作者：尹惠芳
出版社：河北科学技术出版社
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奇异的微生物试读：
前言
亲爱的青少年朋友们，新世纪的钟声余音袅袅，我们迈着轻盈的步伐走进了崭新的21世纪。回眸人类发展的历史，可以看出，农业经济时代，最显赫的是权力；工业经济时代，最显赫的是资本；在已悄然而至的知识经济时代，最有说服力的必将是科学技术。可以预测，在新世纪里，生命科学和生物工程技术将以其独特的魅力处于新技术革命的最前沿。
本书正是为了顺应时代需要，满足青少年读者对生命科学的渴求，在新世纪之初向朋友们献上的一份薄礼！
翻开此书，你将步入一个神秘而又奇异的微观天地——微生物王国，去做一次难忘的旅行。
首先，你将循着科学家们探索微生物王国奥秘的漫漫历程，一睹他们在科学发现过程中的风采，从而得到科学方法的启迪，科学精神的陶冶。
接着，你将漫游微生物王国，初识微生物大家族的“百家姓”。这里有地球上最古老的“居民”；这里有一小时四世同堂的“超级母亲”；这里有世界上的赛跑冠军；这里还有“性情易变的魔术师”……
然后，你将进一步了解到，微生物既是我们的朋友，也是我们的敌人，它与我们人类的关系依依难分，休戚相关。在它们中间，有的是我们餐桌上的美味佳肴，有的能为我们提供防病治病的灵丹妙药，有的具有发酵、制酒的超凡本领，还有的是作物病害的克星。当然，微生物中也有一些害群之马，它们曾给人类带来过巨大的灾难。至今仍在严重危害人类生活和健康的流感、结核病、肝炎、艾滋病以及近几年引起全世界恐慌的疯牛病、口蹄疫等一系列传染病的元凶，无一不属于微生物。我们必须时时警惕它们！
最后，本书将为你展现当前微生物研究与应用的新热点和发展前景。那是一幅多么美丽诱人的画卷：上面有传染病的新克星、神奇的能工巧匠，有生物工程舞台的明星小小生物“制药厂”，还有植物疫苗、开发新能源的生力军、未来人类的新食源等等。
亲爱的青少年朋友们，阅读此书将是一次多么难忘的旅行啊！它为你揭开了微生物王国神秘的面纱，带你迈入微观生命的科学殿堂，去领略那些肉眼观察不到，甚至难以感知，却又真实存在的微观生命现象，为你将来攀登更高的科学高峰插上理想的翅膀！尹惠芳2001年6月于石家庄
一、微观探秘路漫漫
●一滴水的启示
迄今30多亿年前，微生物就悄悄地出现在地球上了。然而，人们认识微生物的时间却很晚。尽管古人早就知道享受美酒佳肴，但谁也不知道其中的奥秘。直到300多年以前，一个荷兰人才第一次涉足神秘的微生物王国，他的名字叫列文虎克。
1632年，列文虎克出生在荷兰德尔夫特市的一个贫穷的家庭，他从小非常热爱大自然，也非常爱动脑筋，喜欢向大人们提出各种各样的问题，并且追根问底。列文虎克的父亲很早就去世了，为了帮助母亲养活一家人，16岁那年他离开学校，过早地挑起了生活的重担。他来到远离家乡的荷兰首都阿姆斯特丹，在一家杂货铺里当学徒工。
列文虎克一天到晚马不停蹄地为老板干活，还常常吃不饱肚子。然而，正是艰苦的生活磨练了他的意志，使他更加勤奋好学。白天，他忙着干活，一到晚上，店铺关门后，他就借着灯光读起自己喜欢的书来。这段时间，他从书本上学到了许多知识，知道了天空、宇宙，也知道了动物、植物和小昆虫……杂货店的隔壁是一家眼镜店，他一有空就向师傅们学习磨制镜片的技术。几年的学徒生涯使列文虎克学会了许多学校里学不到的知识和技能。杂货铺的小伙计成了显微镜的发明人
后来，列文虎克回到自己的家乡，受雇到德尔夫特市政厅做了一名看门人。看门人的工资收入很低，但是比较清闲，使他有了很多空余的时间，于是，他又拾起了自己的爱好，起劲地磨制镜片。列文虎克磨制透镜着了迷，甚至夜里还磨个不停。经过许多天的辛劳，他终于做出了世界上第一台可以放大近200倍的显微镜。
这以后，列文虎克开始自得其乐地使用他的显微镜了，只要是能弄到手的东西，他都要放在显微镜下观察一番。他观察过植物的叶片、鱼的肌肉纤维、蜜蜂的刺和人的胡须等等。显微镜把这些东西放大了几百倍，一根人的胡须在显微镜下就变得像一根粗大的圆木，上面凹凸不平的地方也看得清清楚楚。列文虎克惊讶极了，嘴里自言自语着：“不可思议，不可思议！”这更激发起他的好奇心。他心里琢磨着：还有什么东西没有放在我的显微镜下看过呢？
1671年的一天，列文虎克从他家附近的一个池塘里取回一些水，放在显微镜下进行观察。突然，他大叫起来：“天哪，我看见活物了！瞧，它们在游泳呢，它们玩得多欢呀！”他简直有点儿不敢相信自己的眼睛，世界上难道会有这么小的生灵？别是我看花了眼吧！他使劲地揉揉眼睛，又仔细地观察起来。
