資料倉庫證券大數據假新聞展覽館

細菌

2021-07-16 12:27:31

資料專題:細菌基本信息匯總表

細菌(學名:Bacteria)是生物的主要類群之壹,屬於真細菌域原核生物界。也是所有生物中數量最多的壹類,據估計,其總數約有5×10個。細菌是非常古老的生物,大約出現於37億年前。真核生物細胞中的兩種細胞器:線粒體和葉綠體,通常被認為是來源於內共生細菌。微生物無處不在,只要是有生命的地方,都會有微生物的存在。它們存在於人類呼吸的空氣中,喝的水中,吃的食物中。細菌可以被氣流從壹個地方帶到另壹個地方。人體是大量細菌的棲息地;可以在皮膚表面、腸道、口腔、鼻子和其他身體部位找到。

細菌的個體非常小,目前已知最小的細菌只有0.2微米長,因此大多只能在顯微鏡下看到它們;而世界上最大的細菌可以用肉眼直接看見,有0.2-0.6毫米大,是壹種叫納米比亞嗜硫珠菌的細菌。細菌壹般是單細胞,細胞結構簡單,缺乏細胞核以及膜狀胞器,例如線粒體和葉綠體。基於這些特征,細菌屬於原核生物。原核生物中還有另壹類生物稱做古細菌,是科學家依據演化關係而另辟的類別。為了區別,本類生物也被稱做真細菌Eubacteria)。古細菌與真細菌在生活環境、營養方式以及遺傳上有所不同。細菌的形狀相當多樣,主要有球狀、桿狀,以及螺旋狀。

細菌廣泛分布於土壤和水中,或者與其他生物共生。人體身上也帶有相當多的細菌。此外,也有部分種類分布在極端的環境中,例如溫泉,甚至是放射性廢棄物中,它們被歸類為嗜極生物,其中最著名的種類之壹是海棲熱袍菌,科學家是在意大利的壹座海底火山中發現這種細菌的。甚至在航天飛機上也能生長。然而,細菌種類是如此多,科學家研究過並命名的種類只占其中的小部分。細菌域下所有門中,只有約壹半能在實驗室培養的種類。

細菌的營養方式有自養及異養,其中異養的腐生細菌是生態係統中重要的分解者,使碳循環能順利進行。部分細菌會進行固氮作用,使氮元素得以轉換為生物能利用的形式。細菌也對人類活動有很大的影響。壹方面,細菌是許多疾病的病原體,包括肺結核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、砂眼等疾病都是由細菌所引發。然而,人類也時常利用細菌,例如乳酪及酸奶和酒釀的制作、部分抗生素的制造、廢水的處理等,都與細菌有關。在生物科技領域中,細菌有也著廣泛的運用。

總的來說,這世界上約有5×10 只細菌。其生物量遠大於世界上所有動植物體內細胞數量的總和。細菌還在營養素循環上扮演相當重要的角色,像是微生物造成的腐敗作用,就與氮循環相關。而在海底火山和在冷泉中,細菌則是靠硫化氫和甲烷來產生能量。2013年3月17日,研究者在深約11公裏的馬裏亞納海溝中發現了細菌。其他研究則指出,在美國西北邊離岸2600米的海床下580米深處,仍有許多的微生物根據這些研究人員的說法:“妳可以在任何地方找到他們,他們的適應力遠比妳想像的還要強,可以在任何地方存活。”

演化學

現今的細菌是從40億年前的單細胞生物演化而來。在此後的30億年間,細菌和古細菌都是主要的生物。雖然細菌有化石存在,如疊層石等,但這些化石缺乏有效的形態學證據,很難與現生的細菌共同建構出細菌的演化史。幸運的是,日益成熟的基因定序技術讓我們有機會建立演化的樹狀圖,這些研究使我們明了了細菌演化的第壹次大分歧是在真核及原核之間。

之後,細菌又發生了第二次的劇烈演化,有壹部分的古細菌與其他細菌內共生,成為了現今真核生物的祖先。有部分科學家提出假說,認為真核生物的祖先吞下了壹種α-變形菌門的細菌,成為後來的線粒體,或是氫酶體英語hydrogenosome。之後,有些已經擁有線粒體的生物,吞下了類似藍菌類的生物,形成了後來的葉綠體,這壹支後來演化成了藻類和植物。另外,有些藻類還有可能再吞入其他藻類進行內共生,此假說稱為二次內共生。

形態學

資料專題:細菌形態學

結構

繁殖

細菌以無性方式進行繁殖,最主要的方式是以二分裂法這種無性繁殖的方式:壹個細菌細胞細胞壁橫向分裂,形成兩個子代細胞,在分裂的時候可以產生遺傳重組。單個細胞也會通過如下幾種方式發生遺傳變異:突變(細胞自身的遺傳密碼發生隨機改變),轉化(無修飾的DNA從壹個細菌轉移到溶液中另壹個細菌中,並成功整合到該細菌DNA或質粒上,使之具有新的特征),轉染(病毒的或細菌的DNA,或者兩者的DNA,通過噬菌體這種載體轉移到另壹個細菌中),細菌接合(壹個細菌的DNA通過兩細菌間形成的特殊的蛋白質結構,接合菌毛,轉移到另壹個細菌)。細菌可以通過這些方式獲得基因片段,通過分裂,將重組的基因組傳給後代。許多細菌都含有異源的DNA片段。

