【譯者之言:在我們的星球上,生命的世界豐富多彩,大的有海洋中游弋的上百噸的藍(lán)鯨,而微小的細(xì)菌、病毒,需要借助高倍顯微鏡才能看到,人類對(duì)這些肉眼看不到的生物的認(rèn)知,又是如何獲得的呢?】
我一直發(fā)現(xiàn),古希臘的歷史是一座可以講述好故事的金礦,而出于某些原因,我竟然把它們記得滾瓜爛熟。
比如,讓我們說(shuō)說(shuō)地狄米斯托克利。他是雅典人的領(lǐng)袖,在波斯人即將入侵的時(shí)候,他說(shuō)服這座城市,去投資建立了一支強(qiáng)大的艦隊(duì)。公元前480年,波斯人來(lái)了,從北席卷過(guò)來(lái),占領(lǐng)了雅典,并放火將其焚毀。雅典人逃到了受雅典艦隊(duì)保護(hù)的島嶼上,而該艦隊(duì)(加上來(lái)自希臘其他城市的艦船)正在雅典和薩拉米斯島之間的狹長(zhǎng)海峽,恭候著波斯艦隊(duì)。
艦隊(duì)名義上的領(lǐng)袖是斯巴達(dá)(當(dāng)時(shí)希臘城市中,擁有領(lǐng)先軍事力量的城市)的尤利比亞德。斯巴達(dá)人在陸地上的勇敢完美無(wú)缺,但到了海上卻有點(diǎn)緊張??吹窖诺湟驯粴?,尤利比亞德想退守斯巴達(dá),但狄米斯托克利卻想留下繼續(xù)戰(zhàn)斗。
狄米斯托克利的想法非常固執(zhí),使得尤利比亞德對(duì)他雄辯的言辭感到惱怒,威脅性地舉起了他的隨從。狄米斯托克利張開雙臂。
“扔呀,”他說(shuō),“但聽我說(shuō)。”
尤利比亞德還是決定留了下來(lái)。而狄米斯托克利為了確保他不會(huì)改變主意,又派了一名信使到波斯國(guó)王薛西斯那里,建議他將艦隊(duì)部署到薩拉米斯海峽的兩端,以此圍困希臘艦隊(duì)。
清晨,希臘艦船發(fā)現(xiàn)自己被圍堵了,別無(wú)選擇,只能一戰(zhàn),結(jié)果一舉摧毀了波斯艦隊(duì)。薩拉米斯之戰(zhàn)是波斯戰(zhàn)爭(zhēng)決定性的一戰(zhàn)。
戰(zhàn)斗結(jié)束之后,希臘艦船的艦長(zhǎng)們聚集在一起,投票選舉這場(chǎng)偉大勝利的功臣。每個(gè)艦長(zhǎng)都投票將自己放在第一名,而將狄米斯托克利放在了第二名。
有故事說(shuō),即使是處于其人生巔峰期的時(shí)候,狄米斯托克利還是被來(lái)自希臘某個(gè)偏遠(yuǎn)小鎮(zhèn)的希臘人嘲笑過(guò)。這個(gè)人說(shuō),“如果你恰巧出生在我的小鎮(zhèn)上,你是不會(huì)這樣出名的。”而狄米斯托克利回答道,“如果你恰巧出生在雅典,你也不會(huì)出名的。”
而我最喜愛的有關(guān)狄米斯托克利的故事是,他指著襁褓中的兒子說(shuō)道,“希臘有統(tǒng)治者了,”
“那個(gè)小孩嗎!”其他某個(gè)人驚訝地說(shuō)道。
“當(dāng)然是,”狄米斯托克利說(shuō),“因?yàn)檠诺浣y(tǒng)治希臘,我又統(tǒng)治雅典,而我的妻子統(tǒng)治我,這個(gè)小孩又統(tǒng)治我的妻子?!?/p>
好吧!讓我們看看地球的統(tǒng)治者是誰(shuí)。
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回到十七世紀(jì)后期,有一位名叫安東·范·列文虎克(Anton van Leewenhoek (1632-1723年)的荷蘭人,他有磨制小透鏡的愛好。他的一些優(yōu)秀作品比大頭針的針頭大不了多少,但通過(guò)它們,他能將微小的東西放大200倍。在那個(gè)時(shí)代,不會(huì)再有其他人看東西,能比他看得更清楚了。他在五十年的時(shí)間內(nèi)磨制了總共419片透鏡,一直工作到他漫長(zhǎng)生命的盡頭。
