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為何細菌是迷人的小東西

陳俊堯
・2015/11/15 ・3993字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 477 ・五年級

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原來除了可怕的病原菌之外,還有其它細菌

人有很多種。有的人想用自已的專長幫助別人,於是讓自已變成醫生工程師,應用自已的專業能力來改善別人的生活。有一些人則是管不住自已的好奇心,就是想要把這地球上有什麼奇怪東西怎麼運作搞清楚。這種人大概適合變成科學家。那對於研究細菌的細菌人來說,到底是被什麼東西挑起了好奇心,而會願意每天花大量時間把玩細菌呢?

細菌人只是好奇心比較重,不是比較笨或比較愛冒險而要去玩做容易讓自己生病的事。細菌並不都是會讓人死掉的病原,事實上病原菌只是這個星球上眾多細菌裡的一小撮特異功能者,大部份的細菌其實應該是不會跟人打交道的。那人為什麼要跑去跟細菌打交道呢?我很好奇為什麼大學生會對這個在高中時幾乎不認識的小東西產生興趣,於是訪問了自己研究室裡的年輕細菌人們,看看他們到底是被細菌的哪一點煞到才走上這條路的。下面是問到的答案,加上我自己的理由,一起整理出來讓大家參考,你也可以順便看一下自己心裡是不是也藏著一個未現身的細菌人。

細菌是別人看不見的神秘生物

基本上,生物學家的工作是在偷窺人家的生活。而一個環境微生物學家,有上百萬種個體型微小的對象可以偷窺。只是想要偷窺細菌的生活,可不是件簡單的事。

細菌很小,真的很小,500 隻細菌連起來才大概等於一公釐,那是你小學時直尺上面最小的刻度。要看見它們,你必須借助顯微鏡來幫忙。如果你在顯微鏡下看過數千隻細菌像煙火一樣往各個方向高速來回亂竄,那絶對是個永生難忘的畫面。每隻細菌都用盡全力向前直線衝刺,路上撞到別人,暫停,轉個方向又繼續向前衝去,那真是個好忙好忙的世界啊。當你檢視染過色的抹片,在顯微鏡下看著視野裡成千上百隻細菌,就像空拍機飛過反核遊行隊伍上空,向下看著路上密密麻麻的人群一樣,每個黑點都是一個獨立的生命。這些細菌都有相同的血緣,都是由同一隻細菌辛苦分裂生成的,如果在人類社會裡都該算是兄弟姐妹。你在看的是一個有百萬個成員的大家庭啊!人和細菌真的是很不一樣,當你可以跟別人分享這些平常人沒機會接觸或想像的新世界,就是一種說不出的得意。你看過嗎?沒有厚?

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細菌人收集自已的神奇寶貝

我問研究室裡的學生細菌哪裡迷人。有人告訴我說,養細菌像養寵物,而且是很棒的養寵物經驗。

細菌很小。為了要研究它們,我們會把細菌塗在一種叫做培養基的細菌專用果凍上,用果凍裡的養份支持細菌生長。一直要等到細菌從一隻長成一個百萬軍團時,它們的總體積才大到可以被我們的眼睛看見,才能被拿來做各種研究測試。如果你像我一樣喜歡認識自然環境裡來的細菌,你會想拿起一點水裡綠色的泥巴,看看自己抓到了什麼。但是你並不能馬上看到你的獵物,你得把樣本放在培養基上塗一塗,接下來要抱著等開獎的忐忑心情等上一天兩天三四天,直到原本在你樣本上的一隻細菌長成一個軍團後,你才知道知道幾天前自己到底抓到了什麼東西。

好了,你的細菌長成軍團了。長成的菌落外型可能是平的圓的花朵狀放射狀丘陵狀寶塔狀,顏色可能是白色黃色橘色紅色綠色藍色黑色半透明,千奇百怪。它們可能具備你完全猜不到的奇異能力,而你就像看到首次出現在面前的神奇寶貝一樣,要決定是不是該努力收服它,把它變成自己的收藏。不過我們不用神奇寶貝球收藏細菌,而是請它們待在零下八十六度的冰宮裡,等到下次需要它們的時候,再讓它們從冰凍中甦醒過來。

