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微小的生命世界

無處不在的微生物

什么是微生物?或許你并不熟悉它們，可它們卻無處不在。

微生物也像動物、植物一樣，可以由小長大，可以“生兒育女”，也可以“吃”進食物，排出廢物，當然，它們也會死亡。也就是說，生命體的所有特征它們都具有，只不過它們的個子都特別特別的小，小到我們根本無法用肉眼看到它們。

但是，微生物這個“家族”非常龐大，成員也很多。根據它們的一些特點，我們把它們分成細菌、放線菌、真菌和病毒四大類。像我們平時食用的蘑菇、木耳等，就是微生物的一種——真菌。

微生物會做很多好事，也會做很多壞事。比如，吃東西前不洗手，吃了不干凈的食品，就容易拉肚子；天氣變化的時候，沒有及時增減衣物，就容易得感冒；家里買的肉、菜等食品保管得不好，就會爛掉——這些都是微生物在搗鬼。而我們日常食用的醬油、醋、酸奶以及酒等食品，也都是微生物幫助我們釀造出來的。

微生物對大自然的貢獻

微生物不光對我們人類有影響，而且它和動物、植物一樣，是整個地球的生態系統中不可缺少的組成部分。

你知道微生物聚集最多的地方在哪里嗎?答案是在土壤中。通常在一克土壤里就含有數億個微生物。即使在荒無人煙的沙漠，一克砂土中也有十萬多個微生物“居住”。它們一般都藏在10到20厘米深處的土層中。土層越深，微生物的數量就越少；最外層的土壤由于陽光照射，水分不多，所以活的微生物數量也比較少。

土壤中的微生物可不是“碌碌無為”。而是不知疲倦地悄悄做著驚人的貢獻。土壤中的微生物在分解有機物時可以產生大量的二氧化碳，并輸送到大氣中。地球上的二氧化碳有90％是由微生物“生產”的。它們可以為植物的光合作用提供原料，是植物取之不盡、用之不竭的“口糧”。 微生物還可以將一些有機體分解，然后轉化成各種化合物。小到一片落葉，大到一具動物尸體，都要靠微生物的這種分解作用才能變回土壤中的有機化合物。因此，有了微生物，構成生命的物質才得以周而復始地在自然界循環，保持自然系統的運轉和平衡。可見，渺小之極、默默無聞的微生物在地球上干的可都是“驚天動地”的大“事業”。它們是自然和人類不可缺少的朋友。

警惕愛搗蛋的微生物

微生物不僅“居住”在土壤中，它們也經常四處“旅行”。它們可以“坐”著塵埃或飛沫，隨空氣的流動“漫游”三千公里之遠。所以塵埃越多的地方，微生物就越多。

空氣中的致病菌主要就是由病人或帶菌者在咳嗽、吐痰、打噴嚏和呼吸時，隨同唾液和飛沫一起大量排出的微生物。如腦膜炎雙球菌喜歡在春暖花開的季節出來“旅行”，它們侵入人體后，先進入血液，引起菌血癥，再“跑”到大腦和脊髓的外膜上生長繁殖，造成炎癥。這種病的死亡率高達80％。還有能引起肺病的結核桿菌、引起麻疹的麻疹病毒、引起小兒麻痹癥的脊髓灰質炎病毒、引起流行性感冒的流感病毒等等，都能通過空氣傳播，造成傳染病。因此，我們要養成良好的衛生習慣，來有效地預防這些傳染病。例如，不隨地吐痰、在傳染病的流行期戴上口罩、打預防針等都是重要的預防措施。同時，要多加強身體鍛煉，提高人體自身的抗菌能力，才能在和微生物的“戰斗”中打勝仗。

在自然界，“住”在土壤、巖石和其他地方的微生物常常因受到風雨的襲擊而掉進水里。所以，無論在海水、河水、湖水，或者在雨水、雪水、自來水中都有微生物存在。其中，一些致病的細菌可以利用水中的營養物質生活很長時間。含有這些病菌的水就成了危險的傳染病源。1982年，由于德國的易北河水含有霍亂弧菌，使飲用這條河水的8000多人上吐下瀉，甚至死亡。所以，現在人們對飲用水都要進行微生物數量和種類的檢查，判斷水的污染程度或者飲用是否安全。

