微小的生命世界

無處不在的微生物

什么是微生物?或許你并不熟悉它們，可它們卻無處不在。

微生物也像動(dòng)物、植物一樣，可以由小長大，可以“生兒育女”，也可以“吃”進(jìn)食物，排出廢物，當(dāng)然，它們也會(huì)死亡。也就是說，生命體的所有特征它們都具有，只不過它們的個(gè)子都特別特別的小，小到我們根本無法用肉眼看到它們。

但是，微生物這個(gè)“家族”非常龐大，成員也很多。根據(jù)它們的一些特點(diǎn)，我們把它們分成細(xì)菌、放線菌、真菌和病毒四大類。像我們平時(shí)食用的蘑菇、木耳等，就是微生物的一種——真菌。

微生物會(huì)做很多好事，也會(huì)做很多壞事。比如，吃東西前不洗手，吃了不干凈的食品，就容易拉肚子；天氣變化的時(shí)候，沒有及時(shí)增減衣物，就容易得感冒；家里買的肉、菜等食品保管得不好，就會(huì)爛掉——這些都是微生物在搗鬼。而我們?nèi)粘Ｊ秤玫尼u油、醋、酸奶以及酒等食品，也都是微生物幫助我們釀造出來的。

微生物對大自然的貢獻(xiàn)

微生物不光對我們?nèi)祟愑杏绊?，而且它和?dòng)物、植物一樣，是整個(gè)地球的生態(tài)系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。

你知道微生物聚集最多的地方在哪里嗎?答案是在土壤中。通常在一克土壤里就含有數(shù)億個(gè)微生物。即使在荒無人煙的沙漠，一克砂土中也有十萬多個(gè)微生物“居住”。它們一般都藏在10到20厘米深處的土層中。土層越深，微生物的數(shù)量就越少；最外層的土壤由于陽光照射，水分不多，所以活的微生物數(shù)量也比較少。

土壤中的微生物可不是“碌碌無為”。而是不知疲倦地悄悄做著驚人的貢獻(xiàn)。土壤中的微生物在分解有機(jī)物時(shí)可以產(chǎn)生大量的二氧化碳，并輸送到大氣中。地球上的二氧化碳有90％是由微生物“生產(chǎn)”的。它們可以為植物的光合作用提供原料，是植物取之不盡、用之不竭的“口糧”。 微生物還可以將一些有機(jī)體分解，然后轉(zhuǎn)化成各種化合物。小到一片落葉，大到一具動(dòng)物尸體，都要靠微生物的這種分解作用才能變回土壤中的有機(jī)化合物。因此，有了微生物，構(gòu)成生命的物質(zhì)才得以周而復(fù)始地在自然界循環(huán)，保持自然系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)和平衡。可見，渺小之極、默默無聞的微生物在地球上干的可都是“驚天動(dòng)地”的大“事業(yè)”。它們是自然和人類不可缺少的朋友。

警惕愛搗蛋的微生物

微生物不僅“居住”在土壤中，它們也經(jīng)常四處“旅行”。它們可以“坐”著塵埃或飛沫，隨空氣的流動(dòng)“漫游”三千公里之遠(yuǎn)。所以塵埃越多的地方，微生物就越多。

空氣中的致病菌主要就是由病人或帶菌者在咳嗽、吐痰、打噴嚏和呼吸時(shí)，隨同唾液和飛沫一起大量排出的微生物。如腦膜炎雙球菌喜歡在春暖花開的季節(jié)出來“旅行”，它們侵入人體后，先進(jìn)入血液，引起菌血癥，再“跑”到大腦和脊髓的外膜上生長繁殖，造成炎癥。這種病的死亡率高達(dá)80％。還有能引起肺病的結(jié)核桿菌、引起麻疹的麻疹病毒、引起小兒麻痹癥的脊髓灰質(zhì)炎病毒、引起流行性感冒的流感病毒等等，都能通過空氣傳播，造成傳染病。因此，我們要養(yǎng)成良好的衛(wèi)生習(xí)慣，來有效地預(yù)防這些傳染病。例如，不隨地吐痰、在傳染病的流行期戴上口罩、打預(yù)防針等都是重要的預(yù)防措施。同時(shí)，要多加強(qiáng)身體鍛煉，提高人體自身的抗菌能力，才能在和微生物的“戰(zhàn)斗”中打勝仗。

