這是《腸道產業》第 144 篇文章
提到微生物，有人可能會花容失色，因為他們還錯誤地認為微生物就是細菌，是疾病的傳播者。但事實上，除了部分細菌具有致病性，大多數細菌可能都是「無辜」的，甚至是有益菌，而且微生物也不僅僅只有細菌。
隨著研究的不斷深入，研究人員發現微生物雖然微小，但或許並不像我們想像中的那麼簡單。極端環境下生存？釋放、檢測化學物質交流？發光產電？甚至對磁場作出反應？這些小東西都可以！
微生物的世界千奇百怪，充滿了未知與神秘，今天就讓我們來介紹一些神奇的微生物，帶大家見識一下微生物的厲害！
苔蘚小豬：「豬」丑多作「怪」
緩步動物門是一類恢復能力極強的真核生物，該物種的歷史可能比太陽還要長，也被稱為水熊或苔蘚小豬。目前，已經發現 1100 多種微小無脊椎動物屬於緩步動物，這類動物被認為是節肢動物（如昆蟲、甲殼類動物）的近親。
緩步動物的體型大多在 1 毫米（0.04 英寸）以下，幾乎在各種環境中都能看到它們的身影，包括潮濕的苔蘚、開花植物、沙子、淡水和海洋等。為了適應外部環境的改變，緩步動物中大量的屬和種都發生了進化。
緩步動物的電子顯微照片© Science Faction Images—SuperStock/agefootstock
緩步動物有發達的頭部和短小的身軀，由四個融合的片段組成，每個片段有一對短小粗壯且不連接的四肢，通常末端有幾個鋒利的爪子，就像泰迪和毛毛蟲的合體。
這些動物無專門的循環或呼吸器官，但是其體腔（血腔）充滿了運送營養和氧氣的液體。氧氣是通過動物的皮膚擴散並儲存在血腔內的細胞中的，而它們的消化道則從身體的一端穿過到達另一端。
大多數緩步動物以植物為食，它們通過莖（嘴附近的矛狀結構）刺穿單個植物細胞，然後吸出細胞內容物，還有一些緩步動物是食肉動物。
緩步動物可以進行有性繁殖或無性繁殖（通過單性生殖或通過自體受精）。卵或經消化道後端排出，或經肛門前開口直接排出體外。
緩步動物最顯著的特徵是它們能夠承受極低的溫度和乾燥甚至是極度乾燥的環境。而且在不利的條件下，他們會進入一種被稱為「圓桶」的假死狀態，在這種狀態下，身體會變干，看起來就像一個沒有生命的球（或稱「圓桶」）。在這種狀態下，他們的新陳代謝率可能下降到正常水平的 0.01%。
緩步動物以「圓桶」狀態可以存活數年，甚至數十年，以等待適宜的環境。
此外，在真空中保存了 8 天的標本，再在室溫下轉移到氦氣中 3 天，然後在溫度為 -272°C（-458°F）的環境中暴露數小時，最後當把它們放回正常的室溫時，這些小東西依然能夠恢復生命。
如果把標本在溫度為 -190°C（-310°F）的液態空氣中保存 21 個月，那麼大約 60%能夠復活。不過，緩步類動物在這種狀態下易被風和水分散。
你是否開始好奇這種動物是如何做到「不死不滅」的？科學家研究發現可能是因為緩步動物的基因組 17.5%都是外來 DNA，包括植物、真菌、細菌和病毒，這意味著它的一部分基因完全來自於其它物種。
進一步研究發現，緩步動物大約擁有 6000 個外來基因，其中主要是來自細菌，而大家知道有很多細菌都可能忍耐極端高壓和溫度，這或許能夠解釋這類動物的超強適應力。
那麼研究緩步動物有什麼意義呢？
目前已經發現，耐寒的緩步動物能夠表達一種與 DNA 結合的蛋白質，這種獨特的蛋白質被稱為 Dsup，是緩步動物特有的，它就像 X 射線輻射的盾牌，能夠防止 DNA 斷裂。這將有助於解釋為什麼緩步動物似乎不受輻射的影響，以及為什麼它們能在真空中生存。
或許有朝一日這種蛋白的基因可以被移植到人體內，幫助人體增強抗輻射能力？
另外，緩步動物這種耐受低溫的能力可能有助於科學家研發凍干疫苗，該類疫苗能夠存儲在更高的溫度下，使用時只需要添加水分即可。而緩步動物的抗脫水能力可能可以幫助科學家研發更好的保存生物材料，以應對緊急情況。
共生者：閃光魚的「照明燈」
閃光魚生來就是「貴族命」，不被人類食用，不過可能偶爾會被人類捕獲，放置於公共或私人水族館進行展覽。它天生便被偏愛，因為大自然給了它們與眾不同的眼睛，一眼便讓你情有獨鍾。
