0

13
2

文字

分享

0
13
2

讓地球大氣層充滿氧氣的星球改造神器:藍綠菌──《藻的秘密》

臉譜出版_96
・2020/01/14 ・3382字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 524 ・七年級

  • 作者/茹絲.卡辛吉;譯者/鄧子衿

想回到 37 億年前,你可能需要先準備好「氧氣裝備」!

想像你自己來到三十七億年前的地球,在地球從宇宙塵埃聚集成行星之後,已經過了約七億五千萬年。

你站在一座岩石火山島上,往四面八方望去,只見富含鐵質的綠色海水延伸到地平線那端。你所在的這座島嶼上沒有植物,也沒有可供植物生長的土壤。因為土壤中含有植物被分解之後產生的有機成分,然而在三十億年前,地球上還沒有植物。

戴上裝備,出發!圖/pixabay

你可能要像是水肺潛水者那樣攜帶氧氣裝備,因為那個時候的地球上沒有氧氣。事實上,你周圍的大氣是由一氧化碳、二氧化碳和甲烷混合而成,其中可能還有氫氣、氮氣和二氧化硫,或許會致人於死,不過至少溫度是宜人的。

雖然當時太陽的亮度只有現在的七成,但是有二氧化碳和甲烷為地球表面保溫。當時地球自轉的速度是現在的兩倍,所以日出之後六小時就日落,這可能會讓你驚慌失措。

那時候月球和地球的距離是現在的十分之一,讓月球看起來有十倍大,在天空中非常明亮。由於距離地球很近,月球造成的重力效應也很強,海面漲落潮差超過數百呎。你或許可以看到月球上的隕石坑,不過可能得看日子。

當時地球上的火山活動比現在活躍,經常會噴出火山灰和硫酸到大氣中。在清晨與落日時分,天空會呈現黃色和橘紅色。

37 億年前的地球沒有臭氧層,那還有生命存在嗎?

當時地球上的海水量是現在的兩倍,但是水分子一個個消失了,因為大氣中沒有氧氣,也就沒有臭氧層。

曾經有水的金星,現在乾燥無比。圖/wikimedia

在沒有臭氧層的狀況下,來自太陽的大批紫外線能毫不受阻攔地轟炸水,讓水分子分解成氫和氧。比較輕的氫原子很快地逸散到太空中,氧原子則馬上和水中的礦物質結合。在沒有臭氧層的狀況下,地球會朝著毫無生機的狀況進展。金星的命運便是如此,曾經有水的金星,現在乾燥無比。

不過這時候的地球有海洋,海洋中棲息著單細胞細菌,以及類似細菌的單細胞生物—古菌(archaea)。這些微生物和其他所有生物一樣,都需要能量才能運作,以及製造更多細胞的組成成分,以便分裂複製。

它們的細胞壁堅硬,因此不可能經由掠食其他同類來得到能量。不過它們可以把細胞壁外的硫化氫吸收到細胞內,經由化學反應讓硫化氫的電子釋放出來,再利用這些電子合成暫時儲存能量的分子 ATP(三磷酸腺苷)。細胞利用 ATP 和溶解在水中的二氧化碳合成有機化合物,包括生長和生殖所需要的胺基酸、蛋白質、脂質和醣類。

現在地球上依然有許多這類化學自營生物(chemoautotroph),它們生活在海底熱泉,或是黃石國家公園充滿硫的熱泉等這些極端的環境中。但是差不多在你拜訪古代地球的時候(或是前後一兩億年),一種新的細菌在太陽下演化出來了。

黃石國家公園中的大稜鏡溫泉,有些藻類會生長在這樣極端的環境中。圖/wikimedia

這種細菌漂浮在海面下附近,因為含有葉綠素和其他色素而呈現藍綠色。這些色素能吸收含有太陽能量的光子。藍綠菌用這些能量把水分解成氫和氧,產生電子,製造 ATP。然後它們就和化學自營生物一樣,利用 ATP 合成有機化合物,這個過程稱為光合作用。藍綠菌把氧氣當成廢棄物排出, 因此這過程稱為產氧型光合作用(oxygenic photosynthesis)。這是非常複雜的過程,就連今日的科學家依然還沒有解開這個機制的細節。

藍綠菌具備的功能讓它們繁榮昌盛。古菌和其他細菌只是到處飄盪,企盼能遇到它們各自喜愛的化學食物,但是這種新出現的生物並不是分解水中偶然才能遇到的成分,而是分解無所不在的水分子。藍綠菌只要在有陽光的狀況下就能進食,因此繁殖的速度非常快,而且持續產出氧氣。(在二十億年中)這些氧氣飄到大氣中,形成具有保護作用的臭氧層,讓我們的藍色行星免於籠罩於沉沉死氣之中。1

藍綠菌和閃電竟然也有共通之處?!