他在1673年首先發(fā)現(xiàn)了單細(xì)胞生物,這些生物太過(guò)微小,不借助顯微鏡是看不到的, 但毫無(wú)疑問(wèn),它們?nèi)匀幌窬薮蟮啮L魚一樣活著。他還看到了毛細(xì)血管和紅細(xì)胞,以及酵母細(xì)胞和精子。
1683年,在他借助最好的鏡頭觀察微小的東西,并為它們繪圖的時(shí)候,他有了最大的發(fā)現(xiàn)。他不知道發(fā)現(xiàn)的是什么,而其他人也是在下一個(gè)世紀(jì)才看到它們的。但是,看到他繪制的圖,我們知道,范·列文虎克是第一個(gè)看到細(xì)菌的人。
當(dāng)然,范·列文虎克并沒(méi)有將它們叫做細(xì)菌。他將他所看到的所有微小生物都稱為“animacules”(拉丁語(yǔ),意思是“小動(dòng)物”)。今天,我們將它們統(tǒng)稱為“microorganisms(微生物)”(希臘語(yǔ),意思是“小動(dòng)物”)。
而第一個(gè)試圖研究細(xì)菌的人是丹麥生物學(xué)家奧托·弗里德里?!つ吕?(Otto Friedrich Muller)(1730-1784年)。1786年,在他死后出版的一本書中,記錄了他的觀察結(jié)果。
穆勒也是第一個(gè)試圖對(duì)微生物進(jìn)行一般分類的人;就是說(shuō),將微生物分類成時(shí)尚的種和屬,這種分類是由瑞士自然學(xué)家卡羅勒斯·林奈(Carolus Linnaeus) (1730-1784年)在半個(gè)世紀(jì)前就開始推廣的。然而,林奈研究的是肉眼能看到的動(dòng)物和植物,可以依據(jù)清楚看到部分詳細(xì)的差異性和類似性,對(duì)它們進(jìn)行分類。
而另一方面,微生物卻非常微小,在它們之中看不清多少細(xì)節(jié)。除了按照它們的總體形狀對(duì)它們進(jìn)行判斷以外, 其它什么也做不了。這就如同通過(guò)普通植物和動(dòng)物投下的影子對(duì)它們進(jìn)行分類一樣。但是穆勒還是注意到,一些細(xì)菌像棍子,一些像開塞鉆。他將前者稱為“bacilli”,或者單數(shù)“bacillus”(拉丁語(yǔ),意思是“小棍子”);而將后者稱為“spirilla”,或者單數(shù)“spirillum”(拉丁語(yǔ),意思為“小螺旋”)。
單詞“spirilla”保留了其特指的意思,但“bacilli”有時(shí)會(huì)被用作細(xì)菌(bacteria)的同義詞。
在穆勒的時(shí)代,任何人看細(xì)菌,都不太可能比穆勒看得更清楚了。顯微鏡中使用的透鏡在光線波長(zhǎng)發(fā)生變化時(shí),會(huì)將光線以不同的程度折射進(jìn)顯微鏡。你可以聚焦某一種波長(zhǎng)的光線,而其它波長(zhǎng)的光線則無(wú)法同時(shí)聚焦,這樣就會(huì)看到觀察對(duì)象周圍模糊的色環(huán)。
1830年,英國(guó)透鏡制造商約瑟夫·杰克遜·利斯特(Joseph Jackson Lister)(1786-1869年),成功地采用兩種不同的玻璃,組合出顯微鏡透鏡。每種透鏡折射光線的波長(zhǎng)有所不同,如果將它們合理組合,一種透鏡的顏色效應(yīng)就正好能被另外一種透鏡的顏色效應(yīng)所抵消。它也就成了一種“achromatic(希臘語(yǔ),意思是“沒(méi)有顏色”) 透鏡”)。
