看不见的微观世界

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看不见的微观世界

作者：袁越

来源：《大众健康》2012年第07期

地球上到处生活着各种各样的微生物，它们看不见摸不着，人类对于这个微观世界的情况几乎一无所知。

先来问个问题：大地球上生活着的微生物总数和宇宙中恒星的数量相比，哪个大？答案是：前者的数量大。

再问一个问题：前者到底比后者大多少呢？10倍？100倍？

根据目前的估算，地球上的微生物总数大约是1030，而宇宙中大约有1022个恒星。也就是说，地球上的微生物总数不仅比宇宙中恒星的总数还要多，而且多1亿倍！

微生物的总数比较容易估算，但种类就不那么容易统计了，因为微生物的体积实在太小，分辨起来十分困难。如果把一头大象比作一个细菌，再把体积的差别换算成距离的话，那么微生物学家们就相当于站在月球的位置上回望地球上的这头大象，那时恐怕就连它是公是母都很难辨别。

在这超出人类想象的距离之外进行科学研究，需要超出常规的研究思路与工具。说到工具，很多人肯定会首先想到显微镜，但显微镜只适合观察，如果要进行生化分析的话，琼脂的作用更加重要。如果你去过微生物实验室，你会发现大家最常用的一个实验工具就是培养皿，里面铺着一层富含营养的琼脂。每一个细菌都能在琼脂表面单独长成一个肉眼可见的菌斑，每个菌斑里含有成千上万个完全一样的细菌，这在生物学术语里叫做一个“克隆”。因为琼脂是半固态的，细菌的位置被固定住了，无法在菌斑之间自由往来，这就等于将一个细菌克隆并扩增到足够大的量，却没有遭受其它细菌的污染。只有这样科学家们才能对其进行生化分析，包括测量其DNA的顺序。

这个研究模式已经持续了几十年。事实上，分子生物学迄今为止所取得的绝大部分成就都来自对于大肠杆菌的研究。可问题在于，自然界还有很多微生物是没法在培养皿中培养的，因此也就没法被克隆。科学家拿不到足够多的克隆细菌，很多生化检测手段都无法应用。 最早意识到这个问题的是美国科罗拉多大学的科学家诺尔曼·佩斯（Norman Pace），他把从土壤中采集到的样本全部打碎，提取出里面含有的全部DNA，测量16S核糖体RNA的基因序列。这个16S RNA是蛋白质合成过程中必须用到的一种核酸分子，所有细菌里都有它。不同的细菌之间的16S RNA顺序有点不同，因此可以用来鉴定细菌的种类。让佩斯吃惊的是，测序结果表明绝大多数土壤细菌都是以前从来不知道的新品种。他曾经怀疑这是DNA测序技