它們眼睛的下面有一個發光器官——「照明燈」，這種魚能夠輕鬆地打開和關閉這些「燈」。那麼這個「照明燈」究竟是如何發光的呢？
實際上，發光的器官含有數百萬的發光細菌，這些細菌含有螢光素分子，當該分子與氧氣在螢光素酶的作用下發生反應的時候，就會釋放出光。閃光魚可以通過向內和向外「旋轉」細菌來開啟和關閉這種光。
閃光魚之間是通過眨眼來進行交流的，更聰明的是它們還能利用眼睛來欺騙捕食者。一邊閃著「燈」，一邊朝著一個方向游；然後再關掉「燈」，朝另一個方向游。就這樣溜來溜去，聲東擊西，甩掉捕食者。別想抓住我！
顯然，這些發光的細菌對閃光魚很有大的幫助，那麼魚呢？閃光魚與細菌之間是共生關係，它們對細菌也是大有裨益。因為這些細菌不用費勁地覓食，可以直接從魚的血液中吸收營養和氧氣。
夏威夷短尾烏賊：隱藏在星光里
夏威夷短尾烏賊，身長一至兩英寸，是一種夜行動物，在深海之中的沙子或泥土中度過夜晚。這種烏賊身體下部有一個發光器官，這個發光器官是通過一種叫做費氏弧菌（Vibrio fischeri）的細菌利用群體感應發光的。
具體就是細菌細胞產生一種信號分子，稱為自誘導劑。自誘導劑會在光器官內不斷積累，直至達到激活細菌發光基因的臨界水平，然後就會激活細菌產生光。
細菌發出的光有助於防止烏賊的輪廓被游在烏賊下面的捕食者看到。來自於器官的光線與來自月球到達海洋的光線相反，可以偽裝烏賊並防止它投射陰影。這種現象被稱為反照明。
早晨，烏賊會進行一個叫做「排氣」的過程，此時感光細胞中的大部分細菌被釋放到海洋中，剩下的會繁殖；當夜幕降臨時，細菌群再次聚集起來，產生足夠的光。而每天白天排放細菌意味著這些細菌的數量永遠不會太多，所以在白天烏賊無需獲得過多的食物和能量供養細菌，這時細菌也不會發光。
總之，細菌和烏賊的共生關係是互利共贏的，因為烏賊活動時要偽裝，而細菌需要利用烏賊的光器官中的胺基酸和糖作為食物，當然細菌在烏賊體內時還會受到保護。
吸血球菌：「吸血鬼」？
吸血球菌（Vampirococcus），生活在厭氧環境，細胞只有 0.6μm 寬，呈卵體形。這種細菌會附著其他細菌上，然後從獵物身上，也就是被附著的細菌中，吸收液體，殺死獵物。這個過程讓早期的研究人員想起了吸血鬼，也正是依據這一點為這種細菌命名的。
目前發現著色菌，一種能夠像植物一樣利用光能的生產者，是吸血球菌的獵物之一。所以也有人認為，吸血球菌作為光合細菌的捕食者，可以被認為是像動物一樣的消費者。
目前，僅在西班牙東北部的埃斯坦尼亞湖和西索湖的兩個淡水湖中發現了吸血球菌。這些湖泊形成於喀斯特地區，那裡的地下岩石被地下水溶解，高濃度的硫酸鈣和硫化氫使湖泊處於缺氧狀態，為吸血球菌和它的獵物著色菌提供了厭氧環境。
在秋季的幾個月里，吸血球菌的細胞濃度最高，並且與著色菌的細胞濃度呈正相關性，這也證明了吸血球菌的捕食行為。
關於吸血球菌的用處？科學家試圖將該菌用作抗腫瘤劑，希望利用這種菌附著在腫瘤細胞上然後將腫瘤細胞殺死。也有人提出可以用於選擇性地靶向特定的細菌生物膜。
蛭弧菌屬：不是病毒，勝似病毒
與吸血球菌不同的是，蛭弧菌屬（Bdellovibrio bacteriovorus）這種革蘭氏陰性專性需氧菌會先附著在一種細菌的外膜和肽聚糖層上，然後進入這種細菌的體內，它不僅僅是停留在細菌表面。
它能產生酶來消化獵物的外殼，還能利用「鑽孔」技術攻擊獵物，具體就是以旋轉的方式鑽進獵物中去，之後蛭弧菌在獵物體內利用獵物的營養繁殖，然後摧毀獵物。
蛭弧菌屬有兩種生活方式，一種是寄主依賴性強的「攻擊期」，在寄主細菌中形成「蛭形體」；另一種是生長緩慢、形狀不規則的寄主獨立型。
另外，蛭弧菌屬細胞游泳速度可達 160 µm / s。它游泳時使用單鞘極鞭毛，具有特徵性的波形螺旋狀。
蛭弧菌是革蘭氏陰性菌的高效殺手，比如流行的大腸桿菌。
點擊視頻觀看蛭弧菌攻擊大腸桿菌的視頻
耶路撒冷希伯來大學生態、進化和行為系的 Daniel Koster 博士對此表示：「與傳統抗生素相比，蛭弧菌殺死細菌的作用機制完全不同，因此，捕食性細菌可能在未來是抗生素的可行替代品。」
