病毒指的是有传染性、有蛋白质壳的脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)片段。病毒入侵宿主细胞,占据该细胞用于DNA复制的“机器”来进行自我复制。而后,病毒颗粒冲出细胞,散播疾病。
最小的病毒直径约为17纳米,最大的病毒长度能达到1000纳米(1微米)。相较之下,大肠杆菌长2000纳米,细胞核的直径有2800纳米,普通的真核细胞长1万纳米。
常见病毒的平均尺寸
病毒可以在任何环境(土地、土壤、空气)、任何物质中潜伏。它可以感染任何种类的细胞——植物、动物、细菌、真菌。
1935年,洛克菲勒研究所(现名洛克菲勒大学)的温德尔·斯坦利(Wendell Stanley,1904—1971)准备提取并提纯烟草花叶病毒。提纯后的病毒经沉淀,形成结晶。经此次研究,斯坦利可以证明病毒可以被看作是化学物质,而不是活的生物体。提炼后的晶体也能感染健康烟草植物,因此还是属于病毒范畴,而不仅仅是从病毒中提取出的化合物。之后的研究发现,烟草花叶病毒含有蛋白质与核酸;而进一步研究显示,这种病毒含有具有蛋白质外壳的核糖核酸(RNA)。斯坦利因为这项发现而荣获了1946年的诺贝尔化学奖。
病毒是活的生物体吗?
病毒无法独自生长、复制,在宿主细胞之外也并不活跃。它们一旦进入宿主细胞,就会活跃起来。因此,病毒介于有生命和无生命之间,人们并不认为它是活的生物体。
病毒的遗传信息不是DNA就是RNA,而细胞(包括细菌)的遗传信息既有DNA又有RNA。
病毒是一种初等的生物体系,这种生物体系具有生命系统的某些特点,例如具有基因组(遗传密码)或是环境适应的能力。然而,病毒无法获得、储存能量,因此它在宿主体外毫无作用。病毒和反转录病毒感染细胞的方法是:首先附着在宿主细胞上,侵入细胞或向细胞注入遗传信息,而后在宿主细胞内进行遗传信息的复制。最后,繁殖出的病毒得到释放,继续寻找并攻击更多的宿主细胞。病毒和反转录病毒的不同之处在于不同的遗传信息复制方式。病毒只有一条单链遗传物质,不是DNA就是RNA。而反转录病毒是由单链RNA组成的。反转录病毒一旦侵入细胞,就会收集核苷酸,将自己的遗传物质装配成双链DNA,拼接到宿主的遗传物质中。反转录病毒最初是由戴维·巴尔的摩(David Baltimore,1938—)和霍华德·特明(Howard Temin,1934—)鉴别出的,他们也因这项发现荣获了1975年的诺贝尔生理学或医学奖。
1979年,罗伯特·加洛博士(Robert Gallo,1937—)发现了第一种反转录病毒——人类嗜T细胞病毒(HTLV),人类发现的第二种反转录病毒是人类免疫缺陷病毒(HIV)。
噬菌体又称细菌病毒,是一种能感染细菌的病毒。“噬菌体”一词意为“食细菌者”(bacteriophage,源自希腊语“phagein”,意为吞噬)。噬菌体有一个较长的核酸分子(通常是DNA),这个核酸分子在多面体状的蛋白质头部内蜿蜒盘绕。很多噬菌体的头部都有一条尾巴。尾巴上伸展出的纤维可以将病毒附着至细菌上。
类病毒是没有蛋白质外壳的RNA(核糖核酸)小片段,通常会致使植物发病,体积要比病毒小上几千倍。
