宇宙自然生命简史：45 令人惊叹的微生物
如果你总是会留意周围的微生物，在别人的眼里，恐怕就不是一个好习惯。著名的的法国化学家、细菌学家巴斯德（Louis Pasteur）就有这个习惯，他甚至经常用放大镜仔细观察每一盘端到他面前的菜肴。我估计跟他一起就餐不会是很愉快的经历，请他吃饭的人也不会多。但是，微生物的世界真的很值得人类留意，今天就跟着我一起去看看这个令人惊叹的小世界。
事实上，你根本没必要去刻意回避微生物，因为它们始终围绕着你，而且数量多到你根本无法想象。如果你是一个健康的人，与大多数人一样讲卫生，那么大约会有一万亿个细菌在你的皮肤上进食，平均每平方厘米上有几千万个。它们在那里每天要吃掉的皮屑是 10 亿片，还要再加上从你的每个毛孔和组织中渗出来的美味油脂，增强体质的矿物质，你是它们享用不尽的自助餐，还给它们提供了一个暖融融又不停移动的场所。作为感谢，它们给了你体臭。
以上这些还只是寄生在你皮肤上的细菌。此外，还有超过万亿计的其他细菌隐藏在你的肠道和鼻腔中，粘在你的头发和眼睫毛上；它们在你的眼睛表面游泳，在你的牙釉质上钻孔。单单在你的消化系统中，就有超过 400 种类型 10 - 100 万亿个微生物，到底是多少，不同的资料给出的数据差别较大，总之也是以万亿计。有的分解糖，有的处理淀粉，有的向其他细菌发起进攻。但也有数量极为巨大的细菌还没发现有什么功用，例如肠内螺旋体，它们似乎只是因为喜欢和你在一起。每个人的身体大约是由 1 亿亿个细胞组成，但却寄生了 10 亿亿个细菌的细胞。因此，可以说，细菌是我们身体的很大一部分。当然，如果从细菌的角度来看，我们只是它们很小的一部分。
因为我们体型庞大，头脑聪明，还会使用抗生素和杀菌剂，所以我们很容易误以为已经把细菌逼到了生存的边缘，你是不是也这么认为呢？别天真了，细菌确实不会建造城市，也不会过有意思的社交生活，但我敢说，它可以生活到太阳爆炸的那一天。这是它们的行星，略带一些夸张地说，我们之所以在这里，是因为它们允许我们存在。
千万别忘了，没有我们的几十亿年中，细菌活得好好的。但如果没有了它们，我们连一天也活不了。它们处理我们产生的垃圾，使它们重新变得有用。没有它们的辛勤咀嚼，什么也不会腐烂。细菌净化污水，保持土壤的肥沃。细菌在肠道中为我们合成维生素，把我们吃下去的东西转换成有用的糖和多糖，它们还与入侵我们身体的细菌作战。
细菌把空气中的氮转化成核苷酸和氨基酸。这是一项令人满意的伟大功绩，我们的生存完全依赖于此。马克里斯和萨根说过，如果让现代工业来做同样的事情，比如制造化肥，工厂必须把原材料加热到500℃，再施加 300 个大气压强。而细菌不慌不忙，几乎可以在任何自然条件下，日夜无休地做着同样的事情。感谢上帝，如果不是这些细菌转化着氮，没有任何大型动物能存活。尤为重要的是，正是微生物不断地为我们提供可呼吸的空气，并保持大气稳定。地球上的氧气主要有两个来源，一个陆地植物的光合作用，另一个就是海洋中微生物的光合作用。但是，区别在于，陆地植物是白天光和作用释放出氧气，但是晚上通过呼吸作用要把氧气吃回来一部分，两相抵消，净释放出的氧气就剩下的不多了。而包括现代蓝菌，也被称为蓝绿藻在内的海洋微生物则不同，他们白天勤勤恳恳地释放氧气，这些氧气以小气泡的方式进入大气，但是到了晚上，他们吃不回来了，海水里面溶解的氧气是很有限的，所以供我们呼吸的绝大多数氧气都是这些微生物制造的，我们真的应该感谢它们。海藻以及其他一些海水中的微小生物每年就是以冒小气泡的方式制造了 1500 亿立方千米的氧气。