列文虎克还观察了雨水、河水、污水、腐败肉汁等。有一次，他还特意找到一个从不刷牙的老头，从老头的牙缝里取下一些牙垢，放在自制的显微镜下观察，这回更使他惊愕了：牙垢里竟然长满了各种各样的小生物。它们的长相五花八门，有的拖着细得出奇的小尾巴，就像一个小蝌蚪；有的一圈儿一圈儿的，活像开瓶塞的起子；有的几个连在一起形成一串，仿佛贵妇人脖子上挂着的珍珠项链；还有的笔直细长，如同一根细棍儿。这些小生物的“性情”也各不相同，有的来去匆匆，活灵活现；有的则优哉游哉，懒洋洋的。列文虎克一连观察了好几天，确信自己没有看花眼。神奇的微观世界
列文虎克每天继续观察着、记录着。1676年10月9日，列文虎克给当时的科学权威机构——英国皇家学会写了一封信，信中写道：“我看到了神奇的小生物，你们可以把100万个这样的小生物放到一粒沙子上；在一滴水珠里，可以容纳270万个这样的小东西！”
皇家学会轰动了，一时间，列文虎克的名字传遍了欧洲。人们从四面八方来到荷兰列文虎克的家乡，想亲眼看一看微生物的庐山真面目，并一睹列文虎克的风采。人们围着显微镜，边看边嚷，仿佛是一群淘气的孩子，欢呼雀跃。甚至不可一世的俄国彼得大帝也前来向他表示敬意；尊贵的英国女皇也驾临德尔夫特，想从他的显微镜里看看那些神奇的小生物。不久，皇家学会将一张装在银盒子里的华丽的会员证书，寄给了看门人列文虎克，郑重地邀请他加入学会。其实，当时人们并没有意识到列文虎克的发现对人类有多么重要的意义，仅仅是为了满足自己的好奇心而已。
1683年列文虎克再次给伦敦皇家学会写信，这一次还一并寄去了他绘的图。1684年，信的摘要连同绘制的细菌图发表在《皇家学会科学研究会报》上。这是列文虎克的发现第一次公诸于世，列文虎克也毫无疑问成了第一个看到细菌和第一个绘制细菌图的人。
列文虎克，这个出身贫寒、没有受过多少正规教育的人，成为有史以来第一个发现微生物的人，他的发现开辟了人类征服传染病的新纪元。但微生物的发现仅仅是打开了神秘的微生物王国的一扇大门，要探索其中的奥秘，还有一条漫长的路程。
●关于“肉汤为什么变臭”的大论战
自从列文虎克发现微生物以后，有一个问题一直在困扰着人们。生活经验告诉人们，放在空气中的新鲜肉，过不了多久就会腐烂，继而长出许多蛆虫来；一盆新鲜肉汤，在空气中放上两天，就会变质发臭。如果把变质的肉汤放在显微镜下观察，会发现里面有许多微生物繁殖。这些原本没有的蛆虫和微生物是从哪里来的呢？它们是自发产生的，还是必须来自生命？对于一般比较大的动物和植物来说，这不成问题。动物怀胎生子或产卵繁殖，植物从种子发芽开始逐渐长成参天大树。任何一种动物或植物都必须来自于它的同类，这是尽人皆知的常识。
可是，微生物是否也是这样的呢？人们的看法就不一样了。一种观点认为，这些微生物的身体构造那么简单，也许它们可以从非生命物质中直接繁衍出来，这就是所谓的“自然发生说”。而另一种观点却截然相反，认为生命不可能由非生命直接变来，腐烂肉上的蛆虫和微生物一定像植物来自种子一样，来自于卵或微生物，这种观点被叫做“生源说”。究竟孰是孰非呢？两种观点互不相让，谁也说服不了谁。自17世纪以来，双方唇枪舌剑，你来我往，发生了一场场关于“生命是从哪里来的”大论战。
那时，英国有一个叫尼达姆的神父做了一个实验，他把一些羊肉汤灌进一个瓶子里，然后给瓶子加热半小时。他自语道：“这回一定把瓶子里的小生物和它们的卵杀死了！”几天以后，他拔开瓶塞，取一些肉汤用显微镜观察——肉汤里长满了密密麻麻的小生物。
于是，尼达姆把他的实验结果写信报告给了皇家学会。他声称：“我已经证明，生命确实能够从非生命的东西里自然而然地产生出来。”尼达姆的实验一度蒙哄了许多人。甚至有人说，蜜蜂是从死牛的尸体里产生出来的；还有人说，把一团烂棉花放在偏僻处，过几个星期就会生出小老鼠来。“纯粹是骗人的鬼话！小生物决不可能从羊肉汤或其他任何东西里自生自长，我一定要戳穿这个把戏。”从遥远的意大利传来了相反的意见。他是谁呢？巧得很，他也是一位神父，名字叫斯巴兰扎尼。两个神父的大论战
斯巴兰扎尼决心用事实来驳倒同行的谬论。他首先制定了严密的实验计划。他想，为什么在加热过的羊肉汤中会出现那么多的小生物呢？一定是加热得不够，或者是没有把瓶口塞紧。于是，他准备了几个玻璃烧瓶，把它们刷洗干净，灌进肉汤。