朊粒是异常的天然蛋白质。1982年,史坦利·普鲁西纳(Stanley Prusiner,1942—)想要描述一种感染因子,于是就用“朊粒”一词代替了原先的“传染性蛋白质颗粒”。普鲁西纳因此荣获了1997年的诺贝尔生理学或医学奖。现在的研究表明,朊粒由大约250种氨基酸组成。虽然人们一直都在对朊粒进行研究,但是并未发现任何核酸成分。朊粒与病毒一样都是病原体。
科学家们还未发现朊粒的确切传染原理。现在的研究表明,朊粒会在溶酶体内积累,而大脑中的满是朊粒的溶酶体很可能会破裂,损坏细胞。病变细胞死后,细胞中含有的朊粒就会被释放出来,攻击其他细胞。人们认为,朊粒会致使生物体罹患传染性海绵状脑病(TSEs)类的疾病。朊粒感染牛后,会使牛罹患牛脑海绵状病(疯牛病);感染人体后,会使人罹患克雅氏病。
质粒是从细菌染色体中分离出的环状DNA分子,体积较小,能自主复制。通常情况下,质粒不存在于细胞之外,且对细菌细胞有益。基因工程中,人们经常用质粒来搭载外源DNA。朊粒是受到感染的或形状怪异的蛋白质,它会将相连的蛋白质转化为朊粒,进行增殖。朊粒可能会导致大量退行性脑病的出现,比如“疯牛病”或人类的克雅氏病。
1674年,荷兰布料商、公务员安东·范·列文虎克(Anton von Leeuwenhoek,1632—1723)透过一块玻璃透镜对一滴池塘水进行观察,发现了细菌和其他微生物。早期的单镜头仪器对物品的放大倍数在50~300倍之间(大约是现代光学显微镜放大倍数的1/3),让人们得以一窥微生物的未知世界。范·列文虎克给伦敦皇家学会写了一封信,信中他将这些微生物称为“微小动物”。范·列文虎克因为这些早期研究而成了“微生物学之父”。
>>> 细菌最早是安东·范·列文虎克在1674年发现的。自那以后,人们又发现了许多种致病细菌
生物学家在细菌中认定出了至少12个不同类群。
续表
古细菌(古细菌域)是存活于极端环境下的原始细菌。以下所列的都属于古细菌域:1)嗜热菌(“嗜热”),这种细菌存活于极热环境中,在美国黄石国家公园中的硫黄泉(温度达140~176℉/60~80℃)中也能存活。2)嗜盐菌(“嗜盐”),这种细菌存活于含盐量较高的地区,例如美国犹他州的大盐湖(含盐量在15%~20%之间,而海水的含盐量通常是3%)。3)产甲烷菌;这种细菌利用氢气(H 2 )将二氧化碳(CO 2 )变为甲烷(CH 4 )气体,从而获取能量。
真细菌类是地球上数量最多的生物体类群。人嘴中的活真细菌数量比地球上哺乳动物的总量还多。
自然发生说认为,生命可以从无生命的物质中自发地产生出来。意大利物理学家弗朗科西斯科·雷迪(Francesco Redi,1626—1698)是最先向自然发生说发起挑战的科学家之一。雷迪就此进行了实验,其结果是密闭容器中的肉(用玻璃或纱布密闭)不会长蛆,而不密闭容器中的肉会长满蛆虫;这是苍蝇在肉里产卵所致。安东·范·列文虎克发现微生物之后,就自然发生说的争论也有所改变,因为食物变质或许是因为自然自发产生的微生物所致。1776年,拉扎罗·斯帕兰扎尼(Lazzaro Spallanzani,1729—1799)向人们展示了密封好的烧瓶经煮后,内部不会形成任何物质。1861年,路易·巴斯德(Louis Pasteur,1822—1895)解开了自然发生说的谜团。他的研究显示,变质食物中的微生物与空气中的微生物相同。因此,他总结道:致使食物变质的微生物来自空气,而不是食物自然生成的。
细菌分类学的经典分类法用到了哪些标准?
