第一章 微生物家族
微小世界的主角
提起細菌人們首先想到的是導致疾病、殘害人命的病原菌，事實上病原菌隻是細菌的一部分，大多數細菌能給我們帶來很大的好處，生產味精、積累氮肥、淨化環境都離不開細菌。
細菌是一類構造簡單的單細胞生物，個體極小，必須用顯微鏡才能觀察得到。它沒有成型的細胞核，隻有一些核質分散在原生質中，或以顆粒狀態存在。所以，科學家們稱它們是原核生物。
細菌的種類繁多，而且分布極廣，地球上從1.7萬米的高空，到深度達1.07萬米的海洋中到處都有細菌的蹤影。
凡是與空氣接觸的物品就會帶菌，而細菌遇到有充足養料之處就能很快地生長繁殖。通常動物在出生或孵化前，體內是無菌狀態的，然而在出生過程或孵化時很快地汙染了母體或卵殼上的細菌，因而在極短的時間內，細菌就會布滿其全身。這些細菌絕大多數是有益的，比如人和動物腸道中的細菌能協助分解某些食物。動物體內的組織通常是無菌的，除非病時被病原菌侵入。
細菌不僅種類繁多，它們的長相也各有不同，通常我們把細菌依它們的外形區分為4個類群：球狀的細菌稱為球菌，長圓柱形的稱為杆菌，細胞略呈彎曲或弓形的稱為弧菌，呈螺旋狀的稱為螺旋菌。
在球菌中，有的獨身隻影，稱為單球菌，如尿素小球菌；有的成雙成對，稱為雙球菌，如肺炎雙球菌；有的四個菌體連在一起，稱為四聯球菌，如四聯小球菌；有的八個菌體選在一起，似“疊羅漢”，稱為八疊球菌，如藤黃八疊球菌；有的像一串串鏈珠，稱為鏈球菌，如乳酸鏈球菌；也有的菌體不規則的聚集在一起，像一串串葡萄，稱為葡萄球菌，如金黃色葡萄球菌等。
杆菌，又分為長杆菌，如乳酸杆菌；短杆菌，如穀氨酸生產菌A.S1299；中型杆菌——介於長杆菌和短杆菌之間，如大腸杆菌等。有的杆狀菌體能連在一起，稱為鏈杆菌，如炭疽杆菌；還有的杆菌體能長出側枝，稱為分枝杆菌，如結核杆菌。
在弧菌中，最有代表性的就是霍亂弧菌。在螺旋菌中，常見的是口腔齒垢中的口腔螺旋體。除了這4類菌外，還有一類絲狀細菌，其杆狀菌體連成長鏈，外麵圍有共同的粘質衣鞘，形成絲狀或毛發狀，叫鞘衣細菌，這類菌常見於下水道或其他有機質豐富的水中。
如果我們把細菌切開來觀察，細菌的最外層是結實的保護層，稱為細胞壁，它包裹著整個菌體使細胞有固定的形狀。其主要成分是肽聚糖。細胞壁的裏麵是一層薄而柔軟的富有彈性的半透膜——細胞膜，它是細胞內外的交換站，控製著細胞內外的物質交換。細胞膜是由脂類、蛋白質和糖類組成的。細胞膜包裹著細菌的所有生命物質——細胞質，這是由一團粘稠的膠狀物質組成，內含各種酶係統，是生化反應的場所，也是貯藏代謝產物的“倉庫”。其化學組成主要是水、蛋白質、核酸和脂類等。在細胞質內，細菌具有一個核區，不過，這種“核”和高等生物不同，它沒有核膜圍繞，隻是由遺傳物質卷曲纏繞而成，其化學組成主要是核酸。
有些細菌除具有一般結構外，還具有特殊的結構：莢膜、芽孢、鞭毛。
某些細菌的細胞壁外，有一層粘液狀、像果凍般的莢膜，具有保護細菌的功能，以阻抗細菌周圍的化學物質的侵害。因此有莢膜的細菌不易用藥物殺死。莢膜的成份因細菌而異，大多數是多糖或多肽。
某些細菌在其生長的一定階段，於營養細胞內形成一個圓形或卵圓形的內生孢子，稱為芽孢。芽孢是細菌的休眠體。其含水量低，壁厚而致密，對熱、幹燥、化學藥劑的抵抗能力很強。因此，在食品、醫藥、衛生、工業部門都以殺死芽孢為標準來衡量滅菌是否徹底。芽孢能脫離細胞獨立存在，在幹燥情況下能活10年之久，當條件適宜時，芽孢就發芽長成新的菌體。但是，芽孢並不是細菌繁殖後代的方式，因為一個菌體隻能產生一個芽孢。細菌繁殖後代並不像動物那樣是由老子生兒子。它們極為簡單，是由一個菌體直接平分就變成兩個，兩個繼續平分就變成四個。因此，很難分清楚它們誰是老子，誰是兒子。在應用中，把它們的菌體細胞分裂一次叫做繁殖一代。