细菌的繁殖能力极其惊人。它们中最疯狂的，竟能在 10 分钟之内产生下一代。比如，有一种叫产气夹膜梭菌的，这是一种会引起坏疽的讨厌生物，它 9 分钟就可繁殖出下代，而且马不停蹄地继续分裂。按这样的速率繁殖，从数学上来说，一个细菌在 2 天后它们的数量可以超过宇宙中质子的数量。按照比利时生化学家，诺贝尔奖得主德迪夫（ChristianDe Duve）的说法，“只要营养充足，一个细菌细胞可以在一天之内产生 280 万亿个个体。”平均而言，而人体细胞在相同的时间内仅能分裂一次。
大约每 100 万次细胞分裂，就会产生一个突变体。对这个突变体来说，通常都不是什么好事，因为对生物而言，变化意味着风险。但是，有时在很偶然的情况下，这一新的细菌会获得一些意想不到的能力。例如，刚好可以抵御抗生素，于是，细菌便可以共享这一能力。任何一个细菌都可以从别的细菌身上获得一小段基因编码甚至整条染色体。过去我一直以为所有具备耐药性的细菌都应该是那个突变体的后代，没想到啊，细菌比我想象的更能耐。如果一个细菌死了，它的 DNA 可以释放到环境中，被其他细菌摄取后，那些细菌也就获得了耐药性。打一个夸张的比喻，这就好比我们人类能从昆虫那儿获得必要的基因，长出翅膀或是能在天花板上行走。
马克里斯和萨根在他们合著的一本书《微小的宇宙》中写道：所有的细菌实际上都是在同一个基因库中游泳。在某一个细菌区域出现的适应环境的变化会迅速地扩散到另外一些区域中。这意味着，如果从基因的角度去看细菌，那么所有的细菌就像是一个超级生物，虽然微小而分散，但却难以战胜。
在任何你吐出、滴下或泼出的东西上，细菌都能生长和繁殖。只要给它们一点儿水汽，比如你用一块湿抹布擦了一下柜子，它们就会在上面滋生，就像是凭空而来。它们什么都吃，不论是木头、墙纸上的胶水还是干漆中的金属颗粒。澳大利亚的科学家发现了一种叫饮固硫杆菌的细菌，它们竟然可以生活在足以融化金属的浓硫酸中，实际上，离了硫酸它们反倒活不了。还有一种叫嗜放射微球菌的细菌，可以舒舒服服地生活在核废料桶中，拼命地吃着里面的钚和其他一些物质。有一些细菌分解化学物质，但据我们所知，它们从中得不到一点儿好处。
细菌的生存范围极为广阔，不论是沸腾的泥潭和烧碱池，还是岩层的深处和海底，都能找到它们。我们在南极洲麦克默多干谷的冰水池中发现了它们。我们在太平洋超过 11000 米深的海底也发现了它们，那里的压力是地表的 1000 多倍，相当于 50 多架大型客机压在上面。有些细菌似乎是无法被消灭的，比如耐辐射奇球菌，核辐射也丝毫影响不了它。用放射线轰击它的 DNA，碎片竟能立即重组。就好像是恐怖电影中，一只杀不死的怪物四处乱飞的肢体碎片一样。
生存能力最强的可能是一种叫链球菌的细菌。它躲在密封的照相机镜头中，在月球上待了两年之后，又恢复了生机。把当时发现它的人吓了一大跳，还以为是月球上发现了生命。总而言之，几乎没有什么环境是细菌不能生存的。人们把探测棒伸入深海热液的喷口，那里热得连探测棒也开始融化。但是，居然还发现了细菌。