细菌分类学的经典分类法以下列特征为基础,将细菌分为不同的属、种:1)细菌结构特征和形态特征,例如细菌的形状、大小、排列、有无荚膜、鞭毛、芽孢等结构和革兰氏染色反应;2)生理生化特征,例如细菌生长的最佳温度、酸碱度范围、氧气需求、对生长因子的需求、呼吸和发酵终产物、抗生素敏感性以及作为能量来源的糖类种类。
德国细菌学家罗伯特·科赫(Robert Koch,1843—1910)与法国化学家路易·巴斯德是细菌学的创始人。1864年,巴斯德发明了一种慢慢加热食物和饮料的方法。这种方法能达到足够高的温度,杀死大部分导致食品腐坏、致病的微生物,同时不会对食物造成损坏或凝结。这个方法就是巴氏消毒法。
科赫证明出肺结核是特定种类的杆菌引起的感染性疾病,也因此在1882年为公共卫生措施的制定奠定了基础,这些措施的实施大大减少了未来其他疾病的发病率。他分离微生物的实验步骤和方法,以及确定病原体的4个先决条件,为医学研究人员在细菌感染控制方面提供了宝贵而深刻的见解。
1857年,路易·巴斯德与罗伯特·科赫的研究开启了微生物学的“黄金时代”,这个时代持续了大约60年。这段时期有许多重要的科学发现。约瑟夫·李斯特(Joseph Lister,1827—1912)用苯酚溶液对手术伤口进行护理,推动了无菌手术的出现。保罗·埃尔利希(Paul Ehrlich,1854—1915)人工合成了“灵丹妙药”砷化物,这种药物对治疗人类梅毒颇为有效,也推动了免疫学说的发展。
1884年,巴斯德的同事伊利·梅契尼柯夫(Elie Metchnikoff,1845—1916)发表了一篇关于吞噬作用的报告。这篇报告阐释了人类体内白细胞吞噬、摧毁微生物的防御过程。1897年,小县真树(Masaki Ogata)称,传播淋巴腺鼠疫(黑死病)的罪魁祸首是鼠蚤,这解开了困扰人们长达几个世纪的谜团。1898年,志贺洁(Kiyoshi Shiga ,1871—1957)分离出了使人罹患痢疾的细菌。这种细菌最后定名“痢疾志贺氏菌”。
微生物学的“黄金时代”期间,研究人员确定了多种传染病的致病微生物。下表列出了疾病、相应致病因子、致病因子发现者,以及发现年份。
疾病及其发现者
细菌细胞的主要组成部分有细胞质膜、细胞壁以及含有环状单链DNA(脱氧核糖核酸)分子的拟核区。细菌细胞中还有质粒。质粒就是一小片环形DNA,独自存在于细胞染色体外。除此之外,有些细菌细胞有鞭毛,帮助细菌移动;还可能有酷似头发、长度较短的菌毛,帮助细菌附着在各种表面之上(也包括它们要感染的细胞);有些细菌细胞的细胞壁周围还可能有黏液荚膜,保护它们不受其他微生物干扰。
大肠埃希氏菌大约含有5000个基因。
细菌主要有三种性状——球状、杆状和螺旋状。球状细菌又名球菌,这种形状的细菌有可能单独出现,有可能以群体存在,这取决于物种种类。球菌能粘连在一起,组成细菌对(双球菌);当球菌连在一起形成长链时,就变为了链球菌。以不规则的丛簇状出现的球菌名为葡萄球菌。杆状细菌又名杆菌,可单独存在,也可连成长链。螺旋状细菌又名螺旋菌。
>>> 上图为单细胞生物尾棘虫的样本。图中,左方和右下方的鞭毛清晰可见。鞭毛能帮助单细胞生物移动
细菌的繁殖是无性繁殖,它们通过二分裂把1个细胞分裂成2个类似的细胞。首先,细菌的环状DNA进行复制,而后细胞质膜和细胞壁向内生长,形成横隔壁。
无论是实验室培养还是自然环境下繁殖,只要环境适宜,细菌就会快速繁殖。细菌种群数量翻倍所需的时间就是“代时”。比方说,在理想环境下,大肠埃希氏菌每17分钟就能完成一次分裂。在实验室大约用12小时就能用1个细胞培育出107~108个细菌。
细菌的代时
世界上每个角落都有细菌,就算是其他生物体无法存活的地方也有。目前,在人们所发现的细菌中,所处位置最高的在地平面上20英里(32千米)处,最低的在太平洋海面下7英里(11千米)处。极端环境下也有细菌的踪影,例如北极冻原、滚烫的温泉和人体内都有细菌。人们在南非的一座金矿里发现了耐热细菌,这种细菌位于地表下2.17英里(3.5千米)处,而这座金矿的温度高达149℉(65℃)。
有肉眼可见的细菌吗?