在自然界，“住”在土壤、巖石和其他地方的微生物常常因受到風(fēng)雨的襲擊而掉進(jìn)水里。所以，無論在海水、河水、湖水，或者在雨水、雪水、自來水中都有微生物存在。其中，一些致病的細(xì)菌可以利用水中的營養(yǎng)物質(zhì)生活很長時(shí)間。含有這些病菌的水就成了危險(xiǎn)的傳染病源。1982年，由于德國的易北河水含有霍亂弧菌，使飲用這條河水的8000多人上吐下瀉，甚至死亡。所以，現(xiàn)在人們對飲用水都要進(jìn)行微生物數(shù)量和種類的檢查，判斷水的污染程度或者飲用是否安全。

有些好氧微生物在生長繁殖中會(huì)不斷地吸收水中的氧氣，致使水中缺氧，形成“厭氧環(huán)境”。更有些微生物會(huì)釋放出有惡臭氣味的硫化氫、氨氣和甲烷等各種氣體，這時(shí)，水就會(huì)變得又臟又臭。而經(jīng)常流動(dòng)的江、河、湖水里有足夠的溶解氧，不但能滿足好氧微生物的生長需要，而且可以讓它們將水中的有機(jī)物一部分轉(zhuǎn)變成菌體，一部分轉(zhuǎn)變成水和二氧化碳，從而起到清除水中雜質(zhì)的作用，使水得到凈化。人們常說“流水不腐”，實(shí)際上就是這些微生物的功勞。

“十萬火雞事件”

1960年，在英格蘭東南部的農(nóng)莊中，人們突然發(fā)現(xiàn)他們飼養(yǎng)的火雞一只只食欲不振，走起路來東倒西歪。不久，這些火雞全都耷拉著腦袋，不再取食，在不到一周的時(shí)間里陸續(xù)死去。而且這種不明原因的疾病迅速擴(kuò)散到其他地方。短短兩三個(gè)月的光景，便死掉了約十萬只火雞一一這就是歷史上有名的“十萬火雞事件”。

幾乎與此同時(shí)，在非洲的烏干達(dá)也發(fā)生了情況類似的小鴨死亡事件。于是，科學(xué)家們開始了對“兇犯”的調(diào)查。他們對各種可致病的微生物作了檢測，但它們都不可能引起如此大規(guī)模的火雞死亡，最后，人們終于在倫敦的一家碾米廠找到了疑點(diǎn)，認(rèn)為火雞的死亡與這家碾米廠所供應(yīng)的飼料有關(guān)。科學(xué)家們用這些飼料對小雞和小鴨作試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們的癥狀和“十萬火雞事件”中死去的火雞癥狀相同。在隨后的兩年時(shí)間里，科學(xué)家用各種科技手段，終于從這些飼料中分離提取出了一種有毒的微生物一一黃曲霉。

原來，置火雞于死地的物質(zhì)便是這種微生物所排泄出來的黃曲霉毒素。只要僅僅1克這種毒素，便能毒死成千上萬只小鴨!當(dāng)然，這個(gè)“超級殺手”不僅可以殺死動(dòng)物，而且對我們?nèi)祟惖陌踩矘?gòu)成威脅。1974年10月，在印度西部的農(nóng)村，曾發(fā)生過一起黃曲霉毒素中毒事件，共有397人中毒，其中106人死亡。

雖然黃曲霉毒素的毒性這么厲害，而且黃曲霉菌在自然界中分布得十分廣泛，但只要按照科學(xué)的方法來保存食品，就不會(huì)給這個(gè)“兇犯”以可乘之機(jī)。現(xiàn)在，人們對這一類危險(xiǎn)的微生物已經(jīng)有了深刻的了解，可以人為地控制和消滅它們，“十萬火雞”的悲劇絕對不會(huì)再重演了。

與微生物“和平共處”

人類的體表和體內(nèi)也是許多微生物生活的場所，這些微生物會(huì)不會(huì)給人體造成危害呢?一般情況下，只要人類自身的抵抗力達(dá)到一定的強(qiáng)度，就可以和微生物“和平共處”。