他大声地说：“这回我一定要把它们煮沸一小时，还要把瓶口塞得紧紧的！”他转念一想：可是我怎么封瓶口呢？软木塞很可能不够严密，会让那些小生物钻进去。他望着生好的火，忽然大叫起来：“啊，有了！我把瓶颈烧热融合，用玻璃封口，不管多么小的生物也休想钻透玻璃。”于是，斯巴兰扎尼拿起一个个灌了肉汤的瓶子，在火焰上慢慢转动，直到瓶口完全融合为止。然后他开始给瓶子加热。
斯巴兰扎尼把瓶子分为三组进行实验。第一组瓶子封好口后，只把它们放在沸水里煮上几分钟；第二组瓶子封好口后，在沸水里足足煮了一个多小时；第三组瓶子也在沸水里煮了一个小时，所不同的是用软木塞封塞瓶口，而没有用火融合。
做完这一切工作之后，他把这些烧瓶小心翼翼地放好，然后就去做其他的事情：郊游、钓鱼、蹲图书馆，还去为学生讲课——他是一所大学的教授。他似乎已经忘记了那些烧瓶。
但是几天之后，他又回到了实验室。先取出第二组瓶子——把瓶口融合并煮沸一小时的瓶子，一个一个敲开瓶颈，用一支细管吸出一些肉汤，滴在玻片上，用显微镜仔细地观察起来，他的脖子都累酸了，可是什么也没有看见。他急忙又取出只煮过几分钟的那组瓶子，照样敲开瓶颈，在显微镜下观察其中的肉汤。“呵，这是什么？”他喊起来，他看到显微镜的视野里有一些小生物在自由嬉戏。最后，他又取出那些虽然煮过一小时，但仅用软木塞塞口的瓶子，拔掉木塞，取出肉汤，同样在显微镜下观察。他又看到了那些小生物，像深海里的小鱼，密密麻麻。“我明白了！”斯巴兰扎尼叫道，“小生物是从空气中进入尼达姆的瓶子里的。我还发现，有些小生物可以在经受高温后仍然活着，你必须煮沸一小时，才能把它们杀死。”
斯巴兰扎尼立刻向世人公布了他的实验结果：“生命只能来自生命，每一种生命只能来自它的母体，哪怕最简单的生命也是如此。用火焰融合烧瓶的瓶颈，外面的东西就进不去了，然后把它们加热足够的时间，再顽强的生物也会死掉。即使把这样的肉汤放置100年，也不会自己产生出生命来。”
斯巴兰扎尼的实验，对“自然发生说”是一次有力的打击，可是他还没有说服所有的人。有的生物学家争辩说，自然界里不存在煮沸现象，自然生殖有可能是借助空气中某些化学物质完成的，不然为什么经过煮沸的肉汤一接触新鲜空气就会产生出微生物呢？斯巴兰扎尼把肉汤煮沸的时间太长了，破坏了瓶子里的气体和化学物质，所以肉汤里面就再也产生不了小生物了。
看来，“肉汤为什么变臭”的大论战还要继续下去。这个问题最后是由谁解决的呢？
●揭开啤酒变酸之谜
19世纪，法国出了一位伟大的科学家，他的名字叫路易斯·巴斯德。巴斯德从小胸怀大志，不过他的志向不是研究微生物，而是做一名化学家，因为他生活的时代，正是化学研究的黄金时期。化学家们好像魔术师一样，他们揭开了燃烧的秘密，寻找出一个又一个新元素，把一种物质转化为另一种物质。巴斯德一天到晚钻进实验室里，做着各种各样的化学实验。但是，他的实验失败的时候多，成功的时候少……就在这时，一个偶然的机会改变了他的发展道路，使他转向了对微生物的研究。巴斯德以他卓越的才华和为科学献身的精神，把微生物作为满足人们好奇心的对象转变为科学研究的对象，从而引发了一场微生物学的革命。巴斯德引发的这场革命是从研究啤酒变酸开始的。
当时，法国的资本主义得到了极大的发展，农业已相当发达，随着葡萄的大面积种植，酿酒业成为法国的支柱产业之一。但长期以来，啤酒变酸问题就像幽灵一样，笼罩在法国制酒业的上空，使啤酒厂蒙受了巨大的损失。
事情是这样的，酒厂用传统方法酿出的啤酒，放不了多久就会变酸，放的时间越长，酸味越重，有时一桶酒变酸了，紧接着所有的酒都变酸了，结果是大桶大桶的啤酒因不能饮用而不得不倒掉，致使酒厂每天损失好几千法郎，酒厂老板为此伤透了脑筋。他们想不明白，好端端的啤酒为什么会变酸呢？就在大家苦苦思索找不到答案时，他们忽然想起了当时大名鼎鼎的化学家巴斯德，于是就给巴斯德写信，请他来帮助解决啤酒变酸的问题。
巴斯德首先将未变质的啤酒放在显微镜下观察，发现里面有微生物活动。这种类型的微生物身体浑圆，好像一个个胖娃娃，这实际上是酿酒不可缺少的酵母菌。巴斯德又取出一些散发着酸味的变质啤酒用显微镜仔细观察起来。“咦，这里面的酵母菌怎么这么少？它们躲到哪里去了？”巴斯德很纳闷，他继续观察着。“这是什么？身体瘦瘦的，看上去像根细棒。怎么与酵母菌长得不一样了？”啤酒为什么酸了呢
那天夜里，他怎么也睡不着觉。第二天一早，他又扑到显微镜上继续观察起来。
