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第二章

从细菌、真核
细胞到有性生殖:生命的巨大进步

如果要谈论世界上数量庞大的生物,细菌是我们绕不开的话题,它们形态最简单,数量却最多。我们熟知的所有生境中都有细菌存在,甚至在南极冰盖之下和地表深处的岩石裂缝中,它们也能生存。细菌的活动能帮助那些长相奇怪、看不见的深海动物在海底火山喷气孔附近生活。细菌也是海洋表面浮游植物的重要成员,能帮助浮游植物转化太阳的能量。在我们的肠道中,有数万亿计的细菌帮我们消化食物,为我们提供必需的维生素,还帮助我们抵御许多疾病(虽然也有许多细菌会置我们于死地)。

近些年,随着DNA筛查技术的发展,微生物学家在海洋和土壤中也发现了大量细菌。早期,培养皿曾是我们发现和鉴别细菌的重要手段,但由于多种细菌无法在实验室的琼脂培养基环境下存活,这些细菌就逃出了人们的视线。利用最新的DNA检测技术,我们已经有条件在不用培养细菌的情况下对其直接鉴别。一项研究称,在仅仅一克泥土中,细菌的数量就可以达到100亿个。

我们说“细菌”而不是泛泛地说“微生物”,其实是很精确的。细菌属于微生物,但微生物还包括除细菌外的许多其他种类的生物。原生生物和真菌也是微生物,但它们有更大的细胞核,和细菌有本质上的不同。除了极少数例外,细菌都小到肉眼不可见,想要看到它们,必须使用显微镜。现在,在进一步讨论细菌之前,让我们先来讲讲另一种更加微小的“生命形态”——病毒。

病毒 其实并不完全符合生物的定义。为了解释这个问题,我们可以先回忆一下定义生物的标准。首先,在不断变化的环境中,生物必须有方法能够保持自身形态的完整。细菌有坚硬的细胞壁保护自己,甚至还有多种细菌在严苛的环境下能把自己变成一种更加坚硬的,如同孢子一样的东西。此外,细菌获取能量的能力也同样重要,它们通过消化酶和新陈代谢系统来消化能量,为自己供能。生物的另一个重要标准,是必须有办法复制自己,进行繁殖,这需要一个能够在世代间传递的基因系统。地球生物遗传信息的储存和复制是通过精准结合的DNA双螺旋长链来进行的,将DNA双链解开,每条单链都可以进行复制,并形成两条新的DNA双螺旋链。在繁殖过程中,这两条新的DNA链将进入两个新生的子细胞,成为其遗传信息的载体。

病毒确实具有用于繁殖的DNA链(或RNA链),但它们有两条重要标准不符合生物的定义:它们无法主动获取能量,也无法自行繁殖。那它们是怎么让我们得病的呢?看起来,病毒似乎是 墨菲定律 的坚决实践者,也就是说,可能会出问题的事一定会出问题!病毒就像一小段叛变了的DNA或RNA,只带有最基本的遗传信息,它们能形成一层蛋白质外壳,并学会在宿主体内尽情“畅游”。这些DNA或RNA四处游荡,直到找到适合寄生的细胞,然后将自己附着其上,并将自己的遗传信息转移到宿主细胞当中。一旦进入宿主细胞,病毒就能强行征用宿主细胞的基因复制机制,制造更多的病毒。用墨菲定律来解释,所谓“可能会出问题的事”,就是病毒的DNA或RNA短链得到了适当的保护,让它有了游荡、寄生、感染宿主细胞的能力。病毒是最简单的“寄生虫”,只有在宿主细胞中才能成活,而且每种病毒都只能感染十分有限的几种细胞。对人类来说,病毒是流感、脊髓灰质炎(小儿麻痹症)、一度流行的天花,还有获得性免疫缺陷综合征(艾滋病,由人类免疫缺陷病毒HIV导致)的罪魁祸首。病毒结构简单,甚至能形成结晶体,人们通过X射线衍射就能研究它们的结构。寄生,更加广泛地说,其实是许多生物选择的生存方式,除了病毒,还有多种细菌、原生生物、真菌、一些动物和少数植物。在多数情况下,由于严重依赖宿主存活,寄生生物的体形会变得很小,复杂的身体器官也会逐渐退化。但与病毒不同的是,这些较大的寄生虫通常会大量地自行繁殖。好了,寄生虫就说到这里吧,让我们说回地球上最小的独立生命体——细菌。 lDPsAKl2KyRU3/9g06WGsAnigFEUcYLgX0pBiHNeAtVr/MpRhF/QoXJ6+6kL5GYI

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