當然，大腸桿菌也並非束手就擒的，它們主要是通過「捉迷藏」來戰勝蛭弧菌的。
目前，一些研究人員正在研究這些捕食性細菌是否存在攻擊人類有害菌的可能！
腸道菌群也能發電？
人類已知用於發電的細菌越來越多。2018 年，科學家們發現，即使是生活在人類腸道里的一些細菌也能做到這一點，儘管它們產生的電流很弱，不會傷害我們。
而在這一發現之前，人們認為只有一些生活在洞穴和深湖等環境中的特定細菌才會產生電，或者能夠產生電流。
在無處不在的黃素分子（黃點）的輔助下，李斯特菌（Listeria bacteria）通過細胞壁將電子以微小電流的形式輸送到環境中。（圖片來源：Amy Cao graphic，UC Berkeley ）
細菌、植物和動物（包括人類）在代謝反應中會產生電子。在植物和動物中，細胞中線粒體發生氧化磷酸化形成了電子傳遞鏈，最終由氧氣接受電子；而生活在低氧環境中的細菌需要找到另一種方法來擺脫電子。
在一些地方，其環境中的礦物質起了接受電子的作用。最新發現，在腸道細菌中有種叫黃素的分子似乎對電子的流動起至關重要的作用。
科學家們正在研究特殊環境中產電的細菌，希望這些實驗能對腸道中的發電細菌的研究有所幫助，也期待未來我們可以利用微生物進行生物發電。
今天介紹就到這裡啦，是不是覺得微生物的世界無奇不有呢？別看它們個頭小，但是本事卻不小。未來，或許我們真的要靠它們解決一些大難題呢！
參考資料：
1.https://www.britannica.com/animal/tardigrade#ref1262899
2.https://gizmodo.com/genes-hold-the-key-to-the-water-bears-indestructibility-1786814698
3.https://petponder.com/interesting-facts-about-flashlight-fish
4.https://en.wikipedia.org/wiki/Vampirococcus
5.https://en.wikipedia.org/wiki/Bdellovibrio
6.https://owlcation.com/stem/Unusual-Bacteria-Strange-Facts-About-Fascinating-Microbes
7.Facts about extremophiles from Carleton University
8.A bacterium from Canada's Arctic from McGill University
9.Deinococcus radiodurans facts from Kenyon College
10.Bioluminescence resources from the Latz laboratory, Scripps Institution of Oceanography
11.Information about quorum sensing in bacteria from the University of Nottingham
12.An explanation of bioluminescence in the Hawaiian bobtail shrimp from the University of Auckland
13.The use of predatory bacteria as an antibiotic from the Phys.org news site
14.Details about magnetotactic bacteria from ScienceDirect
15.How bacteria produce electricity from the University of California, Berkeley
作者｜崔心偉
審校｜617
編輯｜崔心偉
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