植物。在墨西哥湾深海原油泄漏之后，细菌消化 了许多污染物。它们可以利用石油里的营养物 质，再辅以从空气中得到的氮源，饕餮一餐。 微生物也生活在岩石里。例如，在南非的埃 姆博能金矿里，一些细菌在放射性衰变的帮助下 繁衍生息。铀裂解水分子时会释放出氢元素，这 些细菌就利用游离氢与硫酸盐的结合为生。它们 甚至可以帮助我们发掘金矿。代尔夫特食酸菌 (Delftiaaci dovorans)使用特殊的蛋白质将对细 菌有毒的游离金离子转变成无毒的惰性金属形 态，使得固体金从溶液中沉淀出来，聚集成沉积 金矿床。此外，也许是世界上最强悍的细菌 耐辐射球菌(Deinococcusra diodurans)竞然能生 活在放射性废物里。 我最爱的微生物几年前才见诸报道。它是由 地质学家们在勘探钻井，并研究提取出来的岩芯 时发现的。从取自1600米深处的岩芯里，他们发 现了三种成分：玄武岩（岩床的一种形式）、水 和许多细菌。这些细菌依靠岩石和水就可以维 生。 最后，许多工业都有赖于微生物为我们服务 从发酵面包、酿酒，到利用生物工程技术生 产现代药物。我们尽可以放心地假定，细菌可以 执行我们给它们安排的任何化学反应。它们无穷
植物。在墨西哥湾深海原油泄漏之后，细菌消化 了许多污染物。它们可以利用石油里的营养物 质，再辅以从空气中得到的氮源，饕餮一餐。 微生物也生活在岩石里。例如，在南非的埃 姆博能金矿里，一些细菌在放射性衰变的帮助下 繁衍生息。铀裂解水分子时会释放出氢元素，这 些细菌就利用游离氢与硫酸盐的结合为生。它们 甚至可以帮助我们发掘金矿。代尔夫特食酸菌 （Delftiaaci dovorans）使用特殊的蛋白质将对细 菌有毒的游离金离子转变成无毒的惰性金属形 态，使得固体金从溶液中沉淀出来，聚集成沉积 金矿床。此外，也许是世界上最强悍的细菌—— 耐辐射球菌（Deinococcusra diodurans）竟然能生 活在放射性废物里。 我最爱的微生物几年前才见诸报道。它是由 地质学家们在勘探钻井，并研究提取出来的岩芯 时发现的。从取自1600米深处的岩芯里，他们发 现了三种成分：玄武岩（岩床的一种形式）、水 和许多细菌。这些细菌依靠岩石和水就可以维 生。 最后，许多工业都有赖于微生物为我们服务 ——从发酵面包、酿酒，到利用生物工程技术生 产现代药物。我们尽可以放心地假定，细菌可以 执行我们给它们安排的任何化学反应。它们无穷
无尽的多样性里肯定还隐藏着我们目前尚不了解 的能力。我们需要做的是明确问题，并找到合适 的微生物来解决问题。或者，我们可以改造它们 的基因。限于篇幅，这些令人激动的可能性就不 展开了。 微生物的生存是一部传奇史诗，充满着无尽 的冲突与合作。鉴于大多数人对达尔文的演化理 论（物竞天择、适者生存）耳熟能详，我们不妨 就从这里开始讲起。 达尔文敏锐地观察到，在所有物种中，不同 个体之间总是存在着差异，从鸟类到人类都是如 此。他进一步推断，当个体间的差异存在时，大 自然总是会“选择”那些最能适应环境的个体 (即“最适者”)一演化理论正是由此推论发展 而来。“最适者”能更好地完成生命的循环并留下 后代，在生存竞争中胜过其他个体。随着时间的 推移，“最适者”会比其他竞争者繁衍出更多的后 代，直至后者灭绝。正是这种自然选择导致了通 常所说的“适者生存”。但达尔文并不知道这些原 则同样适用于微生物。像我们一样，他主要关注 于可见的动植物，但是事实上，支持自然选择最 强有力的证据来自于对微生物的观察与实验。 例如，我可以培养一种常见的肠道细菌 大肠埃希菌。我需要做的只是将极小的一团大肠