有些好氧微生物在生長繁殖中會不斷地吸收水中的氧氣，致使水中缺氧，形成“厭氧環境”。更有些微生物會釋放出有惡臭氣味的硫化氫、氨氣和甲烷等各種氣體，這時，水就會變得又臟又臭。而經常流動的江、河、湖水里有足夠的溶解氧，不但能滿足好氧微生物的生長需要，而且可以讓它們將水中的有機物一部分轉變成菌體，一部分轉變成水和二氧化碳，從而起到清除水中雜質的作用，使水得到凈化。人們常說“流水不腐”，實際上就是這些微生物的功勞。

“十萬火雞事件”

1960年，在英格蘭東南部的農莊中，人們突然發現他們飼養的火雞一只只食欲不振，走起路來東倒西歪。不久，這些火雞全都耷拉著腦袋，不再取食，在不到一周的時間里陸續死去。而且這種不明原因的疾病迅速擴散到其他地方。短短兩三個月的光景，便死掉了約十萬只火雞一一這就是歷史上有名的“十萬火雞事件”。

幾乎與此同時，在非洲的烏干達也發生了情況類似的小鴨死亡事件。于是，科學家們開始了對“兇犯”的調查。他們對各種可致病的微生物作了檢測，但它們都不可能引起如此大規模的火雞死亡，最后，人們終于在倫敦的一家碾米廠找到了疑點，認為火雞的死亡與這家碾米廠所供應的飼料有關。科學家們用這些飼料對小雞和小鴨作試驗，結果發現它們的癥狀和“十萬火雞事件”中死去的火雞癥狀相同。在隨后的兩年時間里，科學家用各種科技手段，終于從這些飼料中分離提取出了一種有毒的微生物一一黃曲霉。

原來，置火雞于死地的物質便是這種微生物所排泄出來的黃曲霉毒素。只要僅僅1克這種毒素，便能毒死成千上萬只小鴨!當然，這個“超級殺手”不僅可以殺死動物，而且對我們人類的安全也構成威脅。1974年10月，在印度西部的農村，曾發生過一起黃曲霉毒素中毒事件，共有397人中毒，其中106人死亡。

雖然黃曲霉毒素的毒性這么厲害，而且黃曲霉菌在自然界中分布得十分廣泛，但只要按照科學的方法來保存食品，就不會給這個“兇犯”以可乘之機。現在，人們對這一類危險的微生物已經有了深刻的了解，可以人為地控制和消滅它們，“十萬火雞”的悲劇絕對不會再重演了。

與微生物“和平共處”

人類的體表和體內也是許多微生物生活的場所，這些微生物會不會給人體造成危害呢?一般情況下，只要人類自身的抵抗力達到一定的強度，就可以和微生物“和平共處”。

例如，在人的大腸中有豐富的營養物質，又有合適的溫度和酸堿度，于是就成了微生物“定居”、生活的好地方。這些細菌并不是白白在人的腸道內享受吃喝，它們也會向人體貢獻出許多有益的物質。如它們可以提供維生素B1、B2、B3、K、葉酸、氨基酸等，參與對食物的消化和吸收。如果人們服用抗菌素藥物的時間較長，劑量過大，殺死了這些微生物，反而會使正常的消化功能失調，引起維生素缺乏、腹瀉等病癥。

但另一方面，人的皮膚上經常沾有鏈球菌、小球菌、大腸桿菌、霉菌等微生物。一旦皮膚損傷，它們侵入了傷口，就會引起化膿和感染。所以，醫生在打針時，要先用酒精消毒皮膚，防止皮膚上的微生物隨針眼進入人體。

人的口腔里所含的食物殘渣也是細菌的“美味”，這里的溫度也很適宜細菌生長繁殖。所以，口腔里經常生存著各種球菌、乳酸桿菌、芽孢桿菌等微生物。它們在分解利用食物中的糖類時，會產生許多酸性物質，損壞人的牙齒。因此，我們要養成飯后漱口、睡覺前刷牙的好習慣，保持口腔清潔和保護牙齒。

由此可見，微生物對我們人類有利也有害，重要的是我們怎樣與它們和睦相處。

打開兩個世界大門的游戲

1609年，在荷蘭的密特西波奇城里有一家眼鏡店。一天，眼鏡店老板漢斯的孩子，悄悄地拿了幾塊鏡片，和鄰居的幾個孩子玩兒。

他們本來是想模仿大人，把鏡片架在自己的眼睛上。可是他們的眼睛既不近視，又不老花，這些鏡片對他們當然都不合適。只有把它們放在離眼睛比較遠的地方，才能看清楚鏡片后面的東西。