如果這還不夠厲害,有些藍綠菌種類還有比舞動它們的藍綠色身段更厲害的技術。

地球上的生物需要氮,DNA、ATP、蛋白質和其他生物所必須的化合物中都含有氮原子。地球大氣中一直有很多氮氣,但是氮氣(N2)中的氮原子彼此結合得很緊密,生物無法直接運用。而閃電的電壓高達一億伏特,這等或是更高的能量能夠打破氮氣分子,讓個別的氮原子和氫或氧結合,形成氨、銨鹽(ammonium)或硝酸鹽等把氮固定起來的分子。

閃電可以固氮,但是如果生命只能依靠閃電,就永遠無法登上陸地了。圖/pixabay

但是棘手的地方在於閃電雖然壯觀,卻無法大量產生這類分子。如果生命只能依靠閃電,就永遠無法登上陸地。正當此時,藍綠菌登場了。它們能做到和閃電一模一樣的事,只不過是在微生物的尺度下。

藍綠菌成為地球上主要的固氮生物(diazotroph)。幸好藍綠菌樂於分享,它所固定下來的氮有一半會排入水中,可以被細菌和古菌吸收。如果沒有具備固氮能力的藍綠菌,海洋中的生物形式將會非常簡單,而且數量也不多,只因固定下來的氮不足。

有創意的藍綠菌,讓自己在固氮時,不被氧氣擊倒

不論在過去或現代,藍綠菌固氮都相當不容易。首先它們要能夠製造固氮酶(nitrogenase),這種酵素含有鐵和鉬,能催化固氮反應。除此之外,它們還要防範一個由自己製造的問題:氧氣。

這個問題是這樣的:氧原子的最外層有六個電子,因此它還要再抓住兩個電子,才能讓最外層有八個電子,形成穩定的狀態。早期的海水溶滿了鐵,而鐵原子在最外層有兩個電子,所以你可以想見會發生什麼事──藍綠菌拋棄的氧很快就會抓住鐵,如此一來,藍綠菌就沒有能用來製造固氮酶的鐵原子了。

藍綠菌得要有創意才行。有些藍綠菌在固氮的時候停止光合作用(這樣就不會釋放氧氣了),有些藍綠菌只在晚上不進行光合作用時行固氮作用(但如果沒有陽光照射就會發生混亂)。有些則和同種的其他個體合作,細胞彼此連接成細微的絲狀結構,就像是一串珠鍊。約有十分之一的珠子會停止光合作用,並且讓細胞壁變得更厚,以阻擋氧氣進入。這些特殊的細胞稱為異型細胞(heterocyst),專門固氮,會把含氮分子分享給左右細胞,換來糖類以維持生存。現在能固氮的藍綠菌依然採用這些方法。

藍綠菌要讓自己繁榮昌盛,真的不容易!

藍綠菌要散播到全世界,不只必須解決固氮的問題。它們還面臨兩難的困境:它們需要靠近海洋表面,但是又要避免紫外線破壞 DNA。

為此它們演化出一層細胞外的多醣類(由糖分子連接而的長鏈),稱為黏質(mucilage),它可能是世界上最早的防曬成分,也是它讓藍綠菌具有那典型的黏滑表面。最後,所有的藍綠菌都因為有黏質而變得黏黏滑滑。

總加起來,藍綠菌確實具有各種讓它自己繁榮昌盛的能力。大部分的藍綠菌每七到十二小時可以複製一次,換算下來,一平方呎的藍綠菌可以在兩天之內覆滿一間小辦公室的地板。有些種類的藍綠菌每兩個小時便複製一次,於是同樣的大小在兩天之內就可以蓋滿六座足球場。

