细菌
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 大腸桿菌 Escherichia coli
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細菌（英文名：Bacteria）是生物的主要類群之一，屬於細菌域。細菌是所有生物中數量最多的一類，據估計，其總數約有 5×1030個[1]。細菌的個體非常小，目前已知最小的細菌只有0.2微米長[2] ，因此大多只能在顯微鏡下看到它們。細菌一般是單細胞，細胞結構簡單，缺乏細胞核、細胞骨架以及膜狀胞器，例如粒線體和葉綠體。基於這些特徵，細菌屬於原核生物（Prokaryota）。原核生物中還有另一類生物稱做古細菌（Archaea），是科學家依據演化關係而另闢的類別。為了區別，本類生物也被稱做真細菌（Eubacteria）。
細菌廣泛分佈於土壤和水中，或著與其他生物共生。人體身上也帶有相當多的細菌。據估計，人體內及表皮上的細菌細胞總數約是人體細胞總數的十倍[3]。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[4]，它們被歸類為嗜極生物，其中最著名的種類之一是海棲熱袍菌（Thermotoga maritima），科學家是在意大利的一座海底火山中發現這種細菌的[5]。然而，細菌的種類是如此之多，科學家研究過並命名的種類只佔其中的小部份。細菌域下所有門中，只有約一半能在實驗室培養的種類[6]。
細菌的營養方式有自營及異營，其中異營的腐生細菌是生態系中重要的分解者，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。一方面，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，例如乳酪及酸奶的製作、部分抗生素的製造、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。
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[编辑] 历史
细菌这个名词最初由德国科学家埃倫伯格(Christian Gottfried Ehrenberg, 1795-1876)在1828年提出，用来指代某种细菌。这个词来源于希腊语βακτηριον，意為“小棍子”。
1866年，德国动物学家海克尔(Ernst Haeckel, 1834-1919)建议使用“原生生物”，包括所有单细胞生物（细菌、藻类、真菌和原生动物）。
1878年，法国外科医生塞迪悅(Charles Emmanuel Sedillot, 1804-1883)提出“微生物”来描述细菌细胞或者更普遍的用来指微小生物体。
因为细菌是单细胞微生物，用肉眼无法看见，需要用显微镜来观察。1683年，列文虎克(Antony van Leeuwenhoek, 1632–1723)最先使用自己设计的单透镜显微镜观察到了细菌，大概放大200倍。路易·巴斯德(Louis Pasteur, 1822-1895)和罗伯特·科赫(Robert Koch, 1843-1910)指出细菌可导致疾病。
[编辑] 繁殖
细菌可以以无性或者遗传重组两种方式繁殖，最主要的方式是以二分裂法这种无性繁殖的方式：一个细菌细胞细胞壁横向分裂，形成两个子代细胞。并且单个细胞也会通过如下几种方式发生遗传变异：突变（细胞自身的遗传密码发生随机改变），轉化（无修饰的DNA从一个细菌转移到溶液中另一个细菌中），轉染（病毒的或细菌的DNA，或者两者的DNA，通过噬菌体转移到另一个细菌中），细菌接合（一个细菌的DNA通过两细菌间形成的特殊的蛋白质结构，接合菌毛，转移到另一个细菌）。细菌可以通过这些方式获得DNA，然后进行分裂，将重组的基因组传给后代。许多细菌都含有包含染色体外DNA的质粒。
处于有利环境中时，细菌可以形成肉眼可见的集合体，例如菌簇。
[编辑] 代谢
细菌具有许多不同的代谢方式。一些细菌只需要二氧化碳作为它们的碳源，被称作自养生物。那些通过光合作用从光中获取能量的，称为光合自养生物。那些依靠氧化化合物中获取能量的，称为化能自养生物。另外一些细菌依靠有机物形式的碳作为碳源，称为异养生物。
