母發(fā)酵工藝被廣泛應(yīng)用于各類飲料、

調(diào)味品和食品添加劑等生產(chǎn)中；利用微生物發(fā)酵，形成了氨基酸產(chǎn)業(yè)和新興的生物制藥工業(yè)；在廢水處理和消除環(huán)境污染方面，它們也日益受到重視。

如上文所說，列文·虎克在牙垢中觀察到了微生物，在我們的體內(nèi)，也有一個龐大而且與我們的健康密切相關(guān)的微生物世界。不要說在我們的皮膚和頭發(fā)里的微生物部落，在我們的內(nèi)臟中就有近90 萬億個細(xì)菌正“安營扎寨”。我們之所以會長齲齒，不是真的有蛀蟲，而是因為口腔中有各種細(xì)菌生存，它們在分解利用食物中的糖類時產(chǎn)生許多有機酸，會腐蝕牙齒，留下難看的小洞和黑斑。

人的大腸更是微生物的天堂，因為那里有豐富的食物，合適的酸堿度和溫度。這些菌群通常對人體沒有危害，相反它們還有一個文雅的名字——“益生菌”（意指有利于生命）。這些益生菌占體內(nèi)微生物總量的約80％，它們在自我繁殖生活的同時也為人體做出了許多貢獻，它們可以提供維生素B1、B2、B3、K，葉酸及氨基酸等物質(zhì)，幫助人體降解食物，參與食物的消化和吸收。

人體的皮膚和體內(nèi)都有數(shù)量龐大、種類繁多的微生物群，但通常它們和我們的身體相處融洽，它們中的絕大多數(shù)都是非致病的。但是，當(dāng)致病菌進入我們體內(nèi)或者體內(nèi)微生物群紊亂時，我們就有可能因不能抵抗它們而生病。

人類與微生物的世紀(jì)戰(zhàn)爭

如果感冒了，你怎么辦？也許你會說：“我會用些青霉素?！蹦闶褂昧饲嗝顾兀芸炜祻?fù)了。但是，下一次你感冒時，它還會有用嗎？

在大多數(shù)時間里，我們和微生物和平共處，但有時這個動態(tài)的平衡也會突然被打破。在世界上的第一種抗生素——青霉素被發(fā)現(xiàn)之前，每年有數(shù)以百萬計的人死于某種在今天可以被輕易治愈的傳染病。

青霉素的發(fā)現(xiàn)歸功于一次幸運的過失。1928 年，亞歷山大·弗萊明外出度假時，把實驗室里的培養(yǎng)皿中正生長著細(xì)菌這件事忘了。3 周后，當(dāng)他回到實驗室時發(fā)現(xiàn)，在一個與空氣意外接觸過的金黃色葡萄球菌培養(yǎng)皿中，長出了一團青綠色霉菌。他用顯微鏡觀察這團霉菌，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其周圍的葡萄球菌菌落都被溶解了，這意味著霉菌的某種分泌物能抑制葡萄球菌。鑒定表明，上述霉菌為青霉菌，弗萊明將其分泌的抑菌物質(zhì)稱為青霉素。青霉素的發(fā)現(xiàn)是人類與疾病斗爭史上的一座豐碑，隨著抗生素時代的來臨，人類的平均壽命增加了15 年。

有了各類抗生素，許多瘟疫已經(jīng)被我們消滅，我們似乎可以陶醉在這場戰(zhàn)斗的勝利中了。然而，時至今日，雖然我們已經(jīng)有了更多更好的抗生素，但越來越多的可怕疾病隨之而來：從“世紀(jì)瘟疫”艾滋病到非典，還有瘋牛病和禽流感，人類非但沒有將這些微小的生物統(tǒng)統(tǒng)消滅，反而使更多更難對付的致病菌出現(xiàn)。原因何在？由于濫用抗生素，這些微生物因本身的適應(yīng)和保護機制，很快發(fā)生了變異，具有越來越強的耐藥性，人類的免疫能力卻越來越低。人類與這些致病菌的戰(zhàn)斗陷入一個怪圈：用更強效的抗生素，人類取得了短暫的勝利，然后致病菌迅速變異并產(chǎn)生抗藥性，然后再次感染人類。

在這場人類與微生物的戰(zhàn)斗中，人類似乎處于下風(fēng)，科學(xué)家分離得到新的抗生素的速度遠(yuǎn)不及致病菌的變異和適應(yīng)速度。經(jīng)過半個多世紀(jì)的使用，當(dāng)初的“抗菌功臣”青霉素在很多臨床使用上已經(jīng)失效。科學(xué)家預(yù)言，如果人類不跳出使用抗生素這個怪圈，即便是普通的感冒，很快也將難以治愈。這并非危言聳聽，全球已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多例由于抗生素失效導(dǎo)致普通感染死亡的病例。在各種抗生素的變相篩選下，還會導(dǎo)致普通致病菌進化變異出能抵抗所有抗生素的“超級細(xì)菌”，這些具有超強耐藥性的怪物在人類自身的“推波助瀾”下，對人類展開反擊，成為人類的噩夢。