細菌的繁殖速度一般來說相當快，據科學家計算，按每20分鍾細菌分裂一次，1小時後一個細菌可變成8個，2小時就可以變成64個，24小時內可以繁殖72代，即40多萬億億個細菌。如果按一個細菌重1×10-13克計算，那麼，24小時內一個細菌所形成的菌體重量將是4000多噸。當然，這種繁殖速度是我們人為計算出來的。實際上，微生物即便在人工提供的最理想的條件下，也很難維持很長時間。因為隨著微生物數量的急聚增加，營養物質很快就會被消耗掉，出現“饑餓”現象。同時，在微生物新陳代謝的過程中，也產生了大量的代謝產物和廢物。這些代謝產物和廢物達到一定濃度後，就會抑製微生物的生長和繁殖。限於當前的技術條件，我們還不能完全做到及時地供給微生物所需要的營養，也不能及時地把微生物的代謝產物取出來。
在大自然裏，微生物生長繁殖的速度就更慢了。因為外界環境條件複雜，因素多變，微生物往往由於營養缺乏，溫度不適，氧氣不足，過酸過堿等，使生長繁殖停止，甚至死亡。即使這樣，微生物生長繁殖的速度在生物界裏還是絕對冠軍。我們把微生物繁殖速度快的這一特性用於生產中，為人類創造了不少的財富。
例如，在酒精生產中，人們利用黑曲黴把澱粉糖化，再利用酵母菌把糖變成酒精。一支小小的試管斜麵上的黑曲黴，經過4天擴大培養後，可得到液體曲30噸。利用這30噸液體曲能糖化500噸澱粉，再利用酵母菌經過不到3天（67小時）的發酵，就可得到200噸酒精。
有些杆菌和弧菌，在菌體上還能長出很細很長的絲狀物，它能幫助菌體運動，我們稱它為鞭毛。如果你用牙簽挑一點自己的牙垢，在載玻片的一滴水中，塗抹一下，放在顯微鏡下觀察，你可以看到許多運動著的細菌，它們不停地向各個方向擠、推、碰，在整個視野中亂串，很是熱鬧。隻有長鞭毛的細菌才能運動，鞭毛菌運動的速度相當快，每秒鍾可達200米，相當於菌體長度的50～100倍。
鞭毛是深植於細胞質中的運動器官，由於鞭毛的旋轉，可使細菌迅速運動。一般的鞭毛菌，主要在幼齡時可以活躍運動，衰老的細菌，鞭毛易脫落，因而失去運動能力。鞭毛的長度可超過菌體若幹倍，而其直徑卻隻有細胞直徑的1/20，因此，不經特殊染色，在普通光學顯微鏡下難以看到。
通常球菌沒有鞭毛，杆菌中有的有鞭毛，有的沒有鞭毛，有的生長的某一階段有鞭毛。弧菌和螺菌都有鞭毛。有的細菌不借助於鞭毛運動，如螺旋菌就是借助於細胞中有彈性的軸絲體伸縮而使菌體運動的。
地位難定的病毒
生物界是包羅萬象、類型多樣的有生命的世界。從千姿百態的蟲、魚、鳥、獸，到五彩繽紛的菌、藻、草、木，它們以地球為家，水生土養陸棲空遊，生生不息，洋洋大觀。這個有生命的世界是如何演變的？有多少物種？各種物種之間存在著何種聯係？這個問題曆來受到人們的普遍關注。
關於生物界的係統聯係與分界有多種提法。古希臘的亞裏士多德，將生物界化為動物和植物兩大類。以後德國學者海克爾從進化的觀點出發，在動、植物之外推演出原生生物界，以包括低等的單細胞生物，這是三界分法。本世紀以來，隨著微生物學研究的逐漸開展，按照生物發生史和生物學原理，細菌與植物合為一界已很不合理。1969年魏泰克首先提出了五界係統。
“五界分類係統”同沿用近兩個世紀的“兩界分類係統”相比，無疑是一項巨大的、革命的進展。但由於仍未擺脫以有細胞形態的生物為分類對象的傳統觀念，致使一些非細胞形態的生物在該係統中沒有得到應有的地位和反映。因此，在1969年以後曾有人提出應成立“病毒界”的建議，以便能更好地反映出生物界的全貌。