不論是哪一種,最早的藍綠菌在數億年中複製的幅度,遠遠超過我們的想像。這段其間,它們也演化出許多不同大小和形狀的種類:球狀、卵狀、桿狀、螺旋狀或絲狀(數量最多的是圓形原綠球藻〔Prochlorococcus〕,它們在 1986 年才被發現,也是最小的藍綠菌,一茶匙的海水有四十萬個原綠球藻)。

藍綠菌如果漂浮在水面上,並且經由黏質黏在一起,就會形成綠色的團塊。這些團塊會吸收當時在水中漂蕩的各種成分,包括碳酸鈣和碳酸鎂之類的礦物質,以及其他死亡的微生物而變得愈來愈稠密。自始至終,這些活生生的藍綠菌能夠藉由黏質滑動,往有陽光的海面移動,並持續增殖。

註解:

  1. 最早進行光合作用的生物並不會造氧氣,它們以紫色的色素吸收近紅外線,從含硫化合物中取得電子,把細小的純硫顆粒當成廢棄物排出。它們沒有如同近親藍綠菌那般昌盛,但是依然能夠在現在無氧的水中續存。

——本文摘自泛科學 2020 年 1 月選書《藻的祕密:誰讓氧氣出現?誰在海邊下毒?誰緩解了飢荒?從生物學、飲食文化、新興工業到環保議題,揭開藻類對人類的影響、傷害與拯救》,2019 年 12 月,臉譜出版

 

文章難易度
臉譜出版_96
64 篇文章 ・ 244 位粉絲
臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

0

1
1

文字

分享

0
1
1
當人們對細菌一無所知、當醫生不洗手:生產,就像是去鬼門關前走一趟──《厲害了,我的生物》
聚光文創_96
・2022/09/13 ・1767字 ・閱讀時間約 3 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

無知的代價:產褥熱

故事說到這裡,此時此刻,人們依然只能透過顯微鏡、放大鏡等工具,追尋微生物的芳蹤。當然啦,發現微生物是一回事,要確認這些微生物與特定疾病的相關性,並且證實它們的致病性與致病機制,則完全又是另一回事。

在那個對微生物一無所知的年代,該有多可怕?圖/envatoelements

然而,產業救星巴斯德先生在拔了一根草、測了測風向以後,敏銳的發現,風向是會改變的。在與微生物和疾病的永恆戰鬥中,人類也不會永遠的屈居下風。

巴斯德的重心,逐漸從化學轉移到微生物之上。他雖然不是醫生,也不是婦女,卻對婦女的生死大關特別有興趣。

在十八世紀到十九世紀之間,有多達百分之三十的婦女,會在生產後的「產褥期」,受到細菌感染而持續發燒,稱為「產褥熱」(puerperal fever)。

當時,產褥熱的致死率相當高,一旦受到感染,有百分之七十五的產婦可能會挺不過去,一手接生一手送死,悲傷的故事在醫院裡不斷上演。

被忽視的警告:「不要碰完屍體去接生!」

一八四三年,美國醫生霍姆斯(O. W. Holmes)在論文中提到,不少醫生會在解剖完屍體之後,再為產婦進行接生,這些產婦中,染上產褥熱的比例也偏高。

但是,當時的醫學界並不認同霍姆斯的觀點,將他的提醒當成了耳邊風。

進產房前,別忘了先寫遺囑!圖/聚光文創

與此同時,在著名的維也納大學醫學院中,匈牙利醫師塞麥爾維斯(Ignaz Philipp Semmelweis),正為了附屬醫院中,遲遲無法下降的產婦死亡率而苦惱著。

即使進行了詳細的大體解剖,塞麥爾維斯也無法找出產褥熱的原因,只能眼睜睜的看著產婦一邊期待著新生命的降臨,一害怕著死神將揮舞著鐮刀,收割她們的性命。

心痛的塞麥爾維斯,於是將目光轉向產房細節。他注意到,如果產婦居住在解剖室旁的產房,產褥熱的比例更居高不下;反觀助產士教學病房裡的產婦,死亡率就明顯較低。

塞麥爾維斯於是推測,或許在屍體中帶有某種毒素,經由負責解剖的醫生、實習生的雙手,在接生或產檢之際進入產房,造成了產婦的死亡。

只是洗個手,死亡率剩下原本的 1/4

一八四七年,塞麥爾維斯決定,要求產科裡所有醫生、實習生,特別是那些剛進行過大體解剖的小夥伴們,在為產婦接生或檢查之前,務必要用肥皂與漂白水浸泡、清洗雙手,並澈底刷洗指甲底下的汙垢。

果不其然,一個簡簡單單的洗手動作,就讓院內產婦的死亡率,從百分之十二下降到百分之三!可喜可賀!