有一個淘氣的孩子忽然想到了一個異想天開的主意。他一只手拿著近視鏡片，另一只手拿著老花鏡片，把它們一前一后地舉在眼前。他透過這兩塊鏡片向遠處一望，不由得又驚又喜地喊了起來：

“嗨!真奇怪，禮拜堂的尖塔，突然變得這樣近啦!”他的發現使得小朋友們異常興奮。大家又喊又叫，驚動了眼鏡店的老板漢斯。他走過來一看，原來這些孩子們在游戲中競發明了一種可以望遠的透鏡。當時，荷蘭正在跟西班牙打仗。漢斯就做了一架望遠鏡獻給了荷蘭的皇帝，用它來偵察敵情。皇帝很高興，賞了漢斯很大一筆錢。

后來，望遠鏡的制作技術傳到了法國，又由法國傳到意大利。著名的科學家伽利略聽到了這個消息，于是自己設計制造了一架天文望遠鏡，用來觀察天上的星星。人類從此打開了宇宙的大門。

在荷蘭，制作眼睛片的技師還發現，鏡片越是凸得厲害，透過它看到的東西就顯得越大。又過了50多年，一位名叫列文胡克的看門人，在知道了這個說法以后，自己磨制鏡片，制成了世界上第一架顯微鏡，又為人類打開了過去從沒見過的微生物世界的大門。

少年朋友，你們大概沒想到吧：一個小游戲幫助人們打開了兩個世界的大門。

揭開種子漂浮的動力

每年春天，楓樹的種子就會像直升飛機一樣，旋轉著滑向大地。在有風的日子里，一顆種子甚至能夠在空氣中飄出1公里，最后降落在一片陌生的土地上，開始讓自己成長為一棵樹的生命旅程。一項新的研究表明，為了更遠地旅行，這類種楓樹種子以及上升氣旋模型子會憑借在自己像紙一般又薄又脆的“翅膀”上形成的小氣旋來為自己提供“旅行”的動力。這樣一種氣旋同樣也能夠幫助蝙蝠和鳥類等動物在空中停留。但楓樹種子是人們觀察到的首個與植物有關的例子。

為了進行這項研究，荷蘭瓦赫寧根大學的動物學家大衛·雷汀克和同事首先在實驗室中利用丙烯酸樹脂材料，制作了一顆大約是普通楓樹種子10倍大小的人工種子。隨后將這顆人工種子安置在一支機械手臂上，并在一個裝有石蠟油和數千顆玻璃球的容器中旋轉這支機械手臂。當他們用一束激光照亮玻璃球時，就在容器中顯示出一個與種子翅膀平行的好像龍卷風一樣的漩渦。雷汀克指出，這個漩渦能夠減少種子上方的壓力，從而使種子向上升起。

但這個模型的實驗可能并不完全符合真實的狀況，因此雷汀克和他的同事又建造了一個風洞，并使其中充滿了煙塵，進而觀察一顆楓樹種子在半空中旋轉的情況。最終的實驗報告顯示，煙塵中出現了與模型實驗中出現的相同的龍卷風形漩渦，這證明他們的猜想是正確的。

瑞典蘭德大學的理論生態學家安德斯·海登斯卓姆表示，隨著風力和空氣的流動，在動物翅膀或螺旋槳的前緣產生的這種空氣漩渦是使物體在高空中產生升力的一個重要的因素。人們也可以有效地利用這個原理，設計出新型的飛機和飛行器，如用來探測其他行星的降落傘和直升機。事實上，近年來已經有科學家仿照楓樹種子的形狀來設計和制作飛行器的翅膀。相信在不久的將來，這種使得種子飄浮在空中的動力也可以化為幫助人類翱翔天空的力量。

失望狀態下的人

宇宙飛船在圍繞地球軌道做圓周運動時，飛船運動時產生的離心力和地球對飛船的引力大小大致相等，但它們的方向相反。這就會使飛船里的人和物體處于失重狀態。在失重的條件下，會出現一些難以想象的、奇妙而有趣的現象。