巴斯德是一个善于动脑子的人，他设想：既然酵母菌在好酒和变质酒里都存在，说明酵母菌不能使酒变酸；另一种细而长的微生物只在变质的啤酒中出现，那么酒的酸味会不会与它有关呢？如果是这样，几乎可以肯定，这种细而长的微生物可以产生一种有酸味的物质，啤酒变酸正是由于这种物质引起的。
巴斯德又进行了大量的观察、研究，仔细辨别变质酒中各种微生物的形态，最终得出了结论：酒变质与微生物的存在及繁殖有关。巴斯德于1857年发表了《关于乳酸发酵的记录》。在这本书中，巴斯德第一次提出了发酵的本质，即发酵是由微生物作用的结果，每一类型的发酵都是由一种特定的微生物引起的。酵母菌引起酒精发酵，通过酵母菌的分解作用，使糖变成了酒精。在变质的酒中，那种细长如棒的微生物是乳酸杆菌。乳酸杆菌可以引起乳酸发酵，通过乳酸杆菌的分解作用，可以把糖变成乳酸。由于在酿酒过程中污染了乳酸杆菌，它们把一部分糖变成了乳酸，乳酸是有酸味的物质，因而啤酒变酸了。
答案找到了。巴斯德把酒厂老板们都叫来，告诉他们：“啤酒变酸的原因是由于一种叫做乳酸杆菌的细菌在作怪，使酒变酸了。”这些老板们根本不相信，这种微不足道的小东西怎么能使啤酒变酸呢？巴斯德又说：“你们可不要小瞧了这些小东西，我能用眼睛来辨别啤酒是不是变酸的。”老板们更不相信了，因为辨别啤酒的好坏，历来都是评酒师们用嘴品尝的，从来没有人能用眼睛来辨别啤酒是否变酸。
酒厂老板们拿来许多种酒，有好啤酒，也有变酸的啤酒，还有的老板将好酒和变酸的酒搀和起来请巴斯德检查，然后再请一个有名的评酒师来鉴定。巴斯德把每瓶酒逐个滴在玻片上，放在显微镜下观察，根据乳酸杆菌的有无、多少来判定啤酒是否变酸和变酸的程度。结果每一种酒都被巴斯德说准了，老板们这才信服了。
如何防止啤酒变酸呢？巴斯德告诉老板们，问题的关键在于抑制杂菌的繁殖。要想使酒不变酸，只需将酒加热到50～60摄氏度，保持30分钟左右，把乳酸杆菌等杂菌杀死，啤酒就不会变酸了，这就是著名的“巴斯德消毒法”。直到今天，这种方法在食品工业上仍然被广泛应用着。
从此，法国的啤酒业又恢复了生机。
●出色的实验家
刚解决了啤酒变质问题，又一道科学难题横在了巴斯德面前。酒变酸是由于乳酸杆菌发酵的缘故，那么乳酸杆菌是从哪里来的呢？这很容易让人想到，是不是由酒液的非生命物质自然发生的。因此，自然发生说又复活起来，人们围绕着“微生物能不能自然生成”的未解之谜继续展开大论战。当时法国科学院特意成立了一个负责自然发生说的仲裁委员会，它的宗旨是“平息这场无休止的、最近又日趋激烈的争论”。法国科学院还做出决定，凡是能用可以证实的精确实验阐明生物原始发生问题的人，将被授予奖金。结果，这项奖金被巴斯德获得了。
要驳倒自然发生说不是件容易的事，况且自然发生论者人多势众，其中不乏当时颇有名望的科学家，公众的舆论对巴斯德也很不利。
然而，巴斯德不愧是一个伟大的天才，他不仅有高超的实验技能，更难能可贵的是他严密的科学思维方法和逻辑推理能力。他设想，要是生物真能随时随地由非生命物质转化而来，那么，酒变质是不可避免的，因为即使把酒中的杂菌杀死，过后它们还会再长，所以要解决酒变酸的问题是不可能的。但事实证明，经“巴斯德消毒法”处理后的酒只要妥善保管，就不会再变酸，这说明实际情况并不像自然发生论者所想象的那样。酒中的乳酸杆菌肯定是来自周围环境，极有可能来自空气。
如何证明空气中含有微生物呢？巴斯德做了这样一个实验：他把一团棉花放在水中煮沸，直到杀死棉花和水中的全部细菌。然后，他把新鲜空气打入棉团，再将棉团放入原来的无菌水中立即观察，结果棉花和水中都有微生物生存和繁殖。这似乎可以证明空气中含有微生物了。
可是，反对者横挑鼻子竖挑眼，硬说这些微生物不是来自空气，而是在无菌的棉团和水中自然生成的。
巴斯德又设计了一个实验：用一块无菌棉团过滤空气，然后迫使过滤后的空气穿过第二块无菌棉团，再将第二块棉团放入水中，结果发现，在水中没有微生物出现。为什么呢？惟一可能的解释是：第一块棉团阻截了空气中的微生物，使它们无法接触到第二块棉团或无菌水，所以第二块棉团和无菌水中没有微生物出现。这回自然发生论者该无话可说了。
巴斯德以其独具匠心的实验，证实了空气中含有微生物的结论。这无疑给自然发生说一记重锤。然而，自然发生论者仍然千方百计维护自己的学说。他们所持的一个普遍论点是：空气是产生生命必不可少的条件，隔绝了空气，生物就不能自然发生。无论取自何处的空气，都保证能产生出大量的微生物来。巴斯德深知，越是对方坚持的地方，也正是其脆弱的地方。