无尽的多样性里肯定还隐藏着我们目前尚不了解 的能力。我们需要做的是明确问题，并找到合适 的微生物来解决问题。或者，我们可以改造它们 的基因。限于篇幅，这些令人激动的可能性就不 展开了。 微生物的生存是一部传奇史诗，充满着无尽 的冲突与合作。鉴于大多数人对达尔文的演化理 论（物竞天择、适者生存）耳熟能详，我们不妨 就从这里开始讲起。 达尔文敏锐地观察到，在所有物种中，不同 个体之间总是存在着差异，从鸟类到人类都是如 此。他进一步推断，当个体间的差异存在时，大 自然总是会“选择”那些最能适应环境的个体 （即“最适者”）——演化理论正是由此推论发展 而来。“最适者”能更好地完成生命的循环并留下 后代，在生存竞争中胜过其他个体。随着时间的 推移，“最适者”会比其他竞争者繁衍出更多的后 代，直至后者灭绝。正是这种自然选择导致了通 常所说的“适者生存”。但达尔文并不知道这些原 则同样适用于微生物。像我们一样，他主要关注 于可见的动植物，但是事实上，支持自然选择最 强有力的证据来自于对微生物的观察与实验。 例如，我可以培养一种常见的肠道细菌—— 大肠埃希菌。我需要做的只是将极小的一团大肠
埃希菌细胞接种在培养基上，然后放在温暖的培 养箱中过夜培养。大肠埃希菌会迅速生长、繁 殖，第二天它们的数量就超过了100亿个，整个 培养皿都被一层大肠埃希菌覆盖。它们生长得如 此密集，以至于无法辨别单个的菌落。现在，假 设我将同样多的细菌接种在另外一个培养基上， 但是其中添加了链霉素一这种抗生素可以杀灭 大多数大肠埃希菌菌株。这次，第二天早上检查 培养皿的时候，我只能看到10个孤零零的菌落 而不再是100亿个细胞组成的“菌苔”。每个菌落 不过小丘疹一般大，大约包含了100万个大肠埃 希菌细胞。每个菌落都是从最初的单个细胞形成 的，这些细胞没有被抗生素杀死，于是在培养基 上繁衍。把细菌接种到含有或者不含有抗生素的 培养基上得到的结果截然不同，我们该如何解释 这一差异？ 首先，我们看到，抗生素的确起作用了。从 100亿降到1000万，是原来的千分之一。或者也 可以这么理解，抗生素杀灭了99.9%的细胞，只 留下了0.1%的幸存者。我们也可以认为抗生素在 某种程度上失败了，因为毕竟有些细胞活过来 了。为什么有些细胞可以挺过来而其他的却不行 呢？纯粹是撞了大运吗？回答：是，也不是。 之所以说是，是因为这些耐药细菌里一个基 因突变了，改变了细菌核糖体的结构，使得耐药
埃希菌细胞接种在培养基上，然后放在温暖的培 养箱中过夜培养。大肠埃希菌会迅速生长、繁 殖，第二天它们的数量就超过了100亿个，整个 培养皿都被一层大肠埃希菌覆盖。它们生长得如 此密集，以至于无法辨别单个的菌落。现在，假 设我将同样多的细菌接种在另外一个培养基上， 但是其中添加了链霉素——这种抗生素可以杀灭 大多数大肠埃希菌菌株。这次，第二天早上检查 培养皿的时候，我只能看到10个孤零零的菌落， 而不再是100亿个细胞组成的“菌苔”。每个菌落 不过小丘疹一般大，大约包含了100万个大肠埃 希菌细胞。每个菌落都是从最初的单个细胞形成 的，这些细胞没有被抗生素杀死，于是在培养基 上繁衍。把细菌接种到含有或者不含有抗生素的 培养基上得到的结果截然不同，我们该如何解释 这一差异？ 首先，我们看到，抗生素的确起作用了。从 100亿降到1000万，是原来的千分之一。或者也 可以这么理解，抗生素杀灭了99.9%的细胞，只 留下了0.1%的幸存者。我们也可以认为抗生素在 某种程度上失败了，因为毕竟有些细胞活过来 了。为什么有些细胞可以挺过来而其他的却不行 呢？纯粹是撞了大运吗？回答：是，也不是。 之所以说是，是因为这些耐药细菌里一个基 因突变了，改变了细菌核糖体的结构，使得耐药
菌株生存繁衍。对链霉素敏感的细菌之所以死 掉，是因为抗生素会干扰正常的核糖体合成蛋白 质，从而阻碍了细胞的生长。 这些引起了细菌耐药的基因突变是怎么来的 呢？这个过程颇值得玩味。有可能，在最初有10 亿个细胞的培养基中只有少数细胞（在这个例子 中，准确来说是10个)具有这种变异的基因。它 们事先就存在了。倘若用达尔文的术语来解释这 些实验的话，就是，链霉素“选择”出了种群中具 有耐药性的基因变异，而没有链霉素的环境 则“选择”出了通常的基因版本，这一版本在生长 繁衍中更有效率，但是对链霉素敏感。大肠埃希 菌中有链霉素耐受基因的比例取决于它们接触链 霉素的频繁程度以及最近一次的接触时间。这只 是关于自然选择的一个简单的例子。竞争永无止 息，唯有最适应者方能胜出。 细菌里有无数彼此竞争、捕食或者互相剥削 的例子，当然也有无数协同与合作的情况。举例 而言，如果肠道里有一种类杆菌属的细菌，可以 帮助大肠埃希菌把它栖居环境中的一种有毒化合 物清除掉，那么大肠埃希菌将因此获益。这种单 一方向的帮助关系，被称为偏利共生 (commensal,一方因此获益，另一方并不因此 受损)