例如，在人的大腸中有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，又有合適的溫度和酸堿度，于是就成了微生物“定居”、生活的好地方。這些細(xì)菌并不是白白在人的腸道內(nèi)享受吃喝，它們也會(huì)向人體貢獻(xiàn)出許多有益的物質(zhì)。如它們可以提供維生素B1、B2、B3、K、葉酸、氨基酸等，參與對食物的消化和吸收。如果人們服用抗菌素藥物的時(shí)間較長，劑量過大，殺死了這些微生物，反而會(huì)使正常的消化功能失調(diào)，引起維生素缺乏、腹瀉等病癥。

但另一方面，人的皮膚上經(jīng)常沾有鏈球菌、小球菌、大腸桿菌、霉菌等微生物。一旦皮膚損傷，它們侵入了傷口，就會(huì)引起化膿和感染。所以，醫(yī)生在打針時(shí)，要先用酒精消毒皮膚，防止皮膚上的微生物隨針眼進(jìn)入人體。

人的口腔里所含的食物殘?jiān)彩羌?xì)菌的“美味”，這里的溫度也很適宜細(xì)菌生長繁殖。所以，口腔里經(jīng)常生存著各種球菌、乳酸桿菌、芽孢桿菌等微生物。它們在分解利用食物中的糖類時(shí)，會(huì)產(chǎn)生許多酸性物質(zhì)，損壞人的牙齒。因此，我們要養(yǎng)成飯后漱口、睡覺前刷牙的好習(xí)慣，保持口腔清潔和保護(hù)牙齒。

由此可見，微生物對我們?nèi)祟愑欣灿泻Γ匾氖俏覀冊鯓优c它們和睦相處。

打開兩個(gè)世界大門的游戲

1609年，在荷蘭的密特西波奇城里有一家眼鏡店。一天，眼鏡店老板漢斯的孩子，悄悄地拿了幾塊鏡片，和鄰居的幾個(gè)孩子玩兒。

他們本來是想模仿大人，把鏡片架在自己的眼睛上?？墒撬麄兊难劬炔唤暎植焕匣?，這些鏡片對他們當(dāng)然都不合適。只有把它們放在離眼睛比較遠(yuǎn)的地方，才能看清楚鏡片后面的東西。

有一個(gè)淘氣的孩子忽然想到了一個(gè)異想天開的主意。他一只手拿著近視鏡片，另一只手拿著老花鏡片，把它們一前一后地舉在眼前。他透過這兩塊鏡片向遠(yuǎn)處一望，不由得又驚又喜地喊了起來：

“嗨!真奇怪，禮拜堂的尖塔，突然變得這樣近啦!”他的發(fā)現(xiàn)使得小朋友們異常興奮。大家又喊又叫，驚動(dòng)了眼鏡店的老板漢斯。他走過來一看，原來這些孩子們在游戲中競發(fā)明了一種可以望遠(yuǎn)的透鏡。當(dāng)時(shí)，荷蘭正在跟西班牙打仗。漢斯就做了一架望遠(yuǎn)鏡獻(xiàn)給了荷蘭的皇帝，用它來偵察敵情?；实酆芨吲d，賞了漢斯很大一筆錢。

后來，望遠(yuǎn)鏡的制作技術(shù)傳到了法國，又由法國傳到意大利。著名的科學(xué)家伽利略聽到了這個(gè)消息，于是自己設(shè)計(jì)制造了一架天文望遠(yuǎn)鏡，用來觀察天上的星星。人類從此打開了宇宙的大門。

在荷蘭，制作眼睛片的技師還發(fā)現(xiàn)，鏡片越是凸得厲害，透過它看到的東西就顯得越大。又過了50多年，一位名叫列文胡克的看門人，在知道了這個(gè)說法以后，自己磨制鏡片，制成了世界上第一架顯微鏡，又為人類打開了過去從沒見過的微生物世界的大門。