这一回，巴斯德又耗费了大量的精力，终于设计出了一个新的实验，一个非常著名的实验。他把肉汤灌进两个烧瓶里，第一个烧瓶就是普通的烧瓶，瓶口竖直向上；而将第二个烧瓶在火焰上熔化瓶颈，不是将它融合，而是把它拉长，弯曲成天鹅颈一样的曲颈瓶。然后把肉汤煮沸、冷却。两个烧瓶都没有用塞子塞住瓶口，而是敞开着，外界的空气可以畅通无阻地与肉汤表面接触。他将两个烧瓶放置一边。过了三天，第一个烧瓶里就出现了微生物，第二个烧瓶里却没有。他把第二个瓶子继续放下去：一个月、两个月，一年、两年……直至四年后，曲颈瓶里的肉汤仍然清澈透明，没有变质。这是为什么呢？
巴斯德解释说，因为第一个烧瓶是顶端开口，悬浮于空气中的尘埃和微生物，可以落入瓶颈直达液体，微生物在肉汤里得到充足的营养而生长发育，于是引起了肉汤的变质。第二个烧瓶虽然也与空气相通，但瓶颈拉长弯曲，空气中的尘埃和微生物仅仅落在弯曲的瓶颈上，而不会落入肉汤中生长繁殖引起腐败变质。著名的曲颈瓶实验
巴斯德以令人信服的实验赢得了舆论的一致支持，自然发生论者自知理亏，于1864年6月宣布退出这场辩论。这场旷日持久的大论战以自然发生说的失败而告结束了。
●“隐身刺客”现形记
“巴斯德一人的发现，就足以抵偿1870年法国付给德国的战争赔款。”这是一位著名科学家在评价巴斯德的成就时说的一番话。的确，巴斯德把毕生的精力献给了科学事业，为人类认识微生物和清除微生物带来的危害做出了巨大的贡献。在解决了啤酒变酸问题和否定了自然发生论的观点之后，巴斯德又投身到病原菌的研究中，他先后发现了产褥病、炭疽病、鸡霍乱、狂犬病、蚕微粒子病等多种疾病的病原体。
巴斯德决心征服狂犬病的时候，已经是60岁了，他头发花白，行动不便。我们现在很难理解当时他为什么选择了狂犬病作为新的突破口。因为那时候还有十几种更严重的疾病如鼠疫、白喉、梅毒等，它们对人畜的危害要比狂犬病大得多，而且研究狂犬病也比研究这些疾病要危险得多。
也许是狂犬病患者临死前的痛苦景象从小给巴斯德留下的印象太深刻了。他曾经说过：“我总是忘不了小时候在家乡阿尔布瓦街上见到的那些被疯狗咬了的人。他们四肢抽搐，牙关紧闭，抽风不止，害怕强烈的阳光和声音，到最后总是在可怕的痉挛中死去。”
那是1882年的一天，一个叫伯雷的老兽医给巴斯德牵来几只疯狗。巴斯德把疯狗同几只兔子关在一个笼子里，让疯狗去咬兔子。尽管疯狗口流涎水，狂吠不止，却不肯向吓得浑身发抖的兔子发起进攻。于是，巴斯德让助手把疯狗牢牢地绑在一张桌子上。他嘴里叼着一根细玻璃管，俯下身去，对着狂怒的疯狗的嘴巴，小心翼翼地把有毒的唾液一滴一滴地吸入口中的玻璃管里。这真是千钧一发之际，因为巴斯德的头距离疯狗淌着唾液的嘴巴只有几厘米远，万一被疯狗咬着，或者不慎将那些有毒的唾液吸到肚子里去，那后果将真是不堪设想的……科学探索需要无畏的献身精神
直到摄取了足够的唾液以后，他才直起身来，对那些围在他身边、为他捏着一把汗的助手们若无其事地说：“好了，各位，我们开始干吧！”于是，他们把这些唾液给4只健康的狗和6只兔子注射，然后观察它们是否出现狂犬病的症状。一天、两天、三天……6个星期过去了，有两只狗开始在笼子里乱窜，呲牙咧嘴，不停地狂吠——它们患上了狂犬病，而另外两只狗却若无其事。同样，兔子也是有两只在痉挛中死去，另外4只安然无恙。
这是为什么呢？巴斯德苦思冥想了好几天。有一天，他突然悟出了其中的道理：从狂犬病的症状来看，像是动物的神经系统受到了损伤，它们很可能是钻进动物的脑和脊髓里以后，才使动物致病。于是，巴斯德和他的助手们把一只健康的狗麻醉，然后在它头上钻一个小孔，再用注射器吸一点儿刚死于狂犬病的兔子的脑浆，从这个小孔注射进去。
过了两个多星期，这只狗开始嗥叫，乱咬笼子，它患上了狂犬病。
现在，巴斯德终于找到了可靠的办法，使狗、兔子、豚鼠等动物百发百中地感染上狂犬病，但遗憾的是，他无法在培养液中培养这种导致狂犬病的微生物。因为它太小了，就好像是专门在黑夜里杀害人畜的“隐身刺客”，你可以看见在痛苦的痉挛中死去的人和动物，却看不见这些微小的生物。不管用当时多么好的显微镜观察，也无济于事。
不过，巴斯德并没有被困难吓倒。他对助手们说：“我们看不见这种微生物，因为它们实在太小了。但是我们仍然可以培养它们，就是在动物的脑子里培养。”
现在，巴斯德要驯服这个“隐身刺客”了。他想出一个绝妙的方法来，将一小片因患狂犬病而死的兔子的脊髓组织放到玻璃瓶中，让它自然干燥。过了十几天以后，他把这些已经干瘪的脊髓组织拿出来捣碎，溶解在注射液里，给健康的狗注射，这一次，被注射的狗没有患上狂犬病。巴斯德对助手们说：“这些‘刺客’的毒性已经减弱了。我们再来试一试，让病组织干燥12天、10天、8天……看看能不能让狗稍微得一点儿狂犬病，从而使它们获得免疫。”