使用“無(wú)顏色透鏡”,聚焦可以變得非常清晰,沒(méi)有了模糊的色環(huán)。只有這樣,對(duì)細(xì)菌等微小東西的研究,才能夠以有意義的方式展開。
十九世紀(jì)六十年代,法國(guó)化學(xué)家路易·巴斯德(Louis Pasteur)(1822-1895年)開始堅(jiān)持認(rèn)為,傳染性疾病是人與人之間通過(guò)特定微生物傳染的結(jié)果。這是有史以來(lái)最偉大的單項(xiàng)醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn),它也將人們的注意力成功地集中在了微生物身上。
受到巴斯德研究工作的鼓舞,德國(guó)植物學(xué)家費(fèi)迪南德·朱利葉斯·科恩 (Ferdinand Julius Cohn)(1828-1898年)成為世界上第一個(gè),將其畢生的研究工作專注在細(xì)菌上的科學(xué)家。1872年,他發(fā)表了三篇有關(guān)細(xì)菌的論文,由此創(chuàng)立了細(xì)菌學(xué)科學(xué)。在細(xì)菌分類方面,他比穆勒有了很大的進(jìn)展。他是第一個(gè)描述細(xì)菌孢子及其耐沸溫度的科學(xué)家。
科恩延續(xù)了穆勒的“bacilli”和“spirilla”細(xì)菌分類,但走得更遠(yuǎn)。他注意到,一些棍狀的細(xì)菌比另一些長(zhǎng),他保留了較長(zhǎng)棍狀細(xì)菌的“bacilli”名稱,而對(duì)于較短的細(xì)菌,他第一次使用了“bacteria”,或者單數(shù)“bacterium”(同樣為拉丁語(yǔ),意思是“短棍子”)這個(gè)名稱。
出于某些原因,“bacteria”開始成為最常用于這些微生物的術(shù)語(yǔ),盡管人們也用過(guò)一些其它術(shù)語(yǔ)。于是,德國(guó)病理學(xué)家克里斯蒂安A·T·比爾羅斯(Christian Billroth)(1829-1894年)將具有小球形狀的細(xì)菌稱為“cocci(球菌)”或單數(shù)“coccus”(希臘語(yǔ),“漿果”),還有一些種類則稱為“streptococcus(鏈球菌)”,“staphylococcus(葡萄球菌)”和“pneumococcus(肺炎球菌)”。
法國(guó)生物學(xué)家查爾斯·塞迪悅(Charles Sedillot)還引入了術(shù)語(yǔ)“microbe”(希臘語(yǔ),意思是“小生命”),用于引起疾病、腐爛或發(fā)酵的所有微生物。有時(shí),“microbe”也是通常用于細(xì)菌的另一個(gè)術(shù)語(yǔ)。
19世紀(jì)初,還有一個(gè)最不適合于細(xì)菌的的術(shù)語(yǔ),但公眾卻經(jīng)常使用。它就是“germ”(拉丁語(yǔ)中“胚芽”的意思),它可以用來(lái)表示,生命起源的任何小物體。
于是,種子中含有實(shí)際生命物質(zhì)的部分,可以被認(rèn)為是細(xì)菌,以致于我們會(huì)說(shuō)出“小麥細(xì)菌”這樣的東西。同樣,生命來(lái)自精子和卵子,于是它們被稱為“細(xì)菌細(xì)胞”。在發(fā)育的胚胎中,最終發(fā)育成器官的原始細(xì)胞群,則被稱為“細(xì)菌層”。
事實(shí)上,巴斯德對(duì)傳染病的看法,通常被稱為“疾病的細(xì)菌理論”,這實(shí)際上是不正確的,因?yàn)榧?xì)菌絕不是唯一的致病生物。疾病也可以由病毒、霉菌、原生動(dòng)物、寄生蟲等引起。