即使塞麥爾維斯發現「洗手」就可以降低產婦的死亡率,但它的發現並未被醫界重視。圖/envatoelements

按照常理思考,我們可以大膽推測,接下來的劇情發展應該是:「塞麥爾維斯被譽為英雄,他所推行的洗手習慣,立刻被全世界廣泛採用……」

NO~NO~NO,塞麥爾維斯拿到的,可不是這麼簡潔、老生常談的劇本,故事尚未劇終,本章節依然未完待續。

事實上,他的重要發現並沒有受到醫學界的認可,連病房主任也說,死亡率的下降,是醫護同仁們用心禱告的結果,跟洗不洗手什麼沒啥關係。

不僅論點違背主流風向,許多醫生甚至覺得,塞麥爾維斯的說法,根本就是在說「醫生手很髒」或「病從醫生來」,對此,他們表達強烈的不憤怒與不滿。

讀到這裡,我們或許會覺得,只是洗個手,有那麼痛苦那麼難嗎?殊不知,即便是疫情當前的今日,對於這個倡導手部衛生的建議,依然有人會感到不滿與抗拒。

如此一想,一百多年前的醫生們不想洗手,好像不是多麼不可思議的事情了。

沒想到竟然連醫生都會不想洗手!圖/聚光文創

──本文摘自《厲害了,我的生物》,2022 年 8 月,聚光文創,未經同意請勿轉載。

聚光文創_96
6 篇文章 ・ 2 位粉絲
據說三人出版社就算得上中型規模,也許是島嶼南方太過溫暖,我們對出版業的寒冬始終抱持著浪漫與天真。 作者們說,出版市場很艱困,但我們依然想在翻譯領軍的文學市場中,為本土的作者、原創故事發聲。 喜歡做為升學孩子減輕壓力的書,不要厚重百科類型、沒有艱澀的專有名詞,很多重大發現的背後故事更值得我們好好品味。

1

1
1

文字

分享

1
1
1
葡萄酒變酸了?這可不能忍!巴斯德揪出「乳酸菌」,成功拯救法國的釀酒業──《厲害了,我的生物》
聚光文創_96
・2022/09/12 ・2154字 ・閱讀時間約 4 分鐘

國安危機!為什麼葡萄酒變酸了?

在上一集中,我們聊到了十七世紀,荷蘭科學家 aka 手作達人雷文霍克,以他那充滿手工溫度的兩百五十臺顯微鏡,以及一百七十二塊鏡片,為世人展示了「微型動物」(微生物)的世界。

然而在雷文霍克之後,除了斯巴蘭札尼神父曾經投以關愛的眼神,做了一些相關的實驗與研究,微生物似乎逐漸被眾人遺忘。

一直到微生物學的奠基者,巴斯德(Louis Pasteur)的出現,微生物的存在終於開始閃閃發光。一開始,巴斯德是打算進行「自然發生說」的相關實驗,沒想到,一個可能動搖國本的問題卻找上了他。

巴斯德(Louis Pasteur)被譽為微生物學的奠基者,也是研發出狂犬病疫苗的科學家。圖/Wikipedia

在浪漫優雅的法國,飲酒文化與釀酒事業同樣歷史悠久,然而,當時的酒商與釀酒廠負責人卻天天急得跳腳,一點也浪漫不起來。

原來,釀酒這門手藝太過精細,只要一不小心,酒廠生產的酒很可能就會酸化變質,不僅造成商譽與營運的巨大損失,也會影響市場供應的穩定性。

生活不能缺少微醺的感覺,釀酒業的危機,簡直就是國安危機,巴斯德義無反顧的決定伸出援手。

於是,巴斯德拿出科學家的精神,仔細研究了整個釀酒過程,收集、觀察製程中,不同時間的發酵液,並且分析、比較這些酒液的不同。

經過一次一次的培養與試驗,巴斯德終於發現,在顯微鏡下,正常的發酵液中,有一種形狀圓圓的球體小生物(也就是酵母菌);而那些發酵失敗、變酸的酒液中,則可以看見一種又細又長的桿狀小生物(乳酸菌是也)。