于是他们一股脑儿钻进实验室里，一心一意地做着这种既没有先例又没有把握的实验。第一天，他们给狗注射干燥14天、几乎没有毒性的病组织；第二天，注射干燥13天、略带一点毒性的病组织；然后是12天的、11天的……直到第14天，他们给狗注射了仅干燥1天的病组织。
决定成败的时刻来到了。他们给4只狗（其中两只接种过病组织，另两只没有接种过）分别注射了一剂足以致它们于死地的狂犬病毒溶液。过了一个月后，两只没有接种过病组织的狗因患狂犬病而死了，而另外两只接种过的狗却在笼子里欢蹦乱跳，东闻闻西嗅嗅，没有一点儿病态。
实验成功了！这已经是1885年的事情。经过整整3年的努力，巴斯德和他的助手们终于研制出了狂犬病疫苗。
1885年7月6日，一个令人难忘的日子，这天巴斯德第一次用狂犬病疫苗为一个名叫麦思特的孩子治病。这个孩子被疯狗咬了14处伤口，要是在过去，他百分之百地没命了。但经过巴斯德的治疗后，麦思特竟然奇迹般地恢复了健康。今天，我们预防狂犬病同样得益于巴斯德发明的狂犬病疫苗。“隐身刺客”究竟是什么模样，巴斯德一直也没有见过，而且在他逝世后很长一段时间，医学家和生物学家都无法找到这个奇怪的病原体。直到电子显微镜问世以后，科学家们才终于弄清楚，原来它们是一种比细菌还要小得多的微生物，它的名字叫“狂犬病毒”。
征服狂犬病，是巴斯德一生光辉事业的顶峰，他的名字传遍了全世界。许多国家的政府和大公司，都纷纷向他捐款捐物，资助他建立一个专门研究微生物的机构，这就是著名的“巴斯德研究所”。狂犬病曾给人类带来过巨大的灾难
●琴纳征服了天花
琴纳是18世纪英国一个叫伯克辛的小镇上的医生。在他生活的那个时期，欧洲大陆流行着一种非常可怕的疾病，名叫天花。天花如同死神的阴影，出现在哪里，哪里就要遭殃，它蔓延十分迅速，死亡率极高，即使是幸存活下来的人，满身满脸也会布满了天花的水疱留下的难看疤痕，变成面目可憎的“麻子”脸。那时，不仅老百姓对天花惊恐万分，就是皇宫贵族们，也吓得坐立不安。琴纳从小喜爱医学，在目睹了天花残害人类的悲惨情景后，他发誓长大后要为人们寻找一种制服天花的办法。
早在宋朝，我国民间就有人发明了人痘接种法，也就是用天花的痘痂接种未生天花的人，以预防天花。这种方法后来传到了俄国、土耳其、日本和英国。种人痘的手术非常复杂，首先要给被接种的人频繁放血，故意削弱他的抵抗力，然后让他服用一种特制的汤药。为了利于汤药的吸收，在服药期间每天只能吃很少的食物，最后才能给他接种人痘。整个手术要持续6个星期，即使是这样，许多人后来仍然染上天花，送了性命。
琴纳从种人痘的方法中得到启示。他想，能不能找到一种更为安全可靠的方法预防天花呢？
有一天，一个牧场里挤牛奶的妇女前来看病，琴纳医生怀疑她患的是天花。那个妇女却满有把握地说她已出过牛痘，不会再患天花了，琴纳将信将疑。几天后，琴纳恰巧在小镇上遇到了那个妇女，她身体健壮，精神振奋，没有病容。琴纳大吃一惊，心想，难道因为感染过牛痘就能躲过天花的侵袭吗？他在脑子里连连画了好几个大问号。之后，琴纳在小镇上作了调查，果然发现，长久以来镇子里众多挤奶姑娘中竟没有一个人死于天花或变成麻子脸。这是什么缘故呢？他经过长期认真的观察和分析，终于得到了答案。
于是，琴纳打起行装到乡下去，年复一年蹲在牛棚里，认真观察挤奶妇女从奶牛身上感染天花的过程，以及怎样度过这一生死难关。原来，牛痘是发生在奶牛和其他牲畜身上的一种疾病，症状很像天花。女工在挤奶的时候，手上沾了牛痘的脓液，就会感染上牛痘，不过得牛痘并没有危险，只不过发几天低烧、长一两个小水疱罢了，而且痊愈以后，终身不再得天花。哦，挤奶姑娘没得天花
经过长达24年的观察和实验，琴纳终于发明了种牛痘预防天花的好办法。
世界上第一个接种牛痘的是一位8岁的男孩菲普士，时间是1796年5月14日，这是一次决定性的实验。琴纳找到一个正在感染牛痘的挤奶女工，把一根细针刺进这个女工的手臂上的水疱里，蘸了一点脓液，然后用这个针划了划菲普士的手臂皮肤。琴纳每天去看望菲普士，观察有什么现象。从第2天开始，小男孩出现发低烧、食欲不振、接种处化脓等症状；但是到了第8天，男孩的烧开始减退，接种处的水疱也逐渐消失，最后留下一个小小的疤痕；又过了一周，他像往常一样健康活泼了。接种实验成功了，但小男孩以后到底会不会得天花呢？