光合自养菌包括蓝细菌(Cyanobacteria)，它是已知的最古老的生物，可能在制造地球大气的氧气中起了重要作用。其他的光合细菌进行一些不制造氧气的过程。包括绿硫细菌，绿非硫细菌，紫硫细菌，紫非硫细菌和太陽桿菌。
正常生长所需要的营养物质包括氮，硫，磷，维生素和金属元素，例如钠，钾，钙，镁，铁，锌和钴。
根据它们对氧气的反应，大部分细菌可以被分为以下三类：一些只能在氧气存在的情况下生长，称为需氧菌；另一些只能在没有氧气存在的情况下生长，称为厌氧菌；还有一些无论有氧无氧都能生长，称为兼性厌氧菌。细菌也能在人类认为是极端的环境中旺盛得生长，这类生物被称为极端微生物。一些细菌存在于温泉中，被称为嗜热细菌；另一些居住在高盐湖中，称为喜盐微生物；还有一些存在于酸性或碱性环境中，被称为嗜酸细菌和嗜碱细菌；另有一些存在于阿尔卑斯山冰川中，被称为嗜冷细菌。
[编辑] 运动
运动型细菌可以依靠鞭毛，细菌滑行或改变浮力来四处移动。另一类细菌，螺旋體，具有一些类似鞭毛的结构，称为轴丝，连接周质的两细胞膜。当他们移动时，身体呈现扭曲的螺旋型。螺旋菌則不具軸絲,但其具有鞭毛。
细菌鞭毛以不同方式排布。细菌一端可以有单独的极鞭毛，或者一丛鞭毛。周毛菌表面具有分散的鞭毛。
运动型细菌可以被特定刺激吸引或驱逐，这个行为称作趋性，例如，趋化性，趋光性，趋机械性。在一种特殊的细菌，粘细菌中，个体细菌互相吸引，聚集成团，形成子实体。
[编辑] 形態
桿菌，球菌，螺旋菌，弧菌
[编辑] 分类地位
细菌的分类的变化根本上反应了发展史思想的变化，许多种类甚至经常改变或改名。最近随着基因测序，基因组学，生物信息学和计算生物学的发展，细菌学被放到了一个合适的位置。
最初除了蓝细菌外（它完全没有被归为细菌，而是归为蓝绿藻），其他细菌被认为是一类真菌。随着它们的特殊的原核细胞结构被发现，这明显不同于其他生物（它们都是真核生物），导致细菌归为一个单独的种类，在不同时期被称为原核生物，细菌，原核生物界。一般认为真核生物来源于原核生物。
通過研究rRNA序列，美國微生物學家伍兹(Carl Woese)於1976年提出，原核生物包含两个大的類群。他将其称为真细菌(Eubacteria)和古细菌(Archaebacteria)，后来被改名为细菌(Bacteria)和古菌(Archaea)。伍兹指出，这两类细菌与真核细胞是由一个原始的生物分别起源的不同的种类。研究者已经抛弃了这个模型，但是三域系統获得了普遍的认同。这样，细菌就可以被分为几个界，而在其他体系中被认为是一个界。它们通常被认为是一个单源的群体，但是这种方法仍有争议。
[编辑] 细菌分类
细菌可以按照不同的方式分类。细菌具有不同的形状。大部分细菌是如下三类：杆菌是棒状；球菌是球形（例如链球菌或葡萄球菌）；螺旋菌是螺旋形。另一类，弧菌，是逗号形。
细菌的结构十分简单，原核生物，没有膜结构的细胞器例如线粒体和叶绿体，但是有细胞壁。根据细胞壁的组成成分，细菌分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。“革兰氏”来源于丹麥細菌學家革蘭(Hans Christian Gram)，他发明了革兰氏染色。
有些细菌细胞壁外有多糖形成的荚膜，形成了一层遮盖物或包膜。荚膜可以帮助细菌在干旱季节处于休眠状态，并能储存食物和处理废物。
[编辑] 用处和危害
细菌对环境，人类和动物既有用处又有危害。一些细菌成为病原体，导致了破伤风、伤寒、肺炎、梅毒、霍乱和肺结核。在植物中，细菌导致叶斑病、火疫病和萎蔫。感染方式包括接触、空气传播、食物、水和带菌微生物。病原体可以用抗菌素处理，抗菌素分为杀菌型和抑菌型。
细菌通常与酵母菌及其他種類的真菌一起用于醱酵食物，例如在醋的傳統製造過程中，就是利用空氣中的醋酸菌（Acetobacter）使酒轉變成醋。其他利用細菌製造的食品還有乳酪、泡菜、酱油、醋、酒、酸奶等[7][8]。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[9]。
細菌能降解多種有機化合物的能力也常被用來清除污染，稱做生物復育（bioremediation ）。舉例來說，科學家利用嗜甲烷菌（methanotroph）來分解美國格鲁吉亚州的三氯乙烯和四氯乙烯污染[9]。