费氏刺骨鱼菌存活于双斑刺尾鱼的肠道内,肉眼可见。人们早在1985年就发现了这种细菌,然而却误将其列入原生动物之列。之后,人们对这种微生物的遗传物质进行了分析,发现这种细菌的尺寸前所未有地大:直径有0.015英寸(0.38毫米)。换句话说,也就是小字体印刷品中的一个句号那么大。
罗伯特·科赫最先证明了各种微生物是导致疾病的罪魁祸首。他提出的细菌学四大基本准则,即科赫法则,至今依然还是细菌学的金科玉律。法则如下:1)必须能从受到该种疾病感染的动物体内找到微生物,且在健康动物体内不存在。2)必须从患病动物体内分离出微生物,并在体外进行纯培养。3)将培育出的微生物接种给健康动物,会使健康动物出现患病特征。4)必须能从感染动物体内再次提取该种微生物。科赫因在肺结核方面的研究荣获了1905年的诺贝尔生理学或医学奖。
肉毒杆菌可在食物中滋生,释放肉毒杆菌毒素;在人类已知的所有毒素中,肉毒杆菌毒素的毒性最强。据微生物学家估计,1克肉毒杆菌毒素可以致1400万成年人死亡。沸水(212℉/100℃)无法杀死这种细菌,但这种细菌暴露在248℉ (120℃)的环境里5分钟就会死亡。肉毒杆菌具有耐热性,这一特征为在家腌制蔬菜的人们带来了巨大威胁。如果腌制蔬菜的方法不当,肉毒杆菌就会在缺氧的密闭容器中滋生,使食物剧毒无比。制作不规范的罐装食品中会滋生肉毒杆菌芽孢,因此人们绝对不能食用已经膨胀的罐装食品,这是因为细菌芽孢萌发时会产生气体,膨胀的罐体就是充满气体的标志。食用带有萌发芽孢的罐装食品会使人神经麻痹、剧烈呕吐,甚至导致死亡。
人们通常用装有培养基的培养皿培养细菌,培养基通常都是营养琼脂。培养皿是1887年朱利斯·理查德·佩特里(Julius Richard Petri,1852—1921)发明出来的。他是罗伯特·科赫实验室中的一员。培养皿顶部比底部大,所以盖上盖子时可以形成一个密闭环境,防止细菌培养遭到污染。提出用琼脂做培养基的人是罗伯特·科赫。科赫对分离细菌进行纯培养非常感兴趣,但是要想从液体培养基里分离出细菌极为困难,因此他开始研究在固体培养基中培养细菌的办法。无菌熟土豆的结果不尽如人意;但是,后来科赫的助手、瓦尔特·海斯(Walther Hesse,1846—1911)的妻子法妮·E. 海斯(Fannie E. Hesse,1850—1934)想出了一个好办法。她提出用琼脂(使酱汁、果酱和果冻凝结的物品)使肉汁凝结。通常情况下,琼脂价格不贵,而且凝成胶状后,只要温度低于212℉(100℃)就不会熔化。将1~2克的琼脂加入100毫升的肉汁,所形成的固体培养基大部分细菌都无法降解。微生物实验室中,最为常见的几样东西之一就是一叠叠的培养皿了。
1866年,德国动物学家恩斯特·海克尔(Ernst Haeckel,1834—1919)最先提出了原生生物界的概念。这是因为他新发现的生物既不是植物,又不是动物。“原生”(protist)一词源自希腊词语,意为“最早的”。
原生生物是生物体的一个类群,较为多样。所有原生生物都是真核生物。许多原生生物都是单细胞生物,但它们也有可能是多细胞生物、多核生物,或多细胞群体。虽然大多数原生生物都只能用显微镜观测,但有些原生生物的体积较大,长度有近200英尺(60米)。早期的传统分类学体系中,原生生物被分为既不是动植物,也不是真菌的生物。现有证据表明,原生生物有动植物界以及真菌界的某些特征。
就原生生物的分类,分类学家们还未达成一致意见;但是他们根据原生生物在运动、营养和繁殖方面的共性,将它们大致分为了7个类群。以下列出了大致类群。
· 肉足总纲:没有永久运动构造的变形虫,以及相关生物。
· 藻类:能进行光合作用的单细胞和多细胞生物。
· 硅藻:具有硅制硬壳的生物,可进行光合作用。
· 鞭毛虫:在水中用鞭毛前进的生物体。
· 孢子虫类:通过产生孢子扩散的寄生虫,不移动。
· 纤毛虫:细胞表面有许多用于运动的类似短小头发结构的生物体。
· 霉菌:异养生物,移动受限,细胞壁由糖类组成。
马铃薯晚疫病怎样影响了爱尔兰的历史?