乳酸菌平常也許是不錯的東西,但要是跑到酒裡面可就不好了。圖/envatoelements

抓出讓酒精變質的小小兇手

一八五七年八月,巴斯德發表了他的研究成果,這篇論文,可以說是現代微生物學的開山之作。論文中指出,發酵,是涉及某些特定的細菌、黴菌、酵母菌等微生物的活動。

這些研究不僅拯救了釀酒業,也影響著食品業與醫藥產業。當時的科學界一度認為,發酵與食物腐敗、傷口發炎等現象,是可以畫上等號的,因此啟發了一名外科醫師的抗菌革命之路(這段故事我們後面再聊,先賣個關子)。

回到釀酒業的危機處理之上,雖然揪出了讓酒變酸的凶手,但巴斯德的工作還沒有完成,還得找出一勞永逸的方法,才算是功德圓滿。

經過一番苦思冥想,巴斯德最後採用的是加熱滅菌法,這種方法,如今也被稱為「巴斯德消毒法」(pasteurization)。

我們都知道,加熱是個有效的滅菌方式,巴斯德將釀好的酒,短暫、而且小心翼翼的加熱,直到攝氏五十至六十度,藉此殺死那些可能讓酒變質的細菌。如此一來,不僅能讓酒長斯保存,也不會犧牲酒的口感,是不是很讚!

感謝巴斯德讓我們今天能喝到沒有壞掉的酒。圖/聚光文創

陷入絕境的養蠶業:蠶寶寶為什麼會生病?

感謝飛天小女警,啊不,是巴斯德的努力,一天又平安的過去了,釀酒業終於恢復了平靜。然而,一八六五年,法國農村再次遭遇危機。

雍容華貴的絲綢,是廣受貴族喜愛的高級布料,養蠶、攪絲、織布,也是當時法國農村的一大主力產業。沒想到,一種傳播快速、並且容易致死的疾病,卻在蠶寶寶界蔓延開來,蠶農們對此束手無策,養蠶業因此陷入絕境。

在昔日師長的建議之下,巴斯德決定投身於蠶病研究,為蠶寶寶尋得一線生機。

在此之前,他並沒有養過蠶,也缺乏相關知識。於是他動身前往法國南部,花了五年的時間,在第一線的蠶病疫區進行研究。

透過顯微鏡,巴斯德在病蠶的身體裡,發現了一些微小的病原體。

不曉得大家小時候有沒有養過蠶寶寶呢?圖/envatoelements

同樣的,溯源之後還得找出根治方法,巴斯德除了研究鑑定方法,以幫助蠶農辨認染病的蠶寶寶之外,也建議蠶農對病蠶進行隔離。

篩檢與隔離,加上選擇性育種與提高蠶群的清潔度,巴斯德提出的「蠶界防疫新生活」,不但拯救了無數蠶寶寶的性命,也讓瀕臨崩潰的法國絲綢獲得喘息。

在釀酒業與養蠶業分別取得成功之後,巴斯德於是將目光從經濟產業轉向醫療產業。

這些肉眼看不見的微生物,既然可能讓酒變酸,也可能讓蠶生病,是不是也可能引發人類的疾病?如果真是如此,只要知道如何躲避生物的攻擊,或許就能增加戰勝疾病的可能性。

大家努力待在家防疫的時候也別忘了記得動一動。圖/聚光文創

──本文摘自《厲害了,我的生物》,2022 年 9 月,聚光文創,未經同意請勿轉載。

所有討論 1
聚光文創_96
6 篇文章 ・ 2 位粉絲
據說三人出版社就算得上中型規模,也許是島嶼南方太過溫暖,我們對出版業的寒冬始終抱持著浪漫與天真。 作者們說,出版市場很艱困,但我們依然想在翻譯領軍的文學市場中,為本土的作者、原創故事發聲。 喜歡做為升學孩子減輕壓力的書,不要厚重百科類型、沒有艱澀的專有名詞,很多重大發現的背後故事更值得我們好好品味。

2

5
4

文字

分享

2
5
4
肉眼可見的「微生物」!科學家發現有史以來的最大細菌,平均長度大於 0.9 公分
細菌姐姐
・2022/07/25 ・2659字 ・閱讀時間約 5 分鐘

最近在《科學》(Science)期刊中刊出了一篇震驚微生物界的新發現!科學家們發現肉眼可見的超大細菌!