人類長期生活在地球恒定的地心引力的影響下。人體本身由軟組織、骨骼、體液等部分構成，由于重力的作用，在漫長的進化過程中，它們之間形成了一定的分工。如骨骼結構的堅固性可以支撐人體在重力下直立行走，肌肉和體液的分布也是為了保證在目前的重力條件下，各種內臟器官可以完成各自的功能，使人得以生存和成長。

習慣于在地球的重力條件下生活的人，一旦進入失重的環境，將會感到新奇。在這里，人體的重量消失了。在宇宙飛船的航天艙內，航天員可以自由地“飛”來“飛”去，也可以漂浮在空中。國外有些航天員會穿上一種帶磁性的鞋，再在預定工作地點的艙壁上包上鐵皮，這樣就可以“站”穩了。失重下的睡眠不必再設置床鋪，只需一個睡袋，掛在艙壁上，站著睡、躺著睡都一樣舒服。

然而，吃飯、喝水就變得不那么簡單了。沒有重力，即使把裝滿水的杯子倒過來，水也不會流出來，而是會懸浮在空中。因此，航天員必須把水裝在帶有管子的塑料袋中，通過吸管來飲用。食品則都要經過處理。一切食物的碎屑都會在艙內漂浮起來，所以在這里不能吃像薯片、餅干這類松脆的食品。粘稠狀的食物可以裝在像牙膏一樣的軟管內。塊狀食物如面包等，則要在表面涂上可食用的蛋白膜，做成一口就能吞下的小塊。

曾有科學家認為，失重可能破壞人體的內環境平衡，使人的生理功能發生不可恢復的變化。現在通過太空飛行的實踐證明，人在失重時，生理功能確實會發生變化，主要是血液的流動會受到影響，大量血液涌向上身，造成骨鹽代謝紊亂，骨質可能出現脫鈣，導致所謂的“航天適應綜合癥”。但這些變化在回到地球后，都可以通過康復訓練逐漸得以恢復。

第一艘軍用潛艇——“海龜”

18世紀，美國爆發了反對英國殖民統治的獨立戰爭。當時英國的海軍很強大，他們的戰艦總是在海面上橫沖直撞，還可以向岸上開炮。美國人一時束手無策。1776年，一個名叫大衛·布什內爾的美國人制造了一艘樣子奇特的小艇，上面帶有水雷，可以從水下開過去炸毀敵艦。因為它看起來好像是用兩個烏龜殼合起來組成的，人們都叫它“海龜”。

“海龜”底部有一個水艙和兩個用手操縱的水泵。用水泵往水艙里灌水，使“海龜”的總重量大于水的浮力，“海龜”就下沉；反之，往外抽水，“海龜”就上浮。它還裝置著兩臺手搖螺旋槳：一臺是水平方向，可以通過操縱它來使“海龜”前進或后退；一臺是垂直方向，可以通過操縱它來使“海龜”上升或下降。“海龜”的背后還裝著一個舵，用來控制航向。

在這年夏天，某一天的黃昏，一名美國士兵駕駛著“海龜”，悄悄駛向停在紐約港外的一艘英國戰艦。在快要接近戰艦的時候，士兵就轉動垂直螺旋槳，使“海龜”下潛，神不知鬼不覺地開到了戰艦底下。然后起動裝在“海龜”頂上的鉆桿，想把敵艦鉆出一個窟窿，好把水雷放在里面。出乎意料的是，這艘戰艦的艦底包了一層金屬，鉆頭鉆不進去。這只“海龜”只好掃興地返航。“海龜”的速度不快，又辨不清航向，直到黎明時分，它還在海上浮沉不定。這時，一艘英國巡邏艇發現了這個鬼鬼祟祟的“怪物”，立即開過去追擊。巡邏艇速度很快，眼看就要追上了。“海龜”的駕駛員急中生智，解下背在艇上的水雷，點著引線，自己潛到水下逃跑。不一會兒，只聽轟隆一聲巨響，水雷爆炸了。英國巡邏艇被嚇了一大跳，也掉頭趕快離開。這么一來，英國以為美國方面發明了一種威力巨大的水中武器，就把原來封鎖在紐約港的軍艦都撤到了別的地方。“海龜”雖然沒有直接炸毀敵人的艦船，但因此贏得了第一艘軍用潛艇的美名。直到今天，在現代的軍用潛艇上。許多基本的設計和控制沉浮的原理，和“海龜”還有很多相似之處。