而且養這種神奇寶貝不怕火箭隊來亂,因為能探險的地方太多了,沒什麼好搶的。我們需要更多人手來收服這些神奇寶貝。

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細菌活在一個我們要有縮小燈才能體會的世界

基本上,生物學家是在偷窺人家的生活。而一個環境微生物學家,有數百萬種對象可以偷窺。

不過,細菌感受到的世界跟我們的很不一樣,你得有縮小燈才能親自體驗。在這種尺寸下,水的表面張力是難以想像的大。一粒土對細菌來說是數百倍身長,以人的比例相對來說,要比 101 大樓還高得多。土粒的外界接觸空氣,往中心走一點就沒有氧氣了。想像你是大樓裡的住戶,每層樓的環境都不一樣,你在家裡活得很舒服,可是在你家樓下五層樓的地方環境就改變到讓你活不下去,這大概就是細菌感受到的土粒了。細菌是要住在土粒表面吸附的水層裡的,而這土粒在風兒輕輕吹過時,水分可能快速蒸發,瞬間水世界就變成了沙漠,一群細菌可能就成了冤魂。

細菌的生活很辛苦,而且很容易死翹翹的。

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細菌小歸小,還挺奸邪的(稱讚)

在研究細菌,關注細菌本領很多年之後,我必須說我很佩服這些小傢伙。你知道在生物界裡,體型大的生物在搶資源時比較佔優勢。不過,細菌很小。你知道一個生物如果基因多,能用的工具也就多,可是細菌的基因跟人比起來也少得可憐。細菌能存活下來的秘招是分工合作。有的細菌會在同種間分工合作,有的長成生物膜生物毯跟不同種的細菌合作,有的找動物植物搭擋。有的細菌把動物植物當成食物,揮軍攻入這些多細胞生物的體內,那個危險程度像是反抗軍闖進死星一樣,噢,而且是徒步行軍進去。

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這個行星上到處都有細菌,各自以自己獨特的方式活了下來。

而人類經常是它們的手下敗將,如果免疫系統擋不住細菌的攻擊,下場就是被送進醫院,要靠醫生把我們從鬼門關救回來。不過當你坐下來研究人類為什麼會敗在小小的細菌手上時,你才會發現細菌是可敬的對手,它們的武器系統精巧得可怕。拿人類宿敵沙門氏桿菌為例,它們打不過腸道裡的其它細菌,於是跑來招惹我們的免疫系統,讓免疫細胞進來大屠殺。我們的免疫反應殺不死沙門氏桿菌,卻幫它們清除了其它細菌。沙門氏桿菌還能拿戰場上留下的分子來當養份生長,所以我們免疫系統的介入反而成就了它的霸業。

不過這絶對不是細菌好聰明,居然研究出這樣一套精良的戰術來打倒人類。細菌不聰明,它們只是一直讓子弟兵同不同戰術進攻,試久了總會賭到好方法。而我們在這裡,坐著欣賞這巧妙的攻防對戰。

細菌社會比人類社會還複雜

細菌原地分裂,所以常常會是一大群自己人住在一起。當我們研究一種細菌時,我們是在研究一個社會,而且每隻細菌可能都有點不一樣。細菌間會對話,然後可能在溝通後改變行為。

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海底、土壤、腸道是三個微生物多樣最高的微米生物世界。在這些地方隨便採個樣本都會有數百個種類同時存在,如果要算任兩物種間的互動關係,一共是西五百取二這麼多種(還記得排列組合嗎),再加上真菌原生生物藻類線蟲等等,一跎大便就複雜到像是一個宇宙。環境微生物學家花很多時間想要搞清楚在同個地點會有哪些細菌住在一起。這種心情就像你來到閃靈的演唱會現場,心裡預期著今天來的大概都會是熱血青年吧。結果你很驚訝地看到有七十歲阿公跟五歲小朋友出現在人群裡。於是你的好奇心被揚起,想要知道為什麼他們會出現在這裡。追上去訪問後你可能會發現小朋友是走錯路跑進來的,或者發現原來阿公也喜歡黑死金,於是你修正了你對老人家的定義,原來也有喜歡這種音樂的老人家。