致病疫霉是导致马铃薯晚疫病的致命病原体。这种病原体是1845年至1894年间爱尔兰马铃薯饥荒的罪魁祸首。马铃薯晚疫病使马铃薯的茎叶枯萎,最终使块茎停止生长。与此同时,块茎受到病原体的攻击后腐烂。据估计,爱尔兰马铃薯饥荒期间,有150万爱尔兰居民移居国外,其中大多数人都移居美国。而马铃薯饥荒期间,有大约40万人死于营养不良。
眼虫藻是一种单细胞鞭毛虫。很多种类的眼虫藻都是能进行光合作用的自养生物。它们通常生活在淡水池塘或泥潭中。也有的种类无法进行光合作用,是异养生物,它们通常生活在含有大量有机物的水中。人们经常把眼虫藻作为水质的指示生物,污水中经常会有大量的眼虫藻。
人们把盘基网柄菌当作发育生物学中的复杂生物范例进行研究。在理想的条件下,这种生物以变形虫状单细胞的形式独立存在。食物稀少时,这种细胞就会聚在一起,分化为头部带有孢子的茎秆,形状与蛞蝓类似。这种结构释放出的孢子能长成一个全新的变形虫状细胞。这一过程中,细胞从自由的相似细胞变成了多细胞生物,与更为复杂的多细胞生物性质类似。
很多科学家都认为,陆生植物是由古代的绿藻演变而来的。绿藻中的叶绿体与陆生植物中的叶绿体一模一样。除此之外,绿藻的细胞壁成分也与陆生植物相一致;同时,两者储存食物(例如淀粉)的方式也一样。大部分绿藻都存活于淡水中,但不同绿藻的生存条件却大不相同。居住环境的变化使绿藻具有极强的适应性。
最早的分类体系将真菌列为植物。1784年,人们首次提出将真菌划为一个单独的“界”。研究人员发现,真菌的共性有4点:真菌没有叶绿素;真菌的细胞壁含有糖类几丁质(与螃蟹壳的坚硬物质相同);真菌并不是真正的多细胞生物,因为真菌细胞的细胞质会与邻近细胞的细胞质融合;真菌是异养真核生物(无法从无机物中产出所需养分),而植物却是自养真核生物。
>>> 一提到“真菌”,人们就会想起蘑菇;但真菌其实有很多种类,比如说酵母菌、霉菌
真菌界的生物涵盖了从单细胞的酵母菌到奥氏蜜环菌(一种占地2220英亩/890公顷的物种)。除此之外,真菌界中的生物体还有人们经常食用的蘑菇、过期面包上生出的黑霉菌、潮湿浴帘上长出的霉菌、锈菌、黑穗病菌、马勃菌、毒菌、层架菌、毒伞蕈。或许在地球上令人眼花缭乱的生物体中,跟人类最不同、最特殊的就是真菌。真菌可以腐蚀木料、攻击植物、使食物变质,还能使人染上足癣或一些更严重的疾病。真菌也能降解生物尸体、落叶和其他有机物。除此之外,真菌还能产生抗生素和其他药物,使面包、啤酒和葡萄酒发酵。
黑暗、潮湿的地方是真菌的理想生存环境;但只要是有有机物的地方,就有真菌存在。水分是真菌生长必不可少的物质,真菌能从大气和存活介质中获取水分。生活环境极为干燥时,真菌就会进入“休眠期”,以求存活;它们还能产生抵御干燥的孢子挨过这段时间。对大多数物种而言,最适宜的酸碱度是5.6;但有些真菌可以在2~9的酸碱度范围内存活、生长。有些真菌可以在抑制细菌生长的浓缩氯化钠溶液或糖溶液(例如果冻、果酱)中生存。同时,真菌生长的环境温度范围极大,就算是冷冻起来的食品也有可能滋生真菌。
哪位儿童读物画家研究真菌并画出了真菌的插图?