[编辑] 其他
细菌是非常古老的生物，大约出现于37亿年前。
真核生物细胞中的两种细胞器：线粒体和叶绿体，通常被认为是来源于内共生细菌。
微生物大量分布于有食物，潮湿，合适的温度，适于它们繁殖和生长的地方。细菌可以被气流从一个地方带到另一个地方。人体是大量细菌的栖息地；可以在皮肤表面、肠道、口腔、鼻子和其他身体部位找到。它们存在于人类呼吸的空气中，喝的水中，吃的食物中。
[编辑] 参见
[编辑] 參考文獻
- 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's Manual 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.
[编辑] 注釋
- ^ Whitman W, Coleman D, Wiebe W (1998). "Prokaryotes: the unseen majority". Proc Natl Acad Sci U S A 95 (12): 6578–83. PMID 9618454.
- ^ Schulz H, Jorgensen B. "Big bacteria". Annu Rev Microbiol 55: 105–37. PMID 11544351.
- ^ Sears C (2005). "A dynamic partnership: Celebrating our gut flora". Anaerobe 11 (5): 247–51. PMID 16701579.
- ^ Fredrickson J, Zachara J, Balkwill D, et al (2004). "Geomicrobiology of high-level nuclear waste-contaminated vadose sediments at the hanford site, Washington state". Appl Environ Microbiol 70 (7): 4230–41. PMID 15240306.
- ^ Cynthia Needham, Mahlon Hoagland, Keeneth McPherson, Bert Dodson (2005). 觀念生物學3, 譯者：李千毅, 天下出版.
- ^ Rappé M, Giovannoni S. "The uncultured microbial majority". Annu Rev Microbiol 57: 369–94. PMID 14527284.
- ^ Johnson M, Lucey J (2006). "Major technological advances and trends in cheese". J Dairy Sci 89 (4): 1174–8. PMID 16537950.
- ^ Hagedorn S, Kaphammer B. "Microbial biocatalysis in the generation of flavor and fragrance chemicals". Annu Rev Microbiol 48: 773–800. PMID 7826026.
- ^ 9.0 9.1 Cynthia Needham, Mahlon Hoagland, Keeneth McPherson, Bert Dodson (2005). 觀念生物學4, 譯者：李千毅, 天下出版.
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| 分類階層 | 域 - 界 - 门 - 纲 - 目 - 科 - 属 - 种 - 亚种 |
| 林奈氏分類系統 | 非細胞生物 - 原核生物 - 真核生物（含：動物 - 真菌 - 植物 - 原生生物） |
| 五界說 | 原核生物界 - 原生生物界 - 真菌界 - 植物界 - 動物界 |
| 四界法 | 菌界 - 原生生物界 - 植物界 - 動物界 |
| 三域系統 | 細菌域 - 古細菌域 - 真核生物域 |
| 親緣分支分類法 | 系統發生樹 - 種系發生 |