對生物學家來說一座森林裡的動物植物已經夠複雜了,如果再加上土壤裡不知道有多少的微生物,我們就有了說不完研究不完的故事了呀。不過,以人類有限的智慧和時間,還真的是不知道有沒有可能把這一大團複雜成這副德性的關係搞清楚。

已經有很多先驅者投入這個叫做微生物生態學的研究領域,設法搞清楚這些微生物之間的關係,以及環境和微生物之間的關係。有點像是把過去研究動物植物生態的方法,放進微觀的世界裡來檢驗。台灣也有不少對微生物生態有興趣的研究人員,幾年前組成了個台灣微生物生態學會,來分享彼此的經驗。而以生態角度來看醫學問題的新嘗試,這些年也在各國的研究裡逐漸出現,舉個例子來說,像是抗生素造成細菌抗藥性的演化,如果改用抑制毒性但不殺死細菌的治療策略,就不容易出現抗藥性了。過去以為八竿子打不著的生態學和醫學,現在開始出現有趣的交集了。

細菌鋪滿整個地球。現在是,未來也會是。

動物出生時細菌早已鋪滿整個地球,而且已經在地球上住了二十幾億年了。所以我們其實是住進了細菌的家,在它們家裡任意改變環境。細菌長上了我們的身體,經過長時間的互相篩選之後,我們身上帶著一群和我們維持友好關係的細菌。

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這一路上從農業興起、工業革命走到電腦時代,人類的生活方式出現很大的改變,但是我們自己的生理反應和與細菌間的關係都還來不及好好調整。過去我們大腸裡的細菌可以幫忙把我們消化不了的纖維素轉換成短鏈脂肪酸,而我們的腸壁會回收這些脂肪酸來當做養份。這是一種細菌幫助盟友的好行為,對當時人類的生存有利。不過同樣的細菌在現在這個營養過剩的時代裡,反倒因為提供太多養份,而被當做助長肥胖的兇手。我們認為施肥用藥可以加速農作物生長,來餵飽世界上的人。而當你增加土壤裡的養份,除掉原本覆蓋土壤的雜草,或者用藥確保作物不會沾染上病原時,這些農業操作都會對微生物造成影響。只是這些影響有多大,對這些細菌原本承擔的生態功能會有什麼影響,我們真的才開始瞭解而已。

全球的細菌人們還在努力弄清楚細菌跟我們老祖宗到底建立了什麼默契,還在弄清楚細菌怎麼在地球上生存以及怎麼維持地球上的各種循環。這樣來描述我們現在的狀況好了: 我們在高速行駛的失控火車上,然後大家還在努力查字典想讀懂以外星球文字書寫的火車操作說明。我們來不來得及在火車撞毀之前重新找到解決的方法呢? 我不知道。我們是在找解救自己的方法,如果最後真的來不及的話,我們會從地球上消失,而地球不會毀滅,而是會重新回到細菌的手上的。

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陳俊堯
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慈濟大學生命科學系的教書匠。對肉眼看不見的微米世界特別有興趣,每天都在探聽細菌間的愛恨情仇。希望藉由長時間的發酵,培養出又香又醇的細菌人。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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蓋房子高手?建築業的未來新星:科氏芽孢桿菌——《細菌群像》
麥田出版_96
・2023/03/12 ・1528字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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  • Bacillus cohnii   
  • 科氏芽孢桿菌
  • 形狀:圓
  • 直徑:0.6 至 0.7 微米
  • 前進:使用布滿細胞表面的鞭毛
科氏芽孢桿菌。圖/《細菌群像》。

會產生石灰的細菌

細菌不僅可以用於生產食物或提煉金屬,還可以用來建造橋樑和房屋。

例如科氏芽孢桿菌,這是一種一點都不起眼,但會產生石灰的細菌。它喜歡鹼性的生活環境,像是酸鹼值可達八的馬糞裡。但它也生活在鹼性更強的環境,全世界都有其蹤跡,甚至在歐洲、非洲、南美、土耳其的鹼湖裡,它會利用溶在湖裡的碳酸鹽產生石灰。

此細菌最初是在一九九○年代初期,德國微生物及細胞培養保藏中心的細菌學家在尋找偏好鹼性環境的新菌種時所發現,當時的土壤樣本來自一個鹼性土壤的牧場,裡面還殘留著馬糞。