毕翠克丝·波特(Beatrix Potter,1866—1943)最知名的成就或许就是在1902年画成了《彼得兔的故事》。1888年,她开始画真菌并为其上色。最终成品有300张水彩画,现收录于英格兰安布塞德的阿密特图书馆。1897年,她为伦敦林奈学会会议准备了一篇关于孢子萌发的论文。虽然那时她的论文遭到拒绝,但现在的专家们发现,她当时的观点是正确无误的。
真菌是腐生生物,从废物和生物体尸体中汲取养分。它们并不像动物那样将食物摄入体内,而后消化;而是通过在食物上分泌强效水解酶,从而在体外消化食物。这样一来,复杂的有机化合物就会分解成更为简单的化合物,而真菌也可以通过细胞壁和细胞质膜将这些化合物吸入体内。
担子菌纲中可食用的蘑菇有大约200种,有毒蘑菇有大约70种。有些可食用蘑菇是商业培育出来的。美国每年产出的蘑菇超过8.44亿磅(38.2832万吨)。
鹅膏菌属有几种毒性最强的蘑菇。人们将鹅膏菌属中的有毒蘑菇称为“死亡天使”(毒伞蕈)和“毁灭天使”(鳞柄白鹅膏)。身体健康的成年人只要吃掉一个蘑菇伞盖,就会死亡。就算摄入一丁点蝇蕈毒素(鹅膏菌属下蘑菇种类中含有的毒素)都会使人在后半生遭受肝病的折磨。
目前为止,人们还未发现治疗蘑菇中毒的有效解毒剂。蘑菇中的毒素会在肝脏中积累,造成不可逆转的肝脏损伤。不幸的是,人体在进食毒蘑菇后的几个小时内,可能不会出现中毒迹象。而当症状显现时,又与普通的食物中毒症状极为类似。人体肝脏在进食毒蘑菇后的3~6天内,才会衰竭。通常情况下,有效的治疗手段可能只有肝脏移植。
阿兹特克文明认为哪种蘑菇是神圣的?
锥盖伞属和裸盖菇属蘑菇都具有致幻性,因此是阿兹特克文明中神圣的蘑菇。阿兹特克文明的后裔还会在宗教仪式中用到这种蘑菇。两种菌属都含有裸头草碱。裸头草碱与麦角酰二乙酰胺(LSD)类似,可使食用者产生幻觉,眼前景象颜色缤纷,精神恍惚。
松露是一道佳肴,也无疑是最为昂贵的可食用真菌。松露主要存在于欧洲西部地区,生长于开阔林地中的树根周围(尤其是橡树周围,但栗树、榛树和山毛榉周围也有生长)。松露与一般蘑菇不同,它长在地下3~12英寸(7.6~30.5厘米)处,人们极难发现。松露猎人用经过特殊训练的猎犬或松露猪来寻找这种可口的美味。猎犬和松露猪的味觉灵敏,会受到松露强烈的坚果香气吸引。事实上,经过训练的松露猪可以嗅到20英尺(6.1米)以外的松露。闻到松露的香气后,动物会冲到香气源头,迅速挖出这一自然的馈赠。一旦找到松露,松露猎人(法国人称其为“trufficulteur”)就会小心翼翼地擦去上面的土,使松露露出来。人类皮肤不能直接接触松露,否则会导致松露腐烂。
松露的外观平淡无奇,形状可以是圆形,还可以毫无规则;表皮又厚又糙,带有褶皱;颜色从全黑到灰白色不等。松露的子实体味香、多肉,大小通常与高尔夫球相当;颜色从白到灰,从棕到近黑色不等。已知的松露品种有将近70种,但最受欢迎的是黑松露(又称“黑钻石”)。这种松露生长于法国的佩里戈尔和凯尔西地区,以及意大利的翁布利亚地区。“黑钻石”看起来是黑色的,实际上是暗棕色,带有白色纹理。黑松露的味道极为刺鼻。比黑松露稍逊一筹的是意大利皮埃蒙特出产的白松露(实际上是灰白色或米色)。白松露的香气和味道都是泥土香或蒜香。人们可以在晚秋到仲冬之间吃到新鲜松露;新鲜松露也可以存放在冰箱里,最长3天。黑松露通常用于食物调味,例如用在煎蛋卷、玉米粥、肉汁烩饭和调味酱汁中。白松露通常生食,擦碎撒于意大利面或含有奶酪的菜肴上,使味道互补。在烹饪菜肴的最后一刻也可以加入白松露。