菌株生存繁衍。对链霉素敏感的细菌之所以死 掉，是因为抗生素会干扰正常的核糖体合成蛋白 质，从而阻碍了细胞的生长。 这些引起了细菌耐药的基因突变是怎么来的 呢？这个过程颇值得玩味。有可能，在最初有10 亿个细胞的培养基中只有少数细胞（在这个例子 中，准确来说是10个）具有这种变异的基因。它 们事先就存在了。倘若用达尔文的术语来解释这 些实验的话，就是，链霉素“选择”出了种群中具 有耐药性的基因变异，而没有链霉素的环境 则“选择”出了通常的基因版本，这一版本在生长 繁衍中更有效率，但是对链霉素敏感。大肠埃希 菌中有链霉素耐受基因的比例取决于它们接触链 霉素的频繁程度以及最近一次的接触时间。这只 是关于自然选择的一个简单的例子。竞争永无止 息，唯有最适应者方能胜出。 细菌里有无数彼此竞争、捕食或者互相剥削 的例子，当然也有无数协同与合作的情况。举例 而言，如果肠道里有一种类杆菌属的细菌，可以 帮助大肠埃希菌把它栖居环境中的一种有毒化合 物清除掉，那么大肠埃希菌将因此获益。这种单 一方向的帮助关系，被称为偏利共生 （commensal，一方因此获益，另一方并不因此 受损）
互惠互利的合作将更加强大。试想，如果大 肠埃希菌的主要代谢废物恰好是另一种细菌的食 物来源一在这种情况下，两个物种将倾向于聚 集在同一个环境里。对每一个物种来说，它们所 做的仅仅是执行自己的遗传程序，结果却对彼此 都有利，岂不妙哉？这是一种互利共生 (symbiosis)。 在其他情况下，许多不同的细菌相互帮助： 在快速流动的溪水中，细菌甲吃掉了细菌乙排出 的废物，并黏附在岩石上。与此同时，细菌丙本 来不能黏附于岩石，却可以附着于细菌甲而避免 被冲刷走，并帮助甲锚定在岩石上。而乙又能生 产出对丙来说富有营养的化合物。这种情形下， 细菌甲、乙、丙就倾向于聚集在一起，因为这对 它们三者都有利。 在40多亿年的演化史中，细菌不断分裂，新 细胞不断产生一这个过程最快每12分钟就进行 一次。这期间出现过的细菌数不胜数，包含了无 数种可能的变异。在这个近乎永恒的进程中，新 的细菌不断出生、繁衍，逐渐占尽了地球的每一 个角落。 有时候，细菌可以稳定地生活在一起，形成 一个联盟。这些合作互助型的集体在环境中屡见 不鲜一在土壤里、溪流中、腐朽的木头上和热
互惠互利的合作将更加强大。试想，如果大 肠埃希菌的主要代谢废物恰好是另一种细菌的食 物来源——在这种情况下，两个物种将倾向于聚 集在同一个环境里。对每一个物种来说，它们所 做的仅仅是执行自己的遗传程序，结果却对彼此 都有利，岂不妙哉？这是一种互利共生 （symbiosis）。 在其他情况下，许多不同的细菌相互帮助： 在快速流动的溪水中，细菌甲吃掉了细菌乙排出 的废物，并黏附在岩石上。与此同时，细菌丙本 来不能黏附于岩石，却可以附着于细菌甲而避免 被冲刷走，并帮助甲锚定在岩石上。而乙又能生 产出对丙来说富有营养的化合物。这种情形下， 细菌甲、乙、丙就倾向于聚集在一起，因为这对 它们三者都有利。 在40多亿年的演化史中，细菌不断分裂，新 细胞不断产生——这个过程最快每12分钟就进行 一次。这期间出现过的细菌数不胜数，包含了无 数种可能的变异。在这个近乎永恒的进程中，新 的细菌不断出生、繁衍，逐渐占尽了地球的每一 个角落。 有时候，细菌可以稳定地生活在一起，形成 一个联盟。这些合作互助型的集体在环境中屡见 不鲜——在土壤里、溪流中、腐朽的木头上和热