谁是微生物中的巨人听听专家怎么说

Estimated read time 1 min read

近日,法国科学家从加勒比红树林浅滩中分离出一种名为华丽硫球菌(Giant Thiophilus)的新型细菌。 其尺寸达到惊人的2厘米,肉眼轻易可见。 细菌可以长到蠕虫那么大,这确实令人震惊。

那么,为什么我们将梅毒硫化球菌定义为细菌呢? 为什么它会长到这么大? 其他微生物中是否存在这样的庞然大物? 要回答这些问题,我们得从生物的分类以及各种微生物之间的联系和区别说起。

最主流的生物分类方法——三域理论

生物的分类对于人类来说是一个非常重要的科学问题。 只有正确分类,才能更有效地认识和了解不同的生物,从而更好地利用或保护它们。 目前,在生物学领域,主流认知是将生物体分为三类:细菌域、古菌域和真核域。 这种分类方法是基于核糖体RNA序列,而不是仅仅依靠物种之间的解剖学特征,具有比较高的科学性。

值得一提的是,病毒不属于上述任何一类。 这是因为病毒不具备脱离细胞独立生存的能力,只有感染细胞后才表现出类似生命的特征。 因此,在上述分类方法中,病毒往往作为非生物的补充而存在。

在三域理论中,细菌域和古细菌域的生物之间存在一定的相似性。 两者都是单细胞生物,细胞类型都是原核细胞。 但由于细胞膜脂质和核糖体RNA存在根本差异,细菌和古细菌被分为两个领域。 事实上,它们的祖先从大约 27 亿年前就开始相互独立进化。 可以说,他们是两种完全不同的生物。

需要说明的是,虽然古菌的名字中含有“古”字,但从进化的角度来看,古菌并不是“古细菌”,也不是现代细菌的祖先。 事实上,古细菌在进化上更接近真核生物,甚至被广泛认为是真核生物的祖先。

真核生物中虽然存在结构非常简单的单细胞生物,但其细胞本质上还是真核细胞,与原核细胞相比在结构上存在根本的差异。 真核细胞含有细胞核,因此得名真核细胞。 真核细胞还含有其他细胞器,如线粒体、叶绿体、高尔基体等。与真核细胞相比,原核细胞一般没有细胞内膜,没有已形成的被核膜包裹的细胞核,细胞内没有染色体,没有螺旋状的DNA链,并且以游离形式存在于细胞质中,细胞质细胞器(如线粒体或叶绿体)中没有膜。

总而言之,真核细胞的结构比原核细胞复杂得多。 我们日常生活中看到的各种动植物(包括人类)都是由真核细胞组成的,属于真核生物。

微生物巨头选拔,资质很重要

说完生物的分类,我们再来看看微生物应该如何分类。 微生物是肉眼难以直接看到的微小生物体的总称。 关于它们的分类实际上没有普遍接受的说法,也没有足够严格的生物学基础。

目前,生物界倾向于将微生物分为以下六类,即藻类、原生动物、真菌(真菌)、细菌、古细菌和病毒。 这六种微生物中的前三种属于真核生物域,细菌和古细菌各属于一个域,病毒属于非生物生物。 然而,对于我们这样的普通人来说,病毒的威力大家都见识过。 在我们的日常认知中,病毒早已被视为微生物的代表。

必须指出的是,在藻类、原生动物、真菌(真菌)这三类真核生物中,虽然很多成员都是非显微镜下看不清的微小生物,但也有不少“巨人”。 例如,真菌的代表蘑菇可以轻松长到惊人的大小。 例如,中国科学家在2018年发现了一种被誉为地球上最大真菌的蘑菇,长度达到12米。

然而,现有文献报道,1998年美国林务局科学家在俄勒冈州发现了一种奥氏蜜环菌。 通过不同地点的DNA检测结果,这种真菌的个体覆盖面积890公顷,可能已经在森林中生长了大约2400年。