6个星期以后，琴纳冒着极大的危险，又给菲普士接种了天花病人的痘浆。他辗转反侧，夜不能寐，提心吊胆地注意着这个男孩的每一个变化。但是几个星期过去了，小男孩安然无恙，连轻微的反应都没有，这说明菲普士获得了对天花的免疫力。
琴纳把他的实验报告送交皇家学会，可是那些高贵的医学权威们对他的报告却嗤之以鼻。他们发出可怕的预言，说那个接种了牛痘的孩子咳嗽的声音已经像牛叫的声音，脸上已经长出牛毛，眼睛也已经像公牛一样看人，变成了一个牛面孩。还有，凡是接种牛痘的人都要染上牛狂症，长出牛角和牛尾巴来……
但是，实践是检验真理的标准。琴纳接种牛痘的方法却在民间不断地传播。后来，当天花再流行的时候，许多人都跑去找琴纳接种牛痘，他们从此再没有感染上天花。直到1874年，也就是在琴纳第一次做牛痘接种实验78年之后，德国才作为世界上第一个国家在法律上规定接种牛痘预防天花。
琴纳的实验为人类找到了战胜天花的法宝。免疫的概念就是从预防天花开始的，它为人类后来战胜许多传染病开辟了道路，为人类的文明做出了巨大贡献。但是，牛痘为什么能预防天花？这究竟是怎么回事？琴纳当时还无法解答。
1823年，74岁的琴纳去世了。为了纪念这位平凡而伟大的乡村医生，人们给他竖立了一座雕像——一位聚精会神的医生，正在为他抱着的婴儿接种牛痘。在雕像的下面写着这样一句话：“向母亲、孩子、人民的英雄致敬！”
●细菌学之父
在微生物学发展史上，曾经有一颗闪烁着熠熠光辉的明星，他就是德国科学家科赫。
科赫于1843年出生在德国汉诺威的一个普通家庭，他自幼聪慧好学。1866年他从格丁根大学医学系毕业，并取得医学博士学位。普法战争期间，科赫志愿投身前线任随军外科医师，这为他以后的研究工作积累了丰富的经验。战后，他定居在偏僻的布雷斯劳，做了一名乡村医生。细菌学之父——科赫
科赫一边给村民看病，一边废寝忘食地研究细菌。当时，有一种严重危害畜牧业的怪病在欧洲大陆上肆虐横行。患上这种病的牲畜不吃不喝，耷拉着脑袋，而且很快死去，甚至连牲畜的主人也因染上它而难逃厄运。这就是炭疽病，一种可怕的传染病。
科赫所在的布雷劳斯地区炭疽病也十分流行，他下决心要攻克这一病魔。他把因患炭疽病而死亡的牛羊的血涂在玻片上，放在显微镜下观察，结果发现除圆饼状的红细胞外，还有一条一条像火柴梗一样的小虫在颤动。而他检查健康牛羊的血却从未发现过这种小东西。他又把带有这种小棒一样东西的牛羊血注射到健康的牛羊身上，不久健康的牛羊也因得炭疽病而死掉了。经检查，这些死掉的牛羊血液中也存在着小棒样的小虫。科赫自言道：呵，原来牛羊的炭疽病是由于这种棒状的小虫子在作怪！之后，他又在小白鼠身上做实验，得出了同样的结果。这样，科赫发现了炭疽病的罪魁祸首——炭疽杆菌。
科赫还注意到：牲畜不仅可以被患病的牲畜传染，而且被患病牲畜踏过的草地、吃过的饲料也能引起传染，有时这种传染能持续好多年。科赫心想：这种病菌肯定能以某种方式传播，就好像一些植物的种子可以任意随风飞舞一样，牲畜一旦接受了这种飞舞的“种子”就会引起疾病，这种“种子”可能具有某些特殊的构造，能抵抗外界恶劣环境的影响，几年后仍能保存活力。经过反复思考和潜心研究，科赫得出了自己的结论：在一定条件下，炭疽杆菌形成芽孢。芽孢不仅能生长，而且还能潜伏好几年。健康牲畜吃了被患病牲畜的排泄物、分泌物所污染的饲草或饲料，就会发病。这种通过病菌的传播而引起疾病流行的过程，就是传染。可怕的炭疽病
科赫根据自己的结论，提出了确定病原微生物的严格准则，即科赫法则：（1）一种病原菌必定存在于患病动物中，并且在同一条件下具有不变的特性；（2）这种细菌也一定能够在培养基中分离出来；（3）如果把培养的活菌体接种到另一敏感动物身上，同样的疾病一定能够重复出现。科赫还从炭疽病的研究中得出另外的结论，即炭疽病的病因方式是传染；一种病原体在一定的条件下引起同一种疾病。
科赫研究得出的这些结论，在医学史上具有重大的意义，这是人类第一次证明：特定的疾病是由特定的病菌引起的。使人类认识到传染病的本质是一种病菌在动物体内的寄生，传染病的流行方式是传染，从而为传染病的预防和治疗开创了一个新领域，为现代细菌学和传染病学奠定了基础。
科赫以不朽的业绩赢得了人们的称颂，被誉为“细菌学之父”。
●缉拿传染病的元凶
在自然界中存在的细菌成千上万，它们常常混杂在一起生活繁殖，细菌的身体又那么小，要想从中找到并分离出我们需要的细菌，犹如大海捞针，难上加难。在科赫之前，从来没有人能够分离得到一种纯的病原菌。找不到病原菌，要诊断和治疗这种病简直是不可能的。