少年朋友，你們大概沒想到吧：一個(gè)小游戲幫助人們打開了兩個(gè)世界的大門。

揭開種子漂浮的動(dòng)力

每年春天，楓樹的種子就會(huì)像直升飛機(jī)一樣，旋轉(zhuǎn)著滑向大地。在有風(fēng)的日子里，一顆種子甚至能夠在空氣中飄出1公里，最后降落在一片陌生的土地上，開始讓自己成長為一棵樹的生命旅程。一項(xiàng)新的研究表明，為了更遠(yuǎn)地旅行，這類種楓樹種子以及上升氣旋模型子會(huì)憑借在自己像紙一般又薄又脆的“翅膀”上形成的小氣旋來為自己提供“旅行”的動(dòng)力。這樣一種氣旋同樣也能夠幫助蝙蝠和鳥類等動(dòng)物在空中停留。但楓樹種子是人們觀察到的首個(gè)與植物有關(guān)的例子。

為了進(jìn)行這項(xiàng)研究，荷蘭瓦赫寧根大學(xué)的動(dòng)物學(xué)家大衛(wèi)·雷汀克和同事首先在實(shí)驗(yàn)室中利用丙烯酸樹脂材料，制作了一顆大約是普通楓樹種子10倍大小的人工種子。隨后將這顆人工種子安置在一支機(jī)械手臂上，并在一個(gè)裝有石蠟油和數(shù)千顆玻璃球的容器中旋轉(zhuǎn)這支機(jī)械手臂。當(dāng)他們用一束激光照亮玻璃球時(shí)，就在容器中顯示出一個(gè)與種子翅膀平行的好像龍卷風(fēng)一樣的漩渦。雷汀克指出，這個(gè)漩渦能夠減少種子上方的壓力，從而使種子向上升起。

但這個(gè)模型的實(shí)驗(yàn)可能并不完全符合真實(shí)的狀況，因此雷汀克和他的同事又建造了一個(gè)風(fēng)洞，并使其中充滿了煙塵，進(jìn)而觀察一顆楓樹種子在半空中旋轉(zhuǎn)的情況。最終的實(shí)驗(yàn)報(bào)告顯示，煙塵中出現(xiàn)了與模型實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的相同的龍卷風(fēng)形漩渦，這證明他們的猜想是正確的。

瑞典蘭德大學(xué)的理論生態(tài)學(xué)家安德斯·海登斯卓姆表示，隨著風(fēng)力和空氣的流動(dòng)，在動(dòng)物翅膀或螺旋槳的前緣產(chǎn)生的這種空氣漩渦是使物體在高空中產(chǎn)生升力的一個(gè)重要的因素。人們也可以有效地利用這個(gè)原理，設(shè)計(jì)出新型的飛機(jī)和飛行器，如用來探測其他行星的降落傘和直升機(jī)。事實(shí)上，近年來已經(jīng)有科學(xué)家仿照楓樹種子的形狀來設(shè)計(jì)和制作飛行器的翅膀。相信在不久的將來，這種使得種子飄浮在空中的動(dòng)力也可以化為幫助人類翱翔天空的力量。

失望狀態(tài)下的人

宇宙飛船在圍繞地球軌道做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，飛船運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力和地球?qū)︼w船的引力大小大致相等，但它們的方向相反。這就會(huì)使飛船里的人和物體處于失重狀態(tài)。在失重的條件下，會(huì)出現(xiàn)一些難以想象的、奇妙而有趣的現(xiàn)象。

人類長期生活在地球恒定的地心引力的影響下。人體本身由軟組織、骨骼、體液等部分構(gòu)成，由于重力的作用，在漫長的進(jìn)化過程中，它們之間形成了一定的分工。如骨骼結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性可以支撐人體在重力下直立行走，肌肉和體液的分布也是為了保證在目前的重力條件下，各種內(nèi)臟器官可以完成各自的功能，使人得以生存和成長。

習(xí)慣于在地球的重力條件下生活的人，一旦進(jìn)入失重的環(huán)境，將會(huì)感到新奇。在這里，人體的重量消失了。在宇宙飛船的航天艙內(nèi)，航天員可以自由地“飛”來“飛”去，也可以漂浮在空中。國外有些航天員會(huì)穿上一種帶磁性的鞋，再在預(yù)定工作地點(diǎn)的艙壁上包上鐵皮，這樣就可以“站”穩(wěn)了。失重下的睡眠不必再設(shè)置床鋪，只需一個(gè)睡袋，掛在艙壁上，站著睡、躺著睡都一樣舒服。