科氏芽孢桿菌除了能夠忍受酸鹼值超過十二的強鹼,相當於氣味刺鼻的氨水的酸鹼值,還能形成孢子渡過長時間的乾旱期。細菌孢子的特性是具有極強的抵抗力,可以存活數十年或數百年,在特定的條件下甚至超過數百萬年(球形離胺酸芽孢桿菌(→ 78頁)還有發芽的能力。

科氏芽孢桿菌的名字源自於德國細菌學家費迪南.尤利烏斯.科恩(Ferdinand Julius Cohn),細菌學的奠基者,也是一八七二年第一個鑑識出芽孢桿菌屬這種小桿形細菌的學者。

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研發能「自行修復」的混凝土

科氏芽孢桿菌能生活在鹼性環境中,能產生石灰,孢子經過長時間還具有發芽能力。結合這三種特性,令建築業對之產生興趣。一位荷蘭微生物學家專門研究會產生石灰的細菌,並嘗試研發出一種能自行修復的混凝土。

科學家試圖利用科氏芽孢桿菌研發出能自行修復的混凝土。圖/envatoelements

他的做法是將細菌孢子與銨鹽、磷酸鹽及養分混合在一起,封裝於黏土球裡,然後將這粒只有幾公厘大小的顆粒加入強鹼性的混凝土中。混凝土硬化後若一直保持緊密,便無事發生。但如果出現裂縫,開始長時間滲水,細菌孢子就會開始萌發。當細菌繁殖分裂,會消耗添加進去的物質,並不斷產生碳酸鈣填補裂縫。一道幾公釐寬的裂縫,只需數天時間即可修補完畢。

如此一來,科氏芽孢桿菌就可以解決混凝土結構出現裂縫的難題,否則定期必須進行的繁複維修,造成的損失可高達數十億歐元。除此之外,此細菌也能用在保護現存的建築物,在噴塗混凝土或修復液中皆已測試添加此細菌,用在已出現細微裂縫的建築構件上。

不過,此項產品至今尚未成熟,黏土顆粒仍然占據太多空間,進而影響混凝土的穩定性。還有載體材質、養分及混凝土之間的交互作用,以及孢子平均分布與釋放,與石灰形成的速度及過程等等,都還在改良中。如今,研究人員也測試其他能形成石灰的細菌是否適用。不過無論如何,科氏芽孢桿菌可說是混凝土生物修復劑的先鋒。

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科氏芽孢桿菌這類會產生石灰的細菌,現在也運用在其他目的上。一家德國公司利用它來黏走採礦產生的灰塵。方法是將細菌加入培養液裡,灑在布滿灰塵的泥土上,六至四十八小時內就會產生石灰,將灰塵顆粒黏在一起形成砂岩,即固化灰塵。從前為了抑制灰塵,礦業公司必須使用大量的水,如今,藉由細菌的幫忙,就可以省下這些水了。

——本文摘自《細菌群像:50種微小又頑強,帶領人類探索生命奧祕,推動科學前進的迷人生物》,2023 年 3 月,麥田出版,未經同意請勿轉載。

麥田出版_96
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1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。

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高效率生存!生物界的空間利用大師:遍在遠洋桿菌——《細菌群像》
麥田出版_96
・2023/03/11 ・1874字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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  • Candidatus Pelagibacter ubique 
  • 遍在遠洋桿菌
  • 外觀:通常如月牙般略彎之小桿 
  • 長:0.37 至 0.89 微米 寬: 0.12 微米至 0.20 微米
遍在遠洋桿菌。圖/《細菌群像》。

高效率利用生存空間

假使將我們肚裡大腸桿菌的體型比作兔子,遍在遠洋桿菌的體型就如同小老鼠。這種無所不在的海洋細菌不只是能獨立生存的細菌中體積最小的[1],可能也是全世界最有效率也最成功的生物。每公升的海水裡,就有數以百萬計這種細菌,據推測,遠洋桿菌屬的總菌量在地球上高達 1027 至 1028,這個數目是宇宙中目前可觀測到之恆星數量的十萬至一百萬倍。

