有的细菌是利用,人类才刚刚开始了解和利用细菌。

 admin   2024-01-30 10:52   67 人阅读  0 条评论

很多人都想知道关于人类才刚刚开始了解和利用细菌。和有的细菌是利用的题,本文为你带来详细的解说。


据外媒报道,正在阅读这篇文章并呼吸的你,即使此时此刻也正在从细菌中受益。


从我们呼吸的氧气到我们的胃从我们吃的食物中吸收的营养,这一切都归功于在这个星上繁衍生息的细菌。我们的身体含有的微生物(包括细菌)是人体细胞的10倍,几乎就像微生物的***体。


直到最近,科学家们才开始充分了解这些微生物及其对地和人类健康的影响。历史研究表明,我们的祖先在几个世纪前就使用细菌来发酵啤酒和面包等食品和饮料。


直到17世纪,人类才开始近距离观察细菌。好奇的安东尼范列文虎克在检查牙齿之间的牙菌斑样本时发现了这种细菌。在他的作品中,他诗意地将自己洁白的牙齿上的细菌菌落描述为“像‘糊状物’一样厚的白色小物质”。他将样本放在复式显微镜下,发现微生物正在移动。他们还活着!


事实上,细菌是地的“规则改变者”,它们产生了我们呼吸的空气,并在塑造我们的家园星方面发挥着关键作用。


本文全面介绍了这些微生物。尽管它的规模很小,但它对人类历史和环境产生了重大影响,无论是好是坏,而且在某些方面我们仍然不完全了解。首先,让我告诉你是什么让细菌与其他类型的生命不同。


细菌基础知识


细菌是原核生物,不像人类、动物或植物细胞那样有细胞核。


如果细菌是肉眼看不见的,我们怎么知道这么多呢?


细菌的大小通常从1微米到几微米不等。科学家们开发出了功能强大的显微镜,可以放大细菌,以了解其内部运作情况并将其与其他生物进行比较。


细胞是生命的基本单位,人类、动物、植物的遗传信息都蕴含在膜核中。这些类型的细胞称为真核细胞,具有专门的细胞器,每种细胞器都具有维持细胞功能和健康的独特功能。


然而,细菌没有细胞核,它们的遗传物质DNA在细胞内自由漂浮。它们也没有细胞器,并且有不同的繁殖和交换遗传物质的方式。这些细胞被归类为原核细胞。


除了基本分类之外,科学家还根据以下因素将细菌分为几个阵营


能在有氧环境中生存和繁衍吗?


细菌的形状,包括杆状、环状或螺旋状;


革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌。这是基于染色测试的细菌分类,可深入了解细胞外保护膜的组成。


细菌如何在环境中移动并寻找方向。


我们将所有不同类型的微生物(包括细菌、古细菌、真菌、病和原生动物)的研究称为微生物学,这门学科不断积累有关细菌和其他微生物的知识。


一些类似细菌的小生物现在被归入古细菌领域。这些微生物曾经与细菌一起被归类为原核生物,但随着研究人员对它们的了解越来越多,它们现在被归类为三域系统中的一个域。


能量源


蓝细菌利用阳光作为“早餐”来产生氧气并改变地大气的成分。


就像人类、植物和动物一样,细菌也需要食物才能生存。


有些细菌是自养生物。也就是说,我们使用阳光、水和环境中的化学物质等基本投入来制造食物。其他细菌被称为异养细菌,因为它们通过吃现有的有机物来获取能量。


事实上,对细菌有吸引力的东西可能对我们来说是排斥的。从石油泄漏到核反应副产品,从人类产生的废物到自然腐烂的生物体,细菌在各种各样的基质上繁衍生息。


另一方面,细菌对某些食物来源的偏好也可能使人类受益。例如,意大利的艺术家正在利用细菌消化多余的盐和胶层来延长珍贵艺术品的寿命。细菌回收有机物的能力具有广泛的应用,特别是考虑到它们作为地表面(包括土壤和水)回收者的重要作用。


在日常生活中,我们可能熟悉细菌消耗能量时产生的气味。它们分解剩余的食物,吸收营养,并释放气态副产品。这时,垃圾桶开始散发出难闻的气味。但这个过程并没有结束。肠道细菌在消化过程中也会释放出难闻的气体,是的,它们确实如此。即使在那些尴尬的时刻,细菌也是罪魁祸首。


大家庭


这种粘性生物膜含有嗜肺军团菌和哈曼氏菌。


一旦有机会,细菌就会生长并形成菌落。在适当的食物和环境条件下,它们会繁殖并形成称为生物膜的粘性物质。这些团块存在于各种表面,从溪流中的岩石到口腔中的臼齿。


这种生物膜既有优点也有挑战。一方面,它允许细菌在自然界中形成互利共生的群落,但另一方面,它也可能构成严重的威胁。例如,使用医疗植入物和设备来治疗患者的医生特别担心生物膜。这是因为这些表面非常有利于细菌生长。当生物膜形成时,它们会产生对人类有甚至致命的副产品。


就像城市中的人们一样,生物膜中的细胞通过发送消息并共享有关食物供应和潜在危险的信息来相互交流。细菌不会打电话给邻居,而是通过化学物质将信息传递给附近的朋友。


当然,细菌并不害怕独居。事实上,一些物种已经发展出在恶劣环境中生存的方法。当食物短缺或环境条件恶化时,这些细菌通过形成称为内生孢子的硬壳来保护自己,这种硬壳使细胞保持休眠状态并保存细菌的遗传物质。


科学家甚至在100年前放置的时间胶囊中发现了细菌,而其他人则发现了25亿年前的细菌。所有这些都表明细菌可以保存很长一段时间。


既然我们知道细菌只要有机会就会进行定殖,那么它们是如何通过分裂和繁殖来进行定殖的呢?