科學家找到了用肉眼就可以觀察到的細菌。圖/envato

從國中的生物課我們就學過,細菌是肉眼看不到的,必須透過顯微鏡才能觀察。細菌的大小,一般而言的認知是微米級(micrometer, μm),多數細菌的單一細胞直徑約為 2 微米左右。

然而,科學家們從美國紅樹(Rhizophora mangle)腐爛的葉子表面發現了一種很特殊的細菌 Candidatus Thiomargarita magnifica,它的細胞直徑平均大於 9000 微米( 0.9 公分)那麼這個「公分級(centimeter, cm)」的超巨大細菌究竟是何方神聖?

為什麼這個細菌可以這麼大?這麼大的細菌還算是微生物嗎?讓我們來一探究竟!

巨大細菌家族

其實早在 20 世紀中期就有許多巨大細菌的紀錄,例如芽孢桿菌綱 (Bacilli)中的幾種細菌、Sporospirillum屬和梭孢菌屬(Fusosporus)的細菌。然而,許多菌株在保存中遭到污染或是遺失,導致許多菌株沒辦法再取得,使得先前對於巨大細菌的研究資料非常有限。

目前已知的巨大細菌家族,包含:

  • 螺旋菌門(Spirochaetes),最長菌株紀錄為 300 微米。
  • 厚壁菌門(Firmicutes)中 Epulopiscium 屬的細菌,最長菌株紀錄為 600 微米左右。
  • 藍菌門(Cyanobacteria),最長菌株紀錄為 100 微米。

除此之外,許多硫化菌也常為巨超大細菌,例如變形菌門(Proteobacteria)中的 Beggiatoa 屬與 Thiomargarita 屬,也分別有超過 200 微米與、300 微米的紀錄。

細菌雖然有很多 200、300 微米的紀錄,但能夠長到 9000 微米是首次觀察到。圖/envato

到此,你應該清楚地發現,在 Candidatus Thiomargarita magnifica 被發現以前,在已知的細菌中,幾乎沒有長度超過 1000 微米,甚至接近 10000 微米的紀錄。

為什麼巨大細菌可以這麼大?

許多巨大細菌都有一個共通點:在細胞中央有一個超大的液胞 (vacuole),這個液胞內儲存的物質目前學界推測主要是硝酸鹽(nitrate)。

細菌的細胞生長往往高度依賴化學滲透作用,所以距離越遠,滲透作用越受限,因此細菌細胞沒辦法長得太大;然而,超大的液胞擋在細胞中央的話,這樣一來,化學滲透的傳導媒介的空間變小,細菌生長的限制就變小了!

既然這個新發現的超巨大細菌有辦法長得這麼大,細胞大小比一般的真核生物細胞(真核生物的細胞大小一般為 10-20 微米左右)還大,甚至還具有類似真核生物的液胞胞器(多數原核生物沒有液胞)。

那麼,這樣的細菌在演化上是否和真核生物具有某些相似之處呢?

超大液胞的巨大細菌:擁有真核生物特色的原核生物

從許多方面來看,巨大細菌確實具有許多類似真核生物的構造和特色。

除了細胞中央具有超大液胞之外,有趣的是,在許多巨大細菌中經常會發現,細胞之中具有特化獨立細胞膜的胞器(organelle),這個胞器內具有遺傳物質(如 DNA)和核醣體,科學家們推斷這疑似是原始的內共生構造(putative symbiont / intracytoplasmic structures)。