然而，吃飯、喝水就變得不那么簡單了。沒有重力，即使把裝滿水的杯子倒過來，水也不會(huì)流出來，而是會(huì)懸浮在空中。因此，航天員必須把水裝在帶有管子的塑料袋中，通過吸管來飲用。食品則都要經(jīng)過處理。一切食物的碎屑都會(huì)在艙內(nèi)漂浮起來，所以在這里不能吃像薯片、餅干這類松脆的食品。粘稠狀的食物可以裝在像牙膏一樣的軟管內(nèi)。塊狀食物如面包等，則要在表面涂上可食用的蛋白膜，做成一口就能吞下的小塊。

曾有科學(xué)家認(rèn)為，失重可能破壞人體的內(nèi)環(huán)境平衡，使人的生理功能發(fā)生不可恢復(fù)的變化?，F(xiàn)在通過太空飛行的實(shí)踐證明，人在失重時(shí)，生理功能確實(shí)會(huì)發(fā)生變化，主要是血液的流動(dòng)會(huì)受到影響，大量血液涌向上身，造成骨鹽代謝紊亂，骨質(zhì)可能出現(xiàn)脫鈣，導(dǎo)致所謂的“航天適應(yīng)綜合癥”。但這些變化在回到地球后，都可以通過康復(fù)訓(xùn)練逐漸得以恢復(fù)。

第一艘軍用潛艇——“海龜”

18世紀(jì)，美國爆發(fā)了反對英國殖民統(tǒng)治的獨(dú)立戰(zhàn)爭。當(dāng)時(shí)英國的海軍很強(qiáng)大，他們的戰(zhàn)艦總是在海面上橫沖直撞，還可以向岸上開炮。美國人一時(shí)束手無策。1776年，一個(gè)名叫大衛(wèi)·布什內(nèi)爾的美國人制造了一艘樣子奇特的小艇，上面帶有水雷，可以從水下開過去炸毀敵艦。因?yàn)樗雌饋砗孟袷怯脙蓚€(gè)烏龜殼合起來組成的，人們都叫它“海龜”。

“海龜”底部有一個(gè)水艙和兩個(gè)用手操縱的水泵。用水泵往水艙里灌水，使“海龜”的總重量大于水的浮力，“海龜”就下沉；反之，往外抽水，“海龜”就上浮。它還裝置著兩臺手搖螺旋槳：一臺是水平方向，可以通過操縱它來使“海龜”前進(jìn)或后退；一臺是垂直方向，可以通過操縱它來使“海龜”上升或下降?！昂｝敗钡谋澈筮€裝著一個(gè)舵，用來控制航向。

在這年夏天，某一天的黃昏，一名美國士兵駕駛著“海龜”，悄悄駛向停在紐約港外的一艘英國戰(zhàn)艦。在快要接近戰(zhàn)艦的時(shí)候，士兵就轉(zhuǎn)動(dòng)垂直螺旋槳，使“海龜”下潛，神不知鬼不覺地開到了戰(zhàn)艦底下。然后起動(dòng)裝在“海龜”頂上的鉆桿，想把敵艦鉆出一個(gè)窟窿，好把水雷放在里面。出乎意料的是，這艘戰(zhàn)艦的艦底包了一層金屬，鉆頭鉆不進(jìn)去。這只“海龜”只好掃興地返航。“海龜”的速度不快，又辨不清航向，直到黎明時(shí)分，它還在海上浮沉不定。這時(shí)，一艘英國巡邏艇發(fā)現(xiàn)了這個(gè)鬼鬼祟祟的“怪物”，立即開過去追擊。巡邏艇速度很快，眼看就要追上了?！昂｝敗钡鸟{駛員急中生智，解下背在艇上的水雷，點(diǎn)著引線，自己潛到水下逃跑。不一會(huì)兒，只聽轟隆一聲巨響，水雷爆炸了。英國巡邏艇被嚇了一大跳，也掉頭趕快離開。這么一來，英國以為美國方面發(fā)明了一種威力巨大的水中武器，就把原來封鎖在紐約港的軍艦都撤到了別的地方。“海龜”雖然沒有直接炸毀敵人的艦船，但因此贏得了第一艘軍用潛艇的美名。直到今天，在現(xiàn)代的軍用潛艇上。許多基本的設(shè)計(jì)和控制沉浮的原理，和“海龜”還有很多相似之處。