细菌增殖


在二元裂变的早期阶段,大肠杆菌分裂成两个相同的细胞。


细菌如何产生菌落?与地上的其他生命形式一样,细菌必须自我复制才能生存。人类和其他生物体通过有性繁殖来完成这一过程,但在细菌中情况有所不同。


首先,我们来讨论一下为什么多样性是好的。


生命经历自然选择,即某些选择力量使某些类型的生命能够在给定的环境中繁衍生息和繁殖更多。基因是告诉细胞将头发变成棕色或黑色、眼睛变成棕色或蓝色的构件。从父母那里继承的基因形成了良好的组合。有性生殖还会导致DNA突变或随机变化,从而创造多样性。遗传多样性越多,生物体就越有可能适应环境。


对于细菌来说,繁殖并不是与合适的同类相遇并定居,而是简单地复制自己的DNA并将其分裂成两个相同的细胞。这个过程被称为二元裂变,其中细菌复制其DNA,将遗传物质传递到细胞的两端,然后分裂成两个细胞。


由于通过这种繁殖方法产生的细胞在基因上与原始细胞相同,因此它不是创建多样化基因库的方法。


那么细菌是如何获得新基因的呢?


嗜热细菌使黄石国家公园的乳白色水池呈现出奇异的颜色。


事实上,细菌使用一些巧妙的方法来做到这一点水平基因转移,即与其他生物体交换遗传物质而不进行繁殖。细菌进行水平基因转移有多种方法,一种方法是依靠其他微生物和细菌从细胞外环境获取遗传物质,另一种方法是利用以细菌为宿主的病。一旦新细菌被感染,病就会将旧细菌的遗传物质留在新细菌中。


遗传物质的交换赋予细菌灵活性和适应性,一些细菌在感受到压力环境变化(例如食物短缺或化学变化)时更有能力适应。更好地了解细菌如何适应环境对于了解和对抗细菌对抗生素的耐药性非常重要。细菌之间交换遗传物质的频率如此之高,以至于一次有效的治疗方法可能在下一次就无效了。


细菌无处不在


耐甲氧西林金葡萄菌可导致易感人群伤口感染、肺炎和败血症。


为了更大规模地了解细菌,我们要的题不是“哪里有细菌?”而是“哪里没有细菌?”它们几乎在地上随处可见。虽然不可能在任何时候完全确定地上微生物的数量,但有人估计这个数字约为510^28!


目前还很难确定有多少种不同类型的细菌,或者可以分为多少种类型。目前确认的细菌种类估计有30,000种,但科学家们正在不断学习以添加到知识库中。研究人员认为,我们甚至还没有触及细菌种类的真实数量的表面。


事实上,细菌已经存在了很长时间,以至于它们已经形成了一些已知最早的化石,其历史可以追溯到35亿年前。科学证据表明,2.5至23亿年前,蓝藻开始在世界海洋中产生氧气,形成地大气层,为多种生命形式提供充足的氧气。


细菌可以在空气、水、土壤、冰、极热、植物,甚至我们的肠道、皮肤和其他动物的皮肤中生存。


有些细菌是极端微生物。这意味着它们可以承受极端环境,无论是非常热还是非常冷,或者缺乏通常与生命相关的营养物质和化学物质。研究人员在地海洋最深点马里亚纳海沟以及水下热液喷口和冰川中发现了细菌。


但发现嗜性细菌的乐趣不仅仅属于该领域的研究人员。游客还可以在美国黄石国家公园的乳白色池塘等地看到这些细菌创造的美丽景观。


太空中的细菌


一些通常不会对人类健康产生负面影响的细菌可能更有可能感染宇航员。为了更好地研究太空飞行对细菌的影响,美国宇航局于2010年和2011年发射了亚特兰蒂斯号航天飞机,将通常在地上引起可治疗感染的微生物送入太空。研究人员发现这些细菌可以以地上前所未见的方式形成群落。这些发现使研究人员能够更深入地了解如何改善宇航员的健康。


坏细菌


1928年,细菌学家亚历山大弗莱明爵士偶然发现了青霉素。


细菌对人类和地的健康做出了重要贡献,但它们也有黑暗的一面。某些细菌具有致病性,可导致严重疾病。


纵观人类历史,一些细菌因在公众眼中引起焦虑而臭名昭著。例如,考虑传染病。引起黑死病的细菌是鼠疫耶尔森氏菌,历史学家认为它不仅杀死了一亿多人,而且塑造了历史,甚至导致了罗马帝国的崩溃。在抗生素和其他治疗感染的药物出现之前,人类很难阻止细菌的传播。


即使在今天,这些致病细菌仍然沉重地压在我们的心脏上。抗生素耐药性会使现有的治疗方法对多种细菌无效,这些细菌会引起炭疽、肺炎、脑膜炎、霍乱、沙门氏菌、链菌性咽喉炎、大肠杆菌和葡萄菌感染等疾病。


对于金葡萄菌尤其如此。这些细菌是葡萄菌感染的原因。被称为“超级细菌”的耐药金葡萄菌给医院和医疗机构带来了严峻的挑战,在插入植入式医疗设备和导管时,患者更容易受到感染。


之前我们讨论了自然选择以及一些细菌如何拥有更多种类的基因来帮助它们应对。


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