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區(qū)分細(xì)菌與其他細(xì)胞,最明顯的特性是看它們的大小。非細(xì)菌的單細(xì)胞生物可能大到幾乎能肉眼看到。它們必須這么大,因?yàn)樗鼈冃枰獙⒋罅抗δ?,打包進(jìn)它們的單個(gè)細(xì)胞中。例如,一個(gè)變形蟲(amoeba)的直徑可達(dá)約為200微米(1/125英寸)。
組成多細(xì)胞生物的細(xì)胞比這個(gè)要小。它們不必滿載獨(dú)立生存所需的材料。它們可以與其它細(xì)胞共享勞動(dòng)成果。例如,人類的肝細(xì)胞直徑約為12微米。一個(gè)變形蟲可以容納大約2400個(gè)人類的肝細(xì)胞。
而一個(gè)典型的細(xì)菌,直徑可能只有2微米。細(xì)菌應(yīng)該是地球上自由生活的最?。ɑ蛘呖赡苁亲钚。┥?。我們所知道的最小細(xì)菌,直徑大約只有0.02微米。一個(gè)變形蟲細(xì)胞中可以容納大約1億個(gè)這些最小的細(xì)菌。
(還有一些被稱為病毒的生物,它們比細(xì)菌還要小,但它們都不能自由生活。它們只能在活細(xì)胞內(nèi)生長(zhǎng)和繁殖。)
細(xì)菌在生命的層次結(jié)構(gòu)中應(yīng)該屬于哪一層呢?當(dāng)我年輕的時(shí)候,我知道所有的生命被分成兩個(gè)王國(guó),植物王國(guó)和動(dòng)物王國(guó)。我發(fā)現(xiàn),將細(xì)菌放在植物王國(guó)里,有點(diǎn)不合適。要不然,讓植物王國(guó)和動(dòng)物王國(guó)只包括多細(xì)胞生物,而讓所有的單細(xì)胞生命組成了第三個(gè)王國(guó),稱之為“Protista”(希臘語(yǔ),意思是“第一個(gè)”)。
要理解這一觀點(diǎn),我們必須追溯到1831年。當(dāng)時(shí),英國(guó)植物學(xué)家羅伯特·布朗(Robert Brown)(1773-1858年)第一個(gè)注意到,普通細(xì)胞內(nèi)部有微小的結(jié)構(gòu)。他將它們稱為“nuclei(核)”,或單數(shù)“nucleus”(拉丁語(yǔ),意思是“小堅(jiān)果”),因?yàn)樗鼈兪窃诩?xì)胞內(nèi)被發(fā)現(xiàn)的,就像硬殼內(nèi)的堅(jiān)果。
最終證明,細(xì)胞核包含了控制細(xì)胞繁殖的遺傳物質(zhì)。遺傳物質(zhì)在細(xì)胞分裂過(guò)程中自我復(fù)制,并幾近精確地復(fù)制母細(xì)胞,傳遞到子細(xì)胞;從更大的意義上來(lái)說(shuō),就是從母生物體復(fù)制到子生物體。
所有多細(xì)胞生物中的每個(gè)完整細(xì)胞,都包含一個(gè)細(xì)胞核,無(wú)論這些生物是植物還是動(dòng)物。(可以肯定的是,也存在不完整的細(xì)胞,如紅細(xì)胞,它們不包含細(xì)胞核。但它們壽命很短,既不生長(zhǎng),也不分裂)。
因此,多細(xì)胞的動(dòng)物和植物,都可以被歸類為由有核細(xì)胞組成,或者由“eukaryotes(真核細(xì)胞)”(希臘語(yǔ),意思為“真正的核”)組成。此外,單細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞,如變形蟲和單細(xì)胞植物細(xì)胞(如“algae”藻類,或單數(shù)“alga”(拉丁語(yǔ)中的“海藻”)),都是真核細(xì)胞。