但這種細菌所創下的紀錄不只這項: 海水所含養分非常貧乏,微生物要生存,就必須主動將所需養分分子輸送進細胞內部。這會消耗能量,最後也一定會有所剩餘。遍在遠洋桿菌則生活在極限邊緣:擁有正好足夠其吸收養分及生長繁殖所需的能量,剛剛好,不多也不少。

遍在遠洋桿菌可說是生物界的空間利用大師,其用來維持新陳代謝和繁殖的胞內空間,少到令人難以想像。細胞內三分之二的空間用於新陳代謝,剩下的三分之一被遺傳物質占滿。在小小的空間裡備有感應系統,能偵測含碳、氫、鐵化合物及光線的位置,擁有必要的運輸系統,以及一切所需的酵素,能自行生產二十種維持生命不可或缺的胺基酸。

體積若是再小,就只能放棄全部或部分的新陳代謝。例如,更小的病毒基本上就是壓縮緊密的基因,會侵入其他生物的細胞中,將別人的新陳代謝系統據為己用。

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如果養分充足,細胞內無須再具備持家基因,生活在這種環境的細菌或古菌的確可以小過遍在遠洋桿菌。例如生殖道黴漿菌(Mycoplasma genitalium),這是一種對人類致病的病原體,會在尿道、子宮等黏膜造成感染,體積僅有三百乘以六百奈米左右,但無法獨立生存[2]。二○一五年有學者聲稱在地下水裡發現更小的細菌,但直至今日為止尚未能成功培養,因此學界相當懷疑是否真實存在。

精簡而高效的演化結果

此外,遍在遠洋桿菌的維生機制,效率也出奇地高。它只有一百三十萬組鹼基對,共含約一千四百個基因,是至今已知可獨立生存的物種中最少的。沒有任何多餘的東西,只有必要的配置。甚至連遺傳密碼,也似乎為了減少能量消耗而有過最佳化的調整。

一如其他生物,遠洋桿菌的遺傳密碼由四種鹼基 A(腺嘌呤)、C(胞嘧啶)、G(鳥嘌呤)、T(胸腺嘧啶)所組成。但比起其他細菌,遠洋桿菌裡 A 與 T 出現較為頻繁,此點便是出於效能,因為 C 與 G 含有較多的氮(而這在海水中是稀有元素),製造起來較為困難,如同人們以盡可能節省墨水的方式寫作一樣。

遍在遠洋桿菌在其所屬的立克次體目裡,算是特異獨行的一支。因為除了它之外,所有立克次體目的細菌,都必須在其他生物細胞內才能存活,其中也有不少病原菌,例如普氏立克次體菌,流行性斑疹傷寒的病原菌,透過蝨子傳染。

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生物學家研究遍在遠洋桿菌並不只因為其驚人的能源效能和基因體的構造,對生態而言,它也相當重要。因為所有遠洋桿菌加起來的重量,比全球海洋魚類總重量還要多,且占有海洋細菌生物量的四分之一;在溫暖的夏季,甚至可能高達二分之一。由於它的主要食物來自死亡生物殘留下來的可溶性有機物,因此在地球的碳循環上,也扮演一個重要的角色。

遍在遠洋桿菌加起來的重量,比全球海洋魚類總重量還要多。圖/envatoelements。

由於數量實在太龐大,因此也容易引起敵人的覬覦:至今已知有數種病毒,會侵占並消滅此種細菌。

遲至二○○二年,人們才知道遍在遠洋桿菌的存在。在那之前,人們只認得它的 rRNA(核糖體核糖核酸)序列,是一九九○年研究人員在北大西洋馬尾藻海的海水樣本裡所發現。這也是首批運用當時最新的序列鑑定方法檢測到的細菌之一,但當時無法成功地培養出來。最後研究人員用了養分很低的培養基,以及高度稀釋的樣本,並添加一種能附著在核糖體上的染劑用以判別才成功。

註解

  • [1] 審定注:一些寄生型細菌和古菌更小。
  • [2] 審定注:該菌倚賴人類細胞裡的現成養分存活。

——本文摘自《細菌群像:50種微小又頑強,帶領人類探索生命奧祕,推動科學前進的迷人生物》,2023 年 3 月,麥田出版,未經同意請勿轉載。

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