地衣是生长在岩石、树枝和裸露地表上的生物。地衣是由两种不同生物组成的共生联合体:1)单个或丝状的藻类或蓝藻细胞;2)真菌。地衣没有根、茎、花、叶。地衣的真菌成分是“地衣共生菌”(mycobiont,希腊语“mykes”意为菌类;“bios”意为生命 );光合成分是“共生光合生物”(photobiont,希腊语“photo”意为光线;“bios”意为生命 )。地衣的学名就是真菌的名称,而且通常是子囊菌门真菌的名称。真菌没有叶绿素,因此无法生成所需养分,但它却能从藻类中汲取养分。两者可以共生;地衣经常长在藻类周围或之上,为藻类遮挡阳光,减少藻类的水分流失。人类辨别出的首个共生生物就是真菌和藻类。共生关系的独特之处在于两者和谐共生、保持平衡,就像一个生物体似的。
地衣对大气中的污染物极为敏感,因此可作为空气质量检测的指示生物。地衣从空气、雨水中吸收矿物质,也能直接从自身基底中吸收。在人们眼中,地衣的生长用于指示空气污染,特别是二氧化硫对空气的污染。地衣吸收污染物后,叶绿素会受到损害,导致光合作用减少,使细胞内膜的渗透性发生改变。尽管城市及其周围地区有适合地衣生长的基底存在,但这些地方通常没有地衣,这是由于汽车尾气和工业活动所致。地衣也开始从国家公园以及其他偏远地区消失不见了,这是因为这些地方受到的工业污染越来越多。地衣的再次出现通常意味着空气污染情况的改善。
人们还用地衣评定有些地区的放射性污染等级,比方说铀矿、核动力卫星坠毁地区、前核弹测试地,以及发生过事故的核电站等。1986年切尔诺贝利核电站事故之后,人们对各地的地衣进行了测试,测试的地衣中最远的是芬兰拉普兰省的地衣。测试结果表明,事故发生后的放射性尘埃等级是事故发生前的165倍。
哪种真菌有可能造成了萨勒姆审巫案?
1692年的萨勒姆猎巫事件很可能是一种微生物毒素感染引起的。真菌——麦角菌(又名黑麦秆黑粉病菌)会形成有毒麦角。人体一旦摄入麦角,就会出现与1692年塞勒姆地区那些被控为女巫的女孩一样的症状。历史学家和生物学家查询了1690年至1692年期间新英格兰地区的环境状况,发现当时的环境状况对麦角菌的过度增长极为有利。那几年的天气尤为潮湿、凉爽,小麦也因此感染了小麦锈病,情况严重;而黑麦也就代替小麦成了人们的主要粮食。麦角菌中毒的症状有:抽搐、有压迫感和刺痛感、胃部疼痛,以及短暂的失明、失聪、失语。
人们对水、麦芽、糖、啤酒花、酵母菌(酵母种)、盐,以及柠檬酸进行发酵,制得啤酒。每种配料在啤酒制造中都有着特定的功效。麦芽取自抽芽的谷物(通常是大麦);人们要将麦芽在窑中烘干,磨成粉末。麦芽赋予啤酒独特的口感和味道。啤酒花是用草本植物啤酒花(桑科植物的一员)的果实制成的。在果实成熟时采下、晾干;啤酒花给啤酒带来稍许苦涩。酵母菌用于发酵过程。
啤酒制造是一种复杂的工艺。有种酿造方法需要先将发芽大麦与熟谷物(例如玉米)混在一起捣烂,形成“麦芽汁”;麦芽汁经过滤后加入啤酒花,而后加热,直至完全溶解;拣出啤酒花,并在液体冷却后加入酵母菌,而后发酵。50°~70℉ (10°~21℃)的环境下需发酵8~11天;发酵后,将啤酒储存在接近零摄氏度的环境中。接下来的几个月中,啤酒的特色就会慢慢地呈现出来。最后向啤酒中打入二氧化碳,使其发泡。啤酒经冷藏、过滤以及巴氏消毒后,就可装瓶、装罐。