換句話說(shuō),植物和動(dòng)物(包括所有的多細(xì)胞形式,以及較大的單細(xì)胞形式)可以被認(rèn)為形成了一個(gè)“真核生物”的“超級(jí)王國(guó)”。
另一方面,細(xì)菌細(xì)胞并不包含細(xì)胞核。但這并不意味著,它們不包含生長(zhǎng)和繁殖所必需的遺傳物質(zhì)。這些遺傳物質(zhì)只是沒(méi)有被隔離在細(xì)胞核中,而是分布在整個(gè)細(xì)菌細(xì)胞中?;蛘吣阋部梢哉f(shuō),細(xì)菌細(xì)胞本質(zhì)上就是一種自由生活的細(xì)胞核。這也是它為什們這么小的原因。(不過(guò),細(xì)菌細(xì)胞還是包含了真核細(xì)胞中細(xì)胞核外的結(jié)構(gòu)。)
細(xì)菌細(xì)胞,以及事實(shí)上不包含明確分隔的核,但在細(xì)胞中分布有遺傳物質(zhì)的任何細(xì)胞,都是“prokaryotes(原核生物)”(希臘語(yǔ),意思是“核之前”),可以認(rèn)為它們包括在“原核生物”的超級(jí)王國(guó)中。這樣,我們就可以把生物分成了兩大部分:細(xì)菌和其他所有生物。
“原核生物”一詞意味著,細(xì)菌比真核生物更原始,因此,它們可能在真核生物存在和進(jìn)化之前,就已經(jīng)存在和進(jìn)化了。
如果回到化石記錄中,我們會(huì)發(fā)現(xiàn),我們正在處理的是多細(xì)胞生物的遺跡,它們與我們自身有類似的復(fù)雜性,而且它們中許多體型也相當(dāng)大。從它們與今天生活的生物的相似處來(lái)看,很明顯,所有這些化石都是真核生物。
我們發(fā)現(xiàn)的最古老的化石大約有6億年的歷史,但它們并不能代表最古老的生命形式。因?yàn)椋紫?,即使是最古老的化石的結(jié)構(gòu)也是相當(dāng)復(fù)雜的,一定已經(jīng)有了很長(zhǎng)的進(jìn)化歷史。另外,地球有46億年的歷史,所以普通的化石遺跡,只占據(jù)了地球歷史的最后八分之一多一點(diǎn),在這之前應(yīng)該還有足夠的時(shí)間進(jìn)行早期的進(jìn)化。
事實(shí)上,我們通常研究的化石,主要都是那些設(shè)法進(jìn)化出堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)——外殼、骨骼、牙齒(它們更容易變成化石)的多細(xì)胞生物。在它們之前,一定還有不帶堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)的多細(xì)胞生物,而其中最早的,可能已經(jīng)有8億年的歷史了。
我們可以往回走得更遠(yuǎn)一些。美國(guó)古生物學(xué)家埃爾索·斯特倫伯格·巴格霍恩(Elso Sterrenberg Barghoorn)(1915-1984年)從1954年開始,在安大略省南部,研究了非常古老的巖石。他將這些巖石制成薄片,并在顯微鏡下進(jìn)行了研究。在這些巖石中,他發(fā)現(xiàn)了與原生動(dòng)物尺寸大致相同的圓形結(jié)構(gòu)。此外,在這些殘骸中還有更小結(jié)構(gòu)的跡象,它們類似于細(xì)胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)。