有些人可能会说蘑菇是多细胞真菌,它们长到很大的尺寸并不罕见。 确实如此,但很多单细胞藻类和单细胞原生动物也可以生长到完全不好意思说自己是微生物的地步。 比如高中生物课本上提到的伞藻就是一种单细胞藻类。 其核位于基部,周围有假根,“帽”、“柄”等结构向上突出。 伞藻的大小实际上是2到5厘米,与微生物无关。 更夸张的是,一些单细胞藻类和单细胞原生动物的长度可以达到几十厘米甚至几米。

当然,如此巨大的单细胞物种,其实细胞内部并不只有一个细胞核,而是多个细胞核之间形成的一种所谓的“合胞体”形式。 它们之所以是单细胞物种,是因为在构成它们身体的结构内部,实际上没有细胞壁或细胞膜来分隔不同的细胞。

这样一来,真正的微生物巨头就只能在细菌、古菌和病毒中选出。

颠覆认知的微生物巨头

我们先来看看细菌。 在这种超巨型细菌被发现之前,世界上最大的细菌(体积)一直由纳米比亚嗜硫菌保持着。 1999年,这种细菌在纳米比亚大陆架的海洋沉积物中被发现。 其平均直径为0.1至0.3毫米,最大的个体甚至达到接近1毫米,大到足以用肉眼观察到。 我们非常熟悉的大肠杆菌的长度只有几微米,两者的体积相差数千倍。

此次发现的巨型硫孢菌,直接刷新了之前的记录数千倍,其长度可以达到夸张的2厘米。 它们不仅肉眼可见,而且用镊子也能轻松夹起,而且形状与人的睫毛相似。 如果用成人的身高来比较普通细菌的大小,巨硫霉的高度就是珠穆朗玛峰,是普通细菌的5000多倍。

与普通细菌相比,巨大嗜硫菌的DNA尺寸更大,遗传信息量约为大肠杆菌的三倍。 作为原核生物,它不具有与真核生物相同的核结构,但在其细胞内部,它有多个携带DNA的小细胞器。 围绕这些 DNA“核心”,蛋白质被大量合成,并增长到巨大的尺寸。 它的发现者最初并不认为它是一种细菌,但 DNA 测试证实这个庞然大物确实是一个独立的实体。

古细菌大多是生活在极端环境中的极端微生物,大多数人对它们了解不多。 目前最大的古菌大小约为十几微米,最大的杆状古菌长度可达近100微米(0.1毫米)。 然而,或许是受到生存环境的限制,人类至今还没有发现任何可以称得上“巨大”的古菌物种。

病毒结构简单,缺乏在细胞外独立生存的能力,因此被排除在三域理论之外。 当然,结构简单意味着尺寸小。 正是由于这个原因,病毒的发现比细菌晚了数百年。 直到电子望远镜发明之后,人类才真正观察到了病毒。 以新型冠状病毒为例。 它的尺寸只有120纳米,体积是大肠杆菌的百分之几。 然而,近年来,许多巨型病毒相继被发现,极大地颠覆了人类以往对病毒的认识。

2003年,法国科学家发现了拟菌病毒,其尺寸达到约400纳米。 它的发现也标志着巨型病毒开始进入人类视野。 目前,在人类中发现的最大病毒是2014年报道的广口瓶病毒。该病毒是一种双链DNA病毒,在西伯利亚永久冻土冰芯样本中发现。 其最大长度接近2微米,直径达到0.5微米。 其外观很像古罗马使用的广口陶罐,因而得名。 解冻的罐子病毒具有感染和杀死阿米巴原虫的能力,因此除了局部大小之外,人们还前所未有地担心全球变暖导致永久冻土融化可能释放未知病原体。

从某种角度来说,微生物才是地球真正的主人。 他们出现在地球的每一个角落。 从炽热的深海热液喷口到冰冻了数千年的永久冻土,微生物顽强地生存和繁殖,最终在地球的能量和物质循环中发挥着关键作用。 地球塑造微生物,微生物又塑造地球。 它们的进化堪称神奇的多样性,让人类不断突破对“生物学”概念的认识。 或许,未来,还会有更加巨大的微生物刷新微生物巨头的名单。

菌类文献/

更多精彩内容请下载科普中国客户端。

You May Also Like

More From Author