穿透式電子顯微鏡下菌大細菌的細胞:細胞膜(大箭頭)外為細胞壁(星形)、每個胞器被膜區隔(小箭頭),胞器內有多個囊泡(米字)。圖/參考資料 3

在此之前,基本上未曾在細菌或古菌的細胞中發現這種類似於真核細胞才具有的,可以同時獨立儲存遺傳物質和核醣體的有膜胞器。

註:細菌是原核生物,理論上不具有獨立細胞膜的胞器。

不僅是細胞內結構類似於真核生物,這個超巨大細菌 Candidatus Thiomargarita magnifica 的基因體非常的大,大小約為 1150 萬到 1220 萬個鹼基左右。其基因體大小幾乎和屬於真核生物的酵母菌(Saccharomyces cerevisiae,基因體大小約為 1210 萬個鹼基)所差無幾。

更甚者,在這株細菌上觀察到具有兩種不同的生長階段:生長期和傳播期(dispersive stage)。

生長期會慢慢長成細長類似於菌絲(filament)的形式,而傳播期間菌絲尖端(apical bud)的細胞會開始脫落以利散佈到環境之中,這樣的狀況和許多真菌傳播孢子(spore)的方式極為類似。

至於巨大細菌會不會是原核細胞演化成真核細胞過程中的過渡階段,可能還需要更多的研究進一步證實;但無庸置疑的是,巨大細菌確實擁有許多真核生物所具有的特色

這麼大的細菌,還算是微生物嗎?

什麼是微生物(microorganisms / microbes)?

在很早以前的微生物定義一般而言是:需要透過顯微鏡才能觀察到的微小生物,稱之「微生物」。

隨著科學演進,定義持續在修正,廣義的微生物包含:細菌(bacteria)、古菌(archaea)、真菌(fungi)、原生生物(protists)、病毒(viruses)等的微小生物。

其中,尤其是原核生物,之所以會這麼小,有很大的原因和細胞內營養傳遞受限於化學擴散作用,如果細胞太大,那養分運送時間就相對會拖得很長,不太可能在短期內快速繁衍,因此多數原核生物的細胞都非常的小。

但是,讓科學家意想不到的是,細菌竟然演化出了克服化學擴散作用,並且在高硫化物環境下生存的方式,進而演化出超大的細菌細胞。

從親緣關係上來看,這樣的巨大細菌是這些身為「微生物」的一般細菌的近親,理論上也算是「微生物」;但如果是從最早的微生物定義來看,這樣的細菌已經不再是「小到需要透過顯微鏡才能觀察到的生物」。

除了巨大細菌以外,其實,像是我們常見的麵包上的黑黴菌(bread mold,一種真菌)、或是森林裡的黏菌(slime mold,一種原生生物) 我們也都可以直接看到,但是兩者也都是普遍被認為的「微生物」。

麵包上會長一些黴菌。圖/維基百科

這麼大的細菌、真菌、和原生生物,「既可以是微生物,也不是微生物」,主要取決於定義的角度。

讀到這裡的你,也許會重新反思我們從小學習的細菌認知。

細菌依舊無所不在,但卻不一定是看不到的存在。

參考資料

  1. Levin PA. (2022). A bacterium that is not a microbe. Science 376 (6600): 1379-1380, doi: 10.1126/science.adc9387
  2. Ionescu, Danny and Bizic, Mina (July 2019). Giant Bacteria. In: eLS. John Wiley & Sons, Ltd: Chichester. doi: 10.1002/9780470015902.a0020371.pub2
  3. Volland J-M, Gonzalez-Rizzo S, Gros O, Tyml T, Ivanova N, Schulz F, Goudeau D, Elisabeth NH, Nath N, Udwary D, Malmstrom RR, Guidi-Rontani, Bolte-Kluge S, Davies KM, Jean MR, Mansot J-L, Mouncey NJ, Angert ER, Woyke T & Date SV. (2022). A centimeter-long bacterium with DNA contained in metabolically active, membrane-bound organelles.  Science 376: 1453-1458, doi: 10.1126/science.abb2634
  4. Willey, J., Sherwood, L. and Woolverton & C. (2013). Prescott’s Microbiology:9th Revised edition. London: MCGRAW HILL HIGHER EDUCATION. 
所有討論 2
細菌姐姐
2 篇文章 ・ 0 位粉絲
一位熱愛細菌學和微生物生態學研究的研究生,尤其喜歡細菌和其他微生物或動植物之間的互相依靠或是激烈戰爭。 總覺得微生物和動植物的互動和人類的社會很像。期待透過科普的文字將更多人感染成細菌學和微生物學愛好者。