很明顯,這些都是單細(xì)胞生物的化石,其中最古老的一個(gè)似乎已經(jīng)有14億年的歷史了,其年齡幾乎是最古老多細(xì)胞生物的兩倍。但即便如此,真核生物的歷史似乎仍然被壓縮到地球歷史的最后三分之一多一點(diǎn)。更重要的是,真核生物足夠復(fù)雜,即使是單細(xì)胞形式,也需要很長(zhǎng)的進(jìn)化歷史。
當(dāng)然,巴格霍恩和他的同事們?cè)趲r石中還發(fā)現(xiàn)了特別小的結(jié)構(gòu),它們太古老了,沒(méi)有包含真核生物?,F(xiàn)在看來(lái),原核生物比真核生物早了很長(zhǎng)一段時(shí)間。迄今為止,在巖石中發(fā)現(xiàn)的最古老的原核生物殘骸,可能已有35億年的歷史了。
這意味著,在地球年齡最多只有10億年的時(shí)候,原核生物就已經(jīng)存在了。而在此后的20多億年里,它們一直是地球上唯一的生命形式,是地球真正的統(tǒng)治者。
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真核生物一旦出現(xiàn),在我們看來(lái),它們就接管了地球的統(tǒng)治地位,首先是單細(xì)胞植物和動(dòng)物,然后是各種各樣的多細(xì)胞動(dòng)植物和動(dòng)物。海洋的主要生物(魚類)和陸地的主要生物(兩棲動(dòng)物、爬行動(dòng)物,然后是哺乳動(dòng)物,尤其是人類)都是真核生物。
不過(guò),這要看你如何定義“統(tǒng)治地位”了?地球上植物生命的數(shù)量是動(dòng)物生命的十倍,動(dòng)物只能作為寄生物生活在植物世界中。如果所有的植物都消失了,所有的動(dòng)物生命很快就會(huì)跟隨它們走向毀滅。而如果所有的動(dòng)物都消失了,地球上大部分植物仍會(huì)活著。
對(duì)于一個(gè)真正客觀的外星觀察者來(lái)說(shuō),地球似乎是一個(gè)植物的世界,一些高級(jí)的樹木是“統(tǒng)治者”,到處有自由跑動(dòng)的、令人討厭的和不無(wú)關(guān)緊要的寄生物。(畢竟,人體是由數(shù)以萬(wàn)億計(jì)的人體細(xì)胞,以及皮膚上和腸道中感染的、令人討厭的和無(wú)關(guān)緊要的寄生蟲組成的。這些寄生蟲不是我們的統(tǒng)治者,因?yàn)樗鼈円揽课覀兩睿?/p>
我們也可以用另一種方式來(lái)看這個(gè)問(wèn)題,真核細(xì)胞是如何發(fā)展出來(lái)的?有些人認(rèn)為它們是通過(guò)各種類型的原核細(xì)胞的合作和最終合并而產(chǎn)生的。
因此,具有完善遺傳機(jī)制的原核細(xì)胞,會(huì)與其他帶有完善的游離氧處理系統(tǒng)的原核細(xì)胞相結(jié)合。結(jié)合的時(shí)候,原始的真核細(xì)胞發(fā)育出一個(gè)十分適合遺傳功能的細(xì)胞核,在它外面,還有一個(gè)十分適合處理氧的線粒體。細(xì)胞的其他部分,也來(lái)自于各種適當(dāng)?shù)膶I(yè)化原核細(xì)胞。
簡(jiǎn)而言之,真核細(xì)胞可能只是原核細(xì)胞的組合,就像多細(xì)胞動(dòng)植物都是真核細(xì)胞的組合一樣。這一觀點(diǎn)得到了美國(guó)生物學(xué)家林恩·馬古利斯(Lynn Margulis)(生于1938年)的強(qiáng)烈支持。
因此,我們可以把地球上所有的生命分為三類:(1)原核細(xì)胞,如細(xì)菌;(2)原核細(xì)胞的組合,如變形蟲;以及(3)原核細(xì)胞組合的組合,如人類。
作一個(gè)類比,我們可以這樣看,美國(guó)的一個(gè)州是人的組合;而美國(guó)聯(lián)邦政府又是州的組合(人組合的組合)。