上世纪 20 年代，有两位来自芝加哥大学的科学家，巴斯汀（Edson Bastin）和格里尔（Frank Grear），他们宣布，从来自地下 600 米深处的石油中分离出了一种活着的细菌。当时，这个观点被认为实在荒唐，因为人们实在不认为在 600 米深的地下还能有活的东西。整整 50 年中，人们都假定样品受到了地面微生物的污染。现在我们已经知道，有大量的微生物生活在地球内部的深处，它们中有许多与典型的有机世界大相径庭。它们啃食岩石，或者说是岩石中的物质，比如铁、硫、锰等。它们吸入的也是怪东西，比如铁、铬、钴，甚至是铀。这一过程也许对浓缩金、铜等贵金属起了作用，也可能对石油和天然气的储存帮助很大。甚至有种观点认为正是由于它们辛勤的咀嚼，才创造了地壳。
现在有一些科学家认为，我们的脚底下可能生活着 100 万亿吨细菌。它们被统称为“地下自养微生物生态圈”，英文缩写SLIME。康奈尔大学的托马斯·高尔德（Thomas Gold）估计，如果把地球内部的细菌全部挖出来堆到地面上，可以在整个地球表面堆出 15 米之高，相当于四五层楼。假如这个估计正确的话，那么意味着生活在地下的生命要比生活在地上的还多呢。
在地底深处，微生物紧紧收缩着它们的个头，并且很懒惰。它们中最活跃的也要一个世纪才分裂一次，有些可能要 500 年才分裂一次。《经济学人》杂志为此评论道：“长寿的关键，看起来就是少动。”一旦环境变得恶劣，细菌就会关闭所有的系统，等待好时光。1997 年，科学家们成功激活了一些碳疽细菌，它们在挪威的特隆赫姆博物馆的展品上冬眠了 80 年之久。有一听保存了 118 年的肉罐头和一瓶保存了 166 年的啤酒，刚一打开，有一些微生物就立即苏醒了过来。1986 年，俄罗斯科学院宣布，他们激活了西伯利亚永久冻土层中已经休眠了 300 万年的细菌。宾西法尼亚西切斯特大学的弗里兰（Russell Vreeland）和他的同事们于 2000 年宣布，在新墨西哥州卡尔斯巴德地下 600 米深的盐井中，有一种叫作二叠纪芽孢杆菌的细菌，已经休眠了 2.5 亿年，他们激活了这些细菌。如果真是这样，这些微生物可是比这片大陆还古老。
弗里兰的这份报告遭到了许多有力的质疑。很多生化学家坚持认为，经过这么长的时间，微生物的某些成分会失效，除非它们能不时地自我苏醒。然而，即使细菌真的会偶尔复苏，它们体内储存的能量也不够支撑这么久。另一些更怀疑的科学家则认为，弗里兰的样本受到了污染，不是在收集过程中就是埋在地下时。到了 2001 年，以色列特拉维夫大学的一个研究小组发现，“二叠纪芽孢杆菌”与现代的一种叫“远古芽孢杆菌”的细菌极为相似，后者是在死海中发现的。两者之间仅仅只有两个基因序列是不同的，而且也只是稍稍不同。
以色列的研究人员写道：“难道我们要相信，二叠纪芽孢杆菌在 2.5 亿年所积累的基因变化，在实验室中只要 3 到 7 天就能完成吗？”弗里兰回应说，“细菌在实验室中的演化速度要比在野外快得多。”
呃，也许是吧。
即使在人类进入太空时代后，很多教科书依然把所有的生物分成两大类型，即植物和动物，这是相当惊人的事实。微生物的位置则含含糊糊的。变形虫和其他一些单细胞生物被当作原始动物，而海藻则被当作原始植物。细菌也往往被归到植物中，但其实人人都知道它们并不属于植物。早在 19 世纪末期，德国的博物学家海克尔（Ernst Haeckel）就提出细菌应当放到一个单独的门类中，他称为“原核生物”。但是他这个观点直到上世纪六十年代才被一部分的生物学家所接受，也仅仅是一部分。1969 年出版的袖珍《美语词典》中就没有承认这一术语。