啤酒发酵会用到两种常见的酵母菌:卡尔酵母和酿酒酵母。卡尔酵母又名下面酵母,因为这种酵母会沉到发酵池底部。下面酵母在42.8~53.6℉ (6~12℃)的温度范围内使啤酒发酵,制成淡味啤酒要花8~14天。酿酒酵母又名上面酵母;就算将这种酵母均匀掺在麦汁中,它也会被二氧化碳(CO 2 )带至发酵池顶端。上面酵母发酵所需的温度范围更高(57.2℉ ~73.4℉/14~23℃),发酵时间只要5~7天。上面酵母可以发酵出浓味啤酒、黑啤酒和烈性啤酒。
赋予奶酪(例如罗克福尔干酪、卡芒贝尔奶酪、布里干酪)以独特风味的是青霉属真菌。罗克福尔干酪素有“奶酪之王”的称号,它是世界上历史最为悠久、最为著名的奶酪之一,人们在古罗马时期就开始享用这种“蓝纹奶酪”了。罗克福尔干酪还是法兰克国王、神圣罗马帝国大帝查理曼大帝(742—814)的最爱。罗克福尔干酪由接触过罗克福尔青霉菌的羊奶制成,在法国西南部罗克福尔村旁的康巴路山石灰岩洞中经至少3个月的时间才能成熟。只有在这里成熟的奶酪才是真正的罗克福尔干酪。这种奶酪有着奶油般的口感、味道醇厚,闻上去气味浓烈、辛辣,有咸味。罗克福尔干酪内层呈乳白色,带有蓝色纹理;由雪白色的外皮包在一起。只有包装纸商标上印有红色绵羊的罗克福尔干酪才是真货。
>>> 给钟爱的奶酪带来独特风味的是不同的真菌。羊奶与罗克福尔青霉菌带给了我们罗克福尔干酪(上);卡芒贝尔青霉菌又用于制作布里干酪(下)和卡芒贝尔奶酪。
赋予卡芒贝尔奶酪和布里干酪以独特品质的是卡芒贝尔青霉菌。据说,是拿破仑为卡芒贝尔奶酪起了现在的名字。据传“卡芒贝尔”本是诺曼底的一个村名,当时,卡芒贝尔村中的一位农妇向拿破仑进献上这种奶酪。这种奶酪由牛奶制成,外皮呈白色,长有绒毛;内层丝滑、像奶油似的。于完全成熟后在室温环境下食用时,奶酪就会缓慢地流出来,极为浓稠。虽然很多地方都出产布里干酪,但在行家眼中,世界上最好的布里干酪是法国东边的布里产的。布里干酪与卡芒贝尔奶酪的外形类似,外皮洁白成熟、内里口感如黄油般丝滑。
真菌是怎么与第一次世界大战扯上关系的?
第一次世界大战期间,德国人用甘油制造硝化甘油,用于炸药(例如甘油炸药)的生产。战前,德国人就已经进口了所需的甘油;但是,战时英国海军的封锁阻止了德国人的计划。但德国科学家卡尔·纽伯格(Carl Neuberg,1877—1956)知道在糖的酒精发酵过程中加入酿酒酵母就会生成痕量级的甘油。他努力探索,改良了发酵工艺,使酵母菌产出的甘油较多,乙醇较少。只要在发酵过程中加入3.5%的亚硫酸钠(pH值为7),就能阻止一个代谢过程中的化学反应。德国因此将许多啤酒厂转为了甘油制造厂,而纽伯格的制造工艺也得以实现。这些工厂的月产量能达到1000吨。战争结束后,人们不再需要甘油,因此停止了生产。
青霉素有抗菌剂的功效,这是英国微生物学家亚历山大·弗莱明(Alexander Fleming,1881—1955)偶然之间发现的。1928年,弗莱明正在伦敦的圣玛丽医院研究葡萄球菌。他需要在度假前向几个培养皿中散播葡萄球菌,因为这也是研究中的一步。但他一度假回来,就发现有个培养皿被一种黄绿色霉菌污染了,而且葡萄球菌没有在这种霉菌周围生长。他认为这种霉菌是青霉的一种。对此他作了进一步研究,结果显示,青霉可以杀死葡萄球菌和其他革兰氏染色反应呈阳性的生物。直到20世纪40年代,霍华德·弗洛里(Howard Florey,1898—1968)和恩斯特·鲍里斯·钱恩(Ernst Boris Chain,1906—1979)才再次发现青霉素,并将其分离出来,用于医疗。1945年,弗莱明、弗洛里和钱恩由于他们对青霉素的研究而共同荣获了诺贝尔生理学或医学奖。