一個(gè)優(yōu)秀、高效、仁愛的政府,會(huì)讓人民過(guò)上一種,比完全孤立、完全依靠自己資源更好的生活。而美國(guó)人的觀點(diǎn)同樣是,人民是最基本的。畢竟,如果沒(méi)有政府,無(wú)論多么野蠻和糟糕,人民都會(huì)生存,但如果沒(méi)有了人民,政府就不可能存在。
所以,我忍不住還是會(huì)說(shuō),原核生物仍然統(tǒng)治著地球。
讓我們從另一個(gè)角度來(lái)理解這個(gè)問(wèn)題。雖然真核生物在14億年前就存在了,而且8億年前可能還出現(xiàn)了第一個(gè)多細(xì)胞生物,但原核生物仍然存在并仍然在蓬勃發(fā)展。
它們存在的數(shù)量非常巨大,且繁殖的速度非常的快,因此它們的進(jìn)化速度,比單細(xì)胞或多細(xì)胞真核生物也要快得多。結(jié)果是,原核生物已經(jīng)進(jìn)化出,真核生物無(wú)法對(duì)付的環(huán)境生態(tài)位。它們可以生活在能夠殺死真核生物的溫度和鹽濃度下。它們可以生活在無(wú)法支持其他生命形式的無(wú)機(jī)化合物上。作為孢子,在惡劣的條件下,它們可以比任何其他形式的生命,生存更長(zhǎng)的時(shí)間。當(dāng)我們開發(fā)出化學(xué)藥品來(lái)殺死它們時(shí), 它們會(huì)逐漸形成耐藥性,如果我們要控制住它們,就必須不停地找到新的殺菌藥。它們是不可戰(zhàn)勝的,在出現(xiàn)一些毀滅生命的宇宙或人類大災(zāi)難時(shí),即使所有其他的生命都消失了,原核生物仍可能很好地生存下來(lái)。
那么,如果不帶偏見或自我感覺(jué)的話,你認(rèn)為誰(shuí)是地球真正的統(tǒng)治者呢?
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目前仍然存在細(xì)菌分類的問(wèn)題。第一批細(xì)菌學(xué)家,比如:馬勒和科恩,他們?cè)噲D只憑外表把它們分開,最后我們只得到了一組名字,而無(wú)法知道不同的物種是如何相關(guān)的。
最終,隨著生化技術(shù)的進(jìn)步,當(dāng)細(xì)菌學(xué)家們學(xué)會(huì)了研究細(xì)胞成分的化學(xué)性質(zhì)、它們所擁有的基因以及它們帶來(lái)的化學(xué)反應(yīng)類型的時(shí)候,探索原核生物進(jìn)化和確定它們的關(guān)系的機(jī)會(huì)也就大大提升了。
最近,科學(xué)家設(shè)計(jì)了一個(gè)判斷細(xì)菌關(guān)系的系統(tǒng),它包括“核糖體”,這是所有細(xì)胞中參與蛋白質(zhì)合成的物質(zhì),真核細(xì)胞和原核細(xì)胞中都有。由于每個(gè)細(xì)胞獨(dú)特的特性是由其中的化學(xué)反應(yīng)賦予它的,而且由于這些化學(xué)反應(yīng)取決于所形成的蛋白質(zhì)的性質(zhì),因此核糖體似乎只能隨著時(shí)間緩慢發(fā)生變化。(它們對(duì)其可能形成的蛋白質(zhì)類型沒(méi)有太多的自由空間。)因此,通過(guò)兩種生物核糖體之間的差異,就可能很好地衡量它們之間進(jìn)化的差距。
在核糖體的基礎(chǔ)上,我們發(fā)現(xiàn)細(xì)菌分為兩個(gè)不同的群。我們經(jīng)常遇到一些常見的細(xì)菌,它們的化學(xué)反應(yīng)與一般細(xì)胞普遍很相似。它們是“eubacteria(真細(xì)菌)”(希臘語(yǔ),意思是“真正的細(xì)菌”)。
