从38亿年前生命初现,直至10亿年前,细菌堪称地球的主宰。埃迪卡拉纪起,真核细胞登场,随后的生命进程如绚丽烟火般爆发,寒武纪生命大爆发、动植物登陆、开花植物涌现、草原蔓延、恐龙兴衰、哺乳动物繁荣…… 真核生物在这数亿年的舞台上长袖善舞,而细菌作为原核生物,依旧是细菌,身形微小,持续丢弃 “无用” 基因,快速分裂繁殖,不为外界的沧海桑田所动。
细菌看似简单、微小且一成不变,难道就是生命演化中的失败者吗?实则不然。在演化的漫漫长河中,我们需铭记:演化无目的,只是生物适应环境的结果。复杂并非生命的唯一归宿,细菌虽小,其基因多样性与生化反应灵活性却远超真核生物。单个细菌的代谢方式多样性,足以让整个真核生物域的动物相形见绌。它们能针对各种极端环境,巧妙 “发明” 应对之策,在深海海底、炽热火山、宇宙深空、核废料堆乃至硫酸溶液中都能寻得生存之机,这是细菌独特的演化智慧。
细菌的演化“秘籍”细菌的最大优势在于其惊人的迭代速度,短短20分钟就能繁殖一代。在营养充足的条件下,依指数增长之威,不出两日,其族群重量便可与地球相当。这般快速的分裂过程中,哪怕基因突变概率微小,也会因基数庞大而成为必然。尽管多数突变有害,但凭借高速分裂,总有适应环境的突变体得以生存。
为追求分裂速度,细菌常舍弃大量基因,趋向更简单、微型化,由此引发一种猜测:病毒或许就是细菌过度简化的产物,因丢弃过多基因,以至于离开宿主细胞便失去活性。但细菌自有应对之道,演化出 “水平基因转移” 的特性。简单而言,细菌们共享一个庞大的基因库。平日为求速度轻装上阵,抛弃无用基因;一旦环境恶化,又能从其他细菌处获取所需基因,无论是活细菌间的基因交换,还是从死亡细菌处摄取基因,都游刃有余。这两大 “种族天赋”——快速迭代与基因共享,让细菌在演化的浪潮中屹立不倒,历经数十亿年的环境变迁与人类抗生素的冲击,依然繁荣昌盛。
细菌与人类:相爱相杀的共生关系在真核生物蓬勃发展后,细菌开辟了新的 “战场”——真核生物体内。人体,便是细菌的一个 “聚居地”,皮肤、口腔、肠道等部位,栖息着形形色色的菌群。以往,我们多将细菌视为病原体,这其实是片面的人类视角。事实上,绝大多数细菌与人类并无交集,在各自的环境中安然自得。即便在人体中,除少数致病菌外,多数细菌都与人类和谐共生,甚至发挥着重要作用。例如肠道菌群,能助力人体合成维生素,消化难以吸收的营养物质,宛如按时缴纳房租的 “租客”,维持着体内生态平衡,当然,这一切都在免疫系统的监管之下。
一旦有外来细菌入侵,人体免疫系统便会迅速启动防御机制,与细菌展开正面交锋。与病毒不同,细菌具有完整的代谢系统,无需进入人体细胞内部便可凭借适宜的环境与营养进行复制,犹如公然入侵的敌国军队,被免疫系统直接识别并抗击。细菌致病主要源于其分泌的毒素以及对资源的抢夺,毒素会破坏人体正常细胞,资源掠夺则使细胞无法正常工作。
幸运的是,细菌的复杂性也为人类战胜它们提供了契机。相较于病毒藏身于人体细胞内部,细菌作为独立个体,其复杂的生化系统存在诸多可攻击的靶点。例如,细菌具有细胞壁,而人体细胞没有,人类研发的抗生素便可针对细胞壁进行精准打击,在消灭细菌的同时尽量减少对人体的伤害。
在抗生素发明之前,人类与细菌的战斗主要依靠自身免疫系统,虽偶有胜绩,但往往伤亡惨重。如今,尽管鼠疫、霍乱等细菌性传染病曾在人类历史上留下惨痛记忆,但随着疫苗与抗生素的发展,大多已得到有效控制。不过,细菌也在不断演化,对抗生素的耐药性逐渐增强,这场与细菌的战争仍在持续。
人类的防御之战除了药物治疗,人类还采取了诸多措施来抵御细菌的侵袭。鉴于细菌在人体内部引发的疾病往往让治疗陷入困境,人们意识到 “御敌于国门之外” 的重要性。于是,消毒、刷牙、洗澡等日常清洁行为成为生活的必需。食物加热、环境消毒、垃圾清理、空气净化等手段也纷纷登场,这些措施旨在营造不利于细菌生存与繁衍的外部环境,阻止细菌在人体的 “栖息地” 大量滋生,避免它们将人类的居所变成 “食乐园”,从而减少细菌对人体健康的潜在威胁,守护人类的生活质量与生命安全。
像细菌这些微小却强大的生命形式,在地球的生命演化进程中扮演着不可或缺的角色。它们与人类的关系错综复杂,既是潜在的威胁,也是生命系统中重要的一环。在未来的日子里,我们对细菌的认识与研究还将不断深入,继续书写这一场跨越数十亿年的生命传奇故事。
文本来源@三个老爸实验室的视频内容