當細菌處於溫度、濕度、空氣、營養等豐富的環境中時,會快速繁殖,呈指數級增長,可以形成肉眼可見的集合體,例如菌落(colony)。

有些細菌可以形成芽孢結構,芽孢能夠耐受高溫、幹旱、強輻射等極端惡劣,有利於其度過嚴峻的環境,保持自身的延續。

代謝

資料專題:細菌代謝

運動

運動型細菌可以依靠鞭毛,細菌滑行或改變浮力來四處移動。另壹類細菌,螺旋體,具有壹些類似鞭毛的結構,稱為軸絲,連接周質的兩細胞膜。當他們移動時,身體呈現扭曲的螺旋型。螺旋菌則不具軸絲,但其具有鞭毛

細菌鞭毛以不同方式排布。細菌壹端可以有單獨的極鞭毛,或者壹叢鞭毛。周毛菌表面具有分散的鞭毛。

運動型細菌可以被特定刺激吸引或驅逐,這個行為稱作趨性,例如,趨化性,趨光性,趨磁性、趨機械性等。在壹種特殊的細菌,粘細菌中,個體細菌互相吸引,聚集成團,形成子實體

行為

細菌分類

細菌可以按照不同的方式分類。細菌具有不同的形狀。大部分細菌是如下叁類:桿菌是棒狀;球菌是球形(例如鏈球菌或葡萄球菌);螺旋菌是螺旋形。另壹類,弧菌,是逗號形。

細菌的結構十分簡單,原核生物,沒有膜結構的細胞器例如線粒體和葉綠體,但是有細胞壁。根據細胞壁的組成成分,細菌分為革蘭氏陽性菌革蘭氏陰性菌。“革蘭氏”來源於丹麥細菌學家漢斯·克裏斯蒂安·革蘭,他發明了革蘭氏染色

有些細菌細胞壁外有多糖形成的莢膜,形成了壹層遮蓋物或包膜。莢膜可以幫助細菌在幹旱季節處於休眠狀態,並能儲存食物和處理廢物。

與其他生物的交互關係

用處和危害

細菌對環境、人類和動物而言可說既有利又有害。壹些細菌成為病原體,導致了破傷風、傷寒、肺炎、梅毒、食物中毒、霍亂,甚至是肺結核。在植物中,細菌導致葉斑病、火疫病和萎蔫。感染方式包括接觸、空氣傳播、食物、水和帶菌微生物。病原體可以用抗生素處理,抗生素分為殺菌型和抑菌型。但壹般而言約百分之80%的細菌對人是無害的。

細菌通常與酵母菌及其他種類的真菌壹起用於酦酵食物,例如在醋傳統的制造過程就是利用空氣中的醋酸菌(Acetobacter)使酒轉變成醋。其他利用細菌制造的食品還有乳酪、泡菜、醬油、醋、酒、酸奶等。細菌也能夠分泌多種抗生素,例如鏈黴素即是由鏈黴菌(Steptomyces)所分泌的。

細菌能降解多種有機化合物的能力也常被用來清除汙染,稱做生物修復。舉例來說,科學家利用嗜甲烷菌英語methanotroph來分解美國喬治亞州的叁氯乙烯四氯乙烯汙染。

歷史

細菌這個名詞最初由德國科學家埃倫伯格在1828年提出,原文“bacteria”壹詞是新拉丁語,為“bacterium”的復數格。是由希臘文βακτήριονbakterion)拉丁化而來。意為“小棍子”,因為壹開始發現的細菌是桿狀的。 1866年,德國動物學家海克爾建議使用“原生生物”,包括所有單細胞生物(細菌、藻類、真菌和原生動物)。

1878年,法國外科醫生塞迪悅(Charles Emmanuel Sedillot,1804-1883)提出“微生物”來描述細菌細胞或者更普遍的用來指微小生物體。

因為細菌是單細胞微生物,用肉眼無法看見,需要用顯微鏡來觀察。1683年,列文虎克最先使用自己設計的單透鏡顯微鏡觀察到了細菌,大概放大200倍。路易斯·巴斯德和羅伯特·科赫指出細菌可導致疾病。

參見

  • 細菌結構
  • 細菌分類表
  • 叁域係統
  • 古細菌
  • 真核生物
  • 細菌形態分類

參考文獻

引用

資料專題:細菌參考文獻引用

書籍

  • Alcamo, I. Edward.Fundamentals of Microbiology. 5th ed. Menlo Park, California: Benjamin Cumming, 1997.
  • Atlas, Ronald M.Principles of Microbiology. St. Louis, Missouri: Mosby, 1995.
  • Holt, John.G. Bergey'sManual of Determinative Bacteriology. 9th ed. Baltimore, Maryland: Williams and Wilkins, 1994.
  • Stanier, R.Y., J. L. Ingraham, M. L. Wheelis, and P. R. Painter.General Microbiology. 5th ed. Upper Saddle River, New Jersey: Prentice Hall, 1986.
  • Witzany, G.Bio-Communication of Bacteria and their Evolutionary Roots in Natural Genome Editing Competences of Viruses. Open Evolution Journal 2: 44-54., 2008.

外部鏈接

資料專題:細菌外部鏈接