第二篇第二十六章微生物：一个显微镜下的生命世界
微生物，顾名思义，是很微小的生物。一般来说，人类的肉眼只能看到直径为01毫米以上
的物体，所以，我们把直径在0.1毫米以下，只有用显微镜才能观察到的生物叫做微生物。
微生物包括原核微生物、真核微生物以及没有细胞结构的病毒，我们通常说的细菌、放线菌
属于原核微生物，而酵母和霉菌则是真核微生物的家庭成员。
自有人类以来，人类就和微生物打交道。例如，细菌和病毒引起人类和牲畜的各种疾病；多
种微生物千百年来被人类用来酿酒，制酸奶和沤制有机肥料，等等。不过，人类在借助显微
镜看到微生物以前，还不知道它们的存在。从列文虎克发现微生物起至今，只不过300多年
时间，所以，今天我们知道的微生物可能还只是地球上微生物的一小部分，有人估计最多不
过10％。但是，即使是这么一小部分，我们也不能不为微生物世界的丰富多彩感到惊讶。
我们今天知道的最小微生物是病毒，最小的一类病毒叫细小病毒。它的直径只有20纳米
(1微米=1 000纳米)，而最小的细菌的直径大约是1微米。为了让大家对它们的大小有个
体的印象，我们可以这样打个比喻：如果把细小病毒放大到一粒芝麻那么大，那细菌就有装
可口可乐的玻璃瓶大小。按这个比例放大，一个高17米高的人躺下来就成了一个长达250
公里的小岛了。如果把细菌放大到芝麻大小，芝麻便有大型公共汽车那么大了。更大些的就
是酵母菌，它的细胞直径大约是普通细菌的10倍。
微生物的形态千奇百怪，大家看看下图就会有个初步印象。在细菌中，有球形的，叫球
菌，有的还是两个、四个或八个叠在一起的；有杆状的，叫杆菌；还有螺旋形的，叫螺旋菌
；细长的，叫丝菌；有的细菌细胞还长着鞭毛或长长的柄，还有的细菌成多边形。至于病毒
，也有球状的和杆状的，球状的病毒常常是有规则地排列成一个多面球体。
微生物的很多特点都起源于它们的“小”。不过可千万不要因为微生物个体很小就小看
它的能力噢！
第一，与环境的接触面积大
微生物总是以群体活动的，单位体积内具有极大的表面积是微生物最重要的特性。这个特性
决定了它们在生命世界的独特地位和能力，这样的小体积、大面积的特点，使得微生物与外
界环境之间进行物质和能量交换的能力非常强。这是其他高等生物无法具备的。
第二，营养吸收快，转化能力强
与外界环境的接触面特别大的特征，非常有利于微生物通过它们
的身体表面吸收营养和排泄废物，这就使它们的“胃口”很大。例如，大
肠杆菌每小时就能消耗达自身重量2 000倍的糖，也就是说，与人体等
重的大肠杆菌在1小时内消耗的糖量要多于一个人一生消耗的粮食量；
1公斤酵母，在1天内可以将几吨糖转化为酒精。
微生物不仅胃口大，而且食谱也非常广。凡是动植物能利用的
营养，微生物都能利用，而大量的动植物不能利用的物质，甚至一些
对人畜有剧毒的物质，微生物照样可以视为“美味佳肴”。
利用微生物这个特性，只要我们充分发挥微生物这座“活的化工
厂”的作用，就能高效地使大量原料在短时间内转化为有用的化工、
医药产品或食品，使有害物质无害化，将植物不能利用的物质变为
肥料，为人类造福。
第三，生长、繁殖速度快
巨大的“胃口”也使微生物具有惊人的繁殖速度。例如，大肠杆菌
在合适的环境下，约20分钟就可分裂一次。这样，一个大肠杆菌在经
过一个昼夜72次分裂后，就可形成47×1021个后代，重量可达数千
吨。照这样的速度继续分裂一昼夜，它们的后代聚集在一起可以有地
球那么大!
当然，由于种种条件的限制，这种高分裂速度只能维持数小时。而且，局部区域内的微
生物数量也有一定的限制，当微生物数量接近这个限制量时，由于微生物相互争夺养分或氧
气等因素，使得这一数量很难再增加。
第四，容易变异，适应能力强
变异是指微生物的遗传特性，由于受自身的因素或外界的影响
而发生改变，并把这种改变的特性遗传给下一代的现象。微生物由于
繁殖快、数量多，即便是发生变异的频率不高，在繁殖时也容易出现
一些遗传特性发生变化的后代。
怎么理解这一点呢?让我们假设1亿个细菌在繁殖时只有1个
会产生变异的后代，那么，人体肠道中有大约1014个细菌，每繁殖一
次就有可能产生100万个变异的后代；如果其中有小部分的变异的
后代具有比“父辈”更快的生长、繁殖能力，那么，它们很快就会在肠
道中占到主导地位。
我们不妨假设在100万个变异的后代中，只有一个因为变异产生了对某种抗生素的抗药
性，那么我们服用抗生素后，虽然不具备抗药性的细菌很快就会被杀死，但剩下的这个细菌
马上会在几个小时里繁殖出大量的具有抗药性的细菌。正是由于这种原因，微生物有着非常
灵活的适应能力，它们能够随遇而安，生活在各种环境，甚至是一般生命无法容身的地方。
同时，人们也根据这个特性，能够按照自己的要求不断改良在生产中应用的微生物。
第五，分布广泛，种类繁多
微生物可谓是上天入地，无孔不入。它们是生物界的许多极限的创造者。从数千米的高
空到海底的万米深处，从冰雪覆盖的极地到终年炎热的赤道，在人和动植物体内外，在
土壤、空气、河流、冰川、高山、大海、沙漠、戈壁，到处都有微生物存在。可以说，只要
有生命的地方就有微生物。例如，在万米深海底部发现了耐1 000标准大气压的细菌；
在数千
米的高空仍能采集到细菌；在南极地下数百米深处的岩石中，还能找到多种细菌；而
赤道附近的热带雨林更是微生物的天堂。
通常，1克肥沃土壤含有几亿到几十亿个各种各样的微生物。当我们走在城市的街道上
，很少有人会意识到，他周围的每立方米空气中有几千个微生物；而学生宿舍的每立方米空
气中，更是常有几万个微生物。在人体的肠道中栖息着数百种微生物，它们的重量约占粪便
的三分之一。
微生物的生存环境是如此多变，而不同环境中的微生物种类也不同，我们不难想像微生
物的种类也必然非常繁多。只是由于微生物的发现比动植物要晚得多，分类和鉴定也比较复
杂，故目前已经发现确定的微生物种类仅在15万种左右，但一般估计，地球上总的微生
物种类不会少于动物和植物种类的和。
所以我们可以毫不夸张地说，微生物正是由于它们“小”的特点，
才使它们具有很多优势，可谓“小”得其所。