跟細(xì)菌“聊天”

科學(xué)家已經(jīng)意識到，要戰(zhàn)勝微生物不能簡單地依靠抗生素。為了尋找對付這些微小生命的新方法，科學(xué)家首先要做的就是破譯細(xì)菌之間的“語言”。

細(xì)菌在人體內(nèi)橫行肆虐，并不是散兵游勇似的單個作戰(zhàn)，因為單個細(xì)胞很容易被人體自身的免疫系統(tǒng)所殺死。與人類的活動相似，一些細(xì)菌在它們開始某種活動前需要具備一定的“法定人數(shù)”（即需要有一定數(shù)量的個體存在），科學(xué)家將它們對這種狀態(tài)的感應(yīng)叫做“群體感應(yīng)”。細(xì)菌只有在感受到周圍同類的相當(dāng)數(shù)量之后，才會做出是“養(yǎng)精蓄銳”還是“蠢蠢欲動”的決定。當(dāng)細(xì)菌的數(shù)量達(dá)到某種程度時，破壞活動就開始了。例如沙門氏菌，要等到集結(jié)成群后，才釋放毒素致使其宿主患病。

那么，細(xì)菌是如何感應(yīng)這種狀態(tài)并彼此溝通行動的呢？細(xì)菌界也會使用各種“語言”，有些“語言”已經(jīng)被科學(xué)家成功破譯。自然情況下，細(xì)菌通過釋放化學(xué)信號和同伴進行交流。它們向外分泌出某種化學(xué)物質(zhì)，以霍亂弧菌為例，每個細(xì)菌能釋放出一種叫做autoinducer 的小分子，每個細(xì)菌表面都有受體蛋白，能夠感受autoinducer。當(dāng)autoinducer 的數(shù)量達(dá)到特定的水平時，受體蛋白發(fā)生變化，使細(xì)菌感知它們有了足夠的“人數(shù)”，繼而開始發(fā)生變化：開啟編碼基因，合成并釋放毒素刺激宿主，導(dǎo)致嘔吐和痢疾，排出更多的致病菌。

每種細(xì)菌都有自己的秘密“語言”，有趣的是，大多數(shù)細(xì)菌擁有共同的“方言”：一種被叫做AI-2（autoinducer-2）的化學(xué)信號。在所有的細(xì)菌中，AI-2 均起源于同一個基因，它在“群體感應(yīng)”中被作為信號語言使用。研究人員將大腸桿菌與一種會發(fā)光的海洋細(xì)菌混合在一起，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，任意一種細(xì)菌的AI-2都可以調(diào)節(jié)這種海洋細(xì)菌發(fā)光的強弱，并打開大腸桿菌中的“法定人數(shù)”感應(yīng)基因。

科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了一些具有特殊指令的細(xì)菌“語言”：在生存壓力增大時，大腸桿菌會通過各種競爭生存下去，其中包括分泌一種叫做“胞外死亡因子”（EDF）的物質(zhì)，這種物質(zhì)能使細(xì)菌自殺死亡。細(xì)胞死亡對單個細(xì)菌是不利的，但通過EDF 作用于一個群體，就能使細(xì)菌成為一個整體。

細(xì)菌的這種特殊的語言交流方式，給科學(xué)家?guī)砭薮蟮膯⑹荆焊?xì)菌“聊聊天”，讓它們乖乖聽話！既然細(xì)菌需要感知一定數(shù)量的同類存在才會行動，那么切斷它們之間的聯(lián)絡(luò)網(wǎng)，讓那些“化學(xué)語言”無法溝通，或者降低“化學(xué)語言”的濃度，使之達(dá)不到開啟細(xì)菌反應(yīng)的濃度，使細(xì)菌的破壞活動無法進行。這是一種完全不同于抗生素的途徑，科學(xué)家認(rèn)為它不會帶來細(xì)菌耐藥性的增強。此外，我們還可以利用特殊的“語言”向細(xì)菌“發(fā)號施令”，比如利用EDF 向致病菌下達(dá)“自殺”指令，讓其自我消滅。

科學(xué)家當(dāng)然不滿足于利用現(xiàn)成的細(xì)菌“語言”，他們希望通過遺傳改造讓細(xì)菌用人類制造的“語言”進行彼此間的交流。將一些特殊的基因加入致病菌的體內(nèi)，把這些經(jīng)過改造的致病菌混入到同種細(xì)菌的自然菌群中，然后提供某種特定的化學(xué)信號，觸發(fā)改造過的細(xì)菌做出應(yīng)答，被改造過的細(xì)菌就能夠產(chǎn)生毒性物質(zhì)將細(xì)菌殺死，或者是向同類發(fā)出錯誤的指令。

目前，有關(guān)研究人員已在小鼠實驗中證明了CAI-1（一種霍亂菌的化學(xué)信號物質(zhì)）可以治愈霍亂。研究人員相信，雖然現(xiàn)在的研究成果是在霍亂菌的實驗上取得的，但以此為開端，我們可以征服更多的致病菌。也許有一天，我們可以跟所有的細(xì)菌“聊天”。