你所不知道的细菌

2015-07-01 14:13江南
小学科学 2015年6期
关键词:纳米比亚荧光萤火虫

江南

看到咱们今天要说的话题——细菌,你会不会有点儿奇怪,细菌,我们在科学课上学过呀。它结构简单,形状微小,有三种基本形状,还有什么是我们不知道的呢?还真有!而且很多关于细菌的研究显示,它们一点儿也不简单……

细菌有骨架

在课本上,细菌的结构虽然被概括为“简单”——可事实却证明,在很多细菌中,都有着蛋白质骨骼和隔室结构。

组成我们身体的那些复杂细胞可以组成各种各样不同的形状,虽然它们仅被一个软膜包裹着。这其中的奥秘就在于它们有内部骨架,确切地说是细胞骨架——一个由蛋白质组成的纤维结构。细胞骨架不仅帮助维持细胞的形状,而且还具有运输细胞内分子的“轨道”作用,能在细胞进行分裂活动时,确保所有的分子准确地各就各位。除此之外,细胞骨架也能够帮助固定鞭毛这样游离的结构。在一些磁性细菌中,细胞骨架的蛋白质还能让磁粒子排成一排,使整个细胞看上去就像一枚活生生的指南针。

除了我们在课上学到的复杂细胞(比如真核细胞)有内部结构外,实际上,有相当多的简单细菌也有自己独特的内部结构。例如,有四分之一的有基因组序列的细菌有制造“微型隔室”的基因。这些微型隔室就像一个个微小的化工厂,能够通过聚集反应物来加速反应的进行,还能帮助保护其他的细胞免受其在活动过程中产生的毒副产品的危害。

如果你并不了解细菌的其他情况,但你至少要知道:它们非常小,小到用肉眼根本看不到。而它们之所以长得这么小,也是有缘由的。一般来讲,动植物的复杂细胞内都有精密的内部运输系统帮助它们向周围运输分子,而相比之下,只有单个细胞的细菌则主要依靠扩散运动来移动细胞内的物质。由于扩散在微米距离内才是比较有效的,所以细菌长不大。

然而,确实有极少数的细菌长得非常大,甚至不用显微镜我们也能用肉眼看到它。第一个细菌“大块头”是在1985年被发现的,被称作“费氏刺骨鱼菌”,它生活在红海刺尾鱼的肠子里,长0.7毫米。

后来,纳米比亚珍珠硫细菌的出现刷新了由费氏刺骨鱼菌保持的

世界最大细菌的纪录。纳米比亚珍珠硫细菌是在纳米比亚大陆架的沉积物中被发现的,是迄今为止发现的最大的细菌。它内部含有微小的硫磺颗粒,会发出闪亮的白色,当它们排列成一行的时候,就好像一串闪亮的珍珠项链,因此有“纳米比亚的硫珍珠”之称。它的体积比费氏刺骨鱼菌还要大100倍。如果把它们和普通细菌来作比较,就好像把蓝鲸和新生的小老鼠放在一起,相差可不是一点儿半点儿!

除了费氏刺骨鱼菌和纳米比亚珍珠硫细菌,还有一种硫细菌,大约

有0.5毫米宽,能用肉眼看得到,它是2002年在墨西哥被发现的。由此可以推测,很可能还有更多的细菌丛林中的“大家伙”等待我们去探索、发现。

细菌会“聚众狩猎”

如果你在显微镜下看到细菌慢慢地越聚越多,可不要以为它们要“打群架”,其实它们是在通过释放化学信号来互相沟通。这些信号能帮助细菌感知周围有多少它们的同类。一旦等到数目足够,它们会开始聚集——这是一种所谓的“群体感应”。

能发光的海洋细菌有时候会利用这种群体效应来确保它们能在数量足够多的情况下发出足够亮的光,比如说发光杆菌属的费氏弧菌。粘细菌也会像狼群一样集体狩猎,游到一起,聚集在一块,在它们的猎物上方徘徊,并释放酶类分解这些食物。聚集在一块的时候,它们往往会捕捉到更大的猎物——这和狼群聚集在一起狩猎的目的是一致的。

不仅如此,甚至连不同种类的细菌之间也会有非常密切的合作。最近一项实验中,科学家们将两种类型的细菌同时放在含有乙醇和富马酸的容器中培养。其中一种细菌能够分解乙醇,但在这样的培养环境中,它却没办法将此过程中产生的多余电子运走;而另一方面,另一种细菌虽然可以将过多电荷转移到富马酸上,但却不能分解乙醇。那么从理论上来讲,这两种细菌都会死掉,但是事实却出人意料;它们长得十分茁壮。研究人员发现,它们之间形成了微小的纳米网络,可以将它们连接到一个电子传导网上,从而使它们发挥出各自的长处。由此可见,细菌比我们想象的要复杂很多,它们具有很强的社会性。

用细菌点灯照明

在你小的时候,或许听过这样一个故事:古时候,有一个勤奋好学的小孩子,因为家里很穷,没有钱买灯油来供他晚上读书,他就把萤火虫捉来,借着微弱的光亮读书。随着环境污染日益增多,萤火虫的光亮已经渐渐远离了我们的生活。最近,荷兰科学家培育出一种能发出荧光的细菌,把数百万个细菌装在玻璃容器中,就成了一个独特“细菌灯”。

研制细菌灯的荷兰科学家吉尔夫·赫尔登从小就喜欢萤火虫,但是在夏天的夜晚,都市中已经很难发现萤火虫了。而培育萤火虫,也是一件比较困难的事情。某些科学文献中提到,一些细菌可以发出像萤火虫那样的绿色荧光,于是,他决定利用这样的细菌研制一种像萤火虫那样发光的灯具。

要在实验室里培育这种荧光细菌,首先要找到它们最爱吃的“食物”,吉尔夫发现这些细菌在甲烷气体中发光效率最高。荧光细菌在吸入甲烷之后,可把化学能转化为光能。这种能量转化的效率要比各种电灯都高呢!这是为什么呢?原来电灯在发光的同时,还会产生热量,这部分能量的转化就浪费掉了。而细菌发出荧光的时候则一点儿热量都不会产生,全部能量消耗都转化成了光能。

除了能效高之外,“细菌灯”还有益于人体健康呢!细菌发出的绿色荧光非常柔和,不会像红光、蓝光、紫外光那样刺激到人体的神经系统和生物钟。它们不但可以在黑暗中为我们照亮,甚至还可以利用柔和光线所营造的氛围,帮助我们很快进入梦乡。

在培育发光细菌的同时,还有科学家试图把萤火虫的荧光基因移植到植物体内,相信不久的将来,我们就会见到能够在夜晚发出荧光的植物啦!

鞭毛

鞭毛是存在于某些细菌菌体上,细长并呈波状弯曲的丝状物。它的长度常超过菌体若干倍。数量少则1~2根,多则可达数百根。据研究证明,鞭毛是细菌的运动器官。

群体感应

细菌能自发地产生或者释放某些特定的信号分子,并能够感知这种信号分子的浓度变化,进而调节细菌的群体行为。这种调节控制的系统就称为群体感应。比如,当我们被某种病毒感染的时候,它们就是利用群体感应,共同释放毒素,导致我们生病的!

甲烷气体

甲烷气体就是我们常说的沼气。它是有机物在厌氧条件下,经过微生物的分解作用而产生的一种混合气体。也就

是说,我们平常的剩饭、剩菜、果皮、烂菜叶等有机物垃圾,都是萤光细菌喜爱的“食物”,可以帮助细菌灯发光呢!

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