也有些細(xì)菌,它們的核糖體中似乎有很大的不同,因此,毫不奇怪,它們?cè)诨瘜W(xué)反應(yīng)和生存方式上也很不尋常。這些是“archaebacteria(原始細(xì)菌)”(希臘語(yǔ),意思是“老的細(xì)菌”)。
在核糖體化學(xué)組成方面,原始細(xì)菌和真細(xì)菌與來(lái)自真核生物的一樣相互不同。這意味著,我們現(xiàn)在可以把所有生活在地球上的已知生物,分為三個(gè)超級(jí)王國(guó):真核生物、真細(xì)菌和原始細(xì)菌。
據(jù)推測(cè),原始細(xì)菌是我們所知道的最古老、最原始的自由生活的生物,它們包括三個(gè)已知的亞群。有些細(xì)菌不能使用氧氣,帶有的化學(xué)物質(zhì)最終會(huì)產(chǎn)生甲烷,而不是二氧化碳。它們是“methanogens(產(chǎn)甲烷菌)”(希臘語(yǔ),意思為“甲烷制造者”)。還有的細(xì)菌能在高溫酸性的海水中茁壯成長(zhǎng),它們是“thermoacidophiles(嗜熱嗜酸菌)”(希臘語(yǔ),意思為“熱酸愛好者”)。最后,還有一些細(xì)菌喜歡非常咸的水,它們是“halo bacteria(嗜鹽菌)”(希臘語(yǔ),意思為“鹽細(xì)菌”)。
這三種已知的原始細(xì)菌可能來(lái)自一個(gè)共同的祖先。而我們?nèi)匀贿€不知道這個(gè)共同的祖先,要么是因?yàn)樗呀?jīng)不存在了,要么是因?yàn)槲覀冞€沒(méi)有發(fā)現(xiàn)它。我所看到的,用于這種最原始細(xì)胞的一個(gè)名字是“progenotes(原生命)”(希臘語(yǔ),意思是“出生之前”)。
從這些原始細(xì)菌中,可能產(chǎn)生了真細(xì)菌和真核生物。我們不知道它們是否分別來(lái)自于不同種類的原始細(xì)菌群。有一個(gè)說(shuō)法是,第一個(gè)真細(xì)菌是從嗜熱嗜酸菌進(jìn)化而來(lái)的,而第一個(gè)真核細(xì)胞來(lái)自產(chǎn)甲烷菌,但我對(duì)此持懷疑態(tài)度。
我認(rèn)為真細(xì)菌最初起源于一群原始細(xì)菌,然后是真細(xì)菌的組合發(fā)展為真核細(xì)胞。我沒(méi)有證據(jù),但我這個(gè)人就是這樣的,喜歡胡亂猜測(cè)。
真細(xì)菌分成許多亞群,其中一個(gè)含有葉綠素的亞群特別有趣。由于含有單細(xì)胞葉綠素的生物中,最有名的是藻類,單從顏色上看,這些真細(xì)菌很長(zhǎng)時(shí)間里一直被稱為“藍(lán)綠藻”。
然而,它們并不是藻類。藻類是真核生物,而這種所謂的“藍(lán)綠藻”卻是原核生物。它們屬于不同的超級(jí)王國(guó)。
因此,“藍(lán)綠藻”最初又被稱為“藍(lán)綠色”,這是一種怯懦的妥協(xié),然后才被稱為“cyanobacteria(藍(lán)細(xì)菌)”(希臘語(yǔ),意思為“藍(lán)色細(xì)菌”)。
藍(lán)細(xì)菌可能與其他真細(xì)菌結(jié)合,形成了現(xiàn)在的“葉綠體”,即植物細(xì)胞中含有葉綠素的結(jié)構(gòu)。
藍(lán)細(xì)菌在過(guò)去20億年里一直在產(chǎn)生氧氣,它們可能是世界上唯一的光合作用系統(tǒng)。因此,我們都得感謝藍(lán)細(xì)菌,是它開始在地球建立起了含氧大氣層,供大家呼吸。
(作者:艾薩克.阿西莫夫(Isaac Asimov),譯者:勁松)