其实，即便是在肉眼可见的宏观世界中，也有许多生物没法按照传统的方法分类。比如，真菌类，包括蘑菇、霉、霉菌、酵母和马勃菌等。虽然它们几乎总是会被当作植物体，但事实上，它们无论是繁殖方式，还是呼吸、成长方式，与植物都不相同。从结构上来说，它们倒是与动物有着一些相似之处，因为它们构建细胞材料有相似之处。昆虫的外壳和哺乳动物的脚爪都是由类似的材料构成的，只是它们的味道可没有蘑菇那样鲜美了。此外，真菌不进行光合作用，这是与所有的植物均不同的，它们没有叶绿素，所以不是绿色的。它们是直接吃东西生长的，而且几乎什么都吃。真菌能够吃掉混凝土墙中的硫化物和你脚趾缝中的腐物，这两件事植物是做不到的。与植物可能是唯一相似的地方是它们也有根。按照目前生物界比较一致分法，是把所有的生物按照域、界、门、纲、目、科、属、种这八个层次来分类，最高一层的域就分为真核域和细菌域，到了界这一个层次就分出动物界、植物界、真菌界和细菌界。
但是，最难归类的生物要算是一种过去叫黏菌的特殊生物种群了，现在更常见的叫法是黏性杆菌。显然，这一冷冰冰的名字是它们没什么名气的原因。如果起了一个听上去更给力的名字，比如：活体自激活原生质，而不是一个让人联想到把手掏进阴沟深处摸到的东西，那么，我可以肯定它们会立即受到应得的重视。因为，这种微生物无疑是自然界中最有趣的一种东西。环境好的时候，它们如一个单细胞的个体一样生存，很像是变形虫。一旦环境变糟，它们就会向中心聚集，奇迹般地变成了一条蛞蝓。这条蛞蝓一点也不好看，移动的距离也很有限，通常只是从一片叶子的背面运动到了正面，使得自己处于一个更加暴露的位置中。但是在过去的几百万年中，这恐怕是宇宙中最绝妙的一种把戏。
事情还没完呢，黏性杆菌把自己置于一个更有利的位置的同时，再一次变形，又开始表现得像一种植物。通过一些奇妙而有序的方式，细胞会重组，就像一支行进中的小乐队变换阵形一样。最后会伸出一根茎，在茎的顶部形成一个球茎，术语叫“子实体”。然后在一个恰当的时机，子实体会在风中释放，孢子随风飘散，落下来变成一个个单细胞微生物，同样的过程又再一次开始循环。
多年来，黏性杆菌被动物学家称为原生动物，被真菌学家称为真菌，其实大多数人都明白它们其实两边都不算。基因测序技术问世后，人们在实验室中惊讶地发现，这种细菌是如此的与众不同，它们与自然界中的任何东西都不相关，甚至有时连自己与自己都很不同。
1969 年，康奈尔大学的威泰克（R. H. Whitaker）试图好好整理一下越来越显得不足的分类学，最终，他在《科学》杂志上提出了一种方案，把所有的生命分成五个主要的类型：动物、植物、真菌、原生生物和原核生物。原生生物并不是一个新词，它最早由苏格兰生物学家霍格（John Hogg）在一个世纪前提出，用来指代那些既不属于动物又不属于植物的生物。
尽管威泰克的新体系是一次巨大的进步，但是原生生物的定义依然是不明确的。有的分类学家把这个词保留起来特指大的单细胞生微，也就是真核细胞。但是另外一些分类学家把它用来当作存放生物学单只袜子的抽屉，把所有不好分类的东西统统往里放，比如说，黏性杆菌、变形虫、甚至是海藻，以及别的很多东西，不同的参考资料说法还不一样。有人计算过大约有 2 万种这样的生物，配不到对的袜子可真是够多的！
令人想不到的是，正当威泰克的五界分类法开始走进教科书时，伊利诺伊大学有一位实干型的学者即将做出一项发现，该发现将对现有的一切提出挑战。这位学者叫卡尔·沃斯（Carl Woese）。