以前，许多科学家都在这个问题上花费了很大的工夫。他们根据不同细菌的口味，为它们配制了可口的饭菜——培养基。所谓培养基，就是人们根据微生物的需要，为其配制的营养，其中含有某种微生物生长、发育及繁殖所必需的各种有机物、无机物和水分等。例如，用牛肉汁再添加一定的成分，就可以作为某种微生物的培养基。培养基实际上有点类似于现在人们用来饲养动物的复合饲料，只不过饲料是用来喂养动物，而培养基是用来培养细菌罢了。
1866年，法国科学家巴斯德设计了一种适宜细菌生长的半合成液体培养基，这是人类为细菌配制的第一个培养基。在此基础上，其他科学家又设计了各种培养基。但所有这些早期的培养基都是液体的，用这样的培养基要获得细菌纯种并进行纯培养是很不容易的。科赫为了找到分离纯化细菌的办法，也做了大量的实验，但是都失败了，科赫为此茶饭不思……
一天，科赫在厨房里无意间发现半生半熟的土豆上长出了一些分散的红色的、白色的小圆点，这是一堆细菌在土豆表面上生长繁殖起来的菌落。他拿起土豆想了想，又放在显微镜下观察，发现红色小点内全是球菌，而白色小点内则全是杆菌。科赫受到了启发，他想：应用固体的培养方法，由于细菌不能像在肉汤里那样可以自由游动，每一个细菌只能在固定的地方生长、繁殖，最后就变成了一小堆细菌，即菌落。根据菌落的特点，不就可以选择分离出所需要的菌种，从而实现纯培养了吗？于是，科赫使用的第一个固体培养基就是切开的熟土豆的表面。
为了防止空气中微生物的感染，他的操作都在一个钟罩下面进行。首先用火焰烧过的小刀斜切开土豆，然后用灭过菌的针尖蘸取少量要培养的混杂的菌类，在土豆切面上轻轻地来回划几下。培养一段时间后，接种的菌类就会向四周蔓延，最后覆盖整个表面。科赫还注意到，如果接种时的实验材料较稀，则会看到在土豆切面的不同部位着生着不同颜色的菌落。可以肯定的是，同一颜色的菌落来自同一个菌种。科赫根据菌落颜色的不同，将同一颜色的菌落取出，再经两次以上同样的培养，最后总能获得纯种。
1881年，科赫正式发表了用土豆分离细菌的技术，引起了科学家们极大的关注。这种在固体培养基上划线分离微生物的方法，就这样由科赫建立起来了，并一直沿用至今，成为微生物学实验技术中最经典同时也是最基本的方法之一。我们今天在实验室里，常常可以看到一个个圆形有盖的小玻璃皿，这就是盛固体培养基的培养皿。
但是，土豆的养分毕竟有限，不可能满足各种菌的口味，它的应用受到很大程度的限制。如何找到一种理想的凝固剂呢？科学家们仍然在思考着、寻找着。
正当科赫为此大伤脑筋的时候，他的一个助手的妻子帮助解决了这个难题。这种让科赫朝思暮想的物质是什么呢？原来就是名不见经传的琼脂。琼脂又叫洋菜，是从石花菜等海藻中提取的物质，历来用作果酱、奶糖等食品的添加剂。琼脂用作培养基凝固剂，简直达到了尽善尽美的地步。首先，琼脂不加热到100摄氏度不会融化，而一旦融化成液体，在温度高于45摄氏度时仍可流动，但低到45摄氏度以下就会凝成固体。利用琼脂这个特点，在实验室里很容易把它与培养基的其他成分在45摄氏度以上混匀，倒入培养皿中制板；而在室温下，它又能凝成固体，这又为我们接种、分离和观察微生物带来了极大的方便。琼脂的第二个特点是它本身含营养成分少，它既不会被细菌分解，也不会抑制细菌生长。由于琼脂的这些特点，使它从被发现开始就成了凝固培养基的理想材料，并一直应用到今天。
分离纯种细菌的难题终于被科赫发明的固体培养法攻克了，但是新的问题又接踵而来。细菌的身体非常小，而且无色透明，用显微镜观察总是看不清楚。为了便于分辨它们，科赫又经过无数次的试验，最后找到了一种好方法。他用一种叫做苯胺的化学物质对细菌进行染色，好比给细菌穿上了漂亮的彩色外衣，放在显微镜下就能看得清清楚楚了。这是科赫对微生物学的又一大贡献——细菌染色法。将培养基倒入细菌培养皿内
科赫一生都致力于细菌学尤其是致病菌的研究，在生物学、医学等领域做了大量开创性的工作。他在分离培养病原微生物的过程中所创立的接种、分离、培养和染色等技术方法，为微生物学奠定了牢固的实验基础，并沿用至今。科赫利用这些技术，分离了许多种致病菌。他在1880年分离出伤寒杆菌；1881年发明了蒸汽杀菌法；1882年成功地分离出了引起可怕的结核病的致病菌——结核杆菌，并论证了它的致病机理；1883年发明了预防炭疽病的接种法；1884年又分离出了霍乱弧菌；1890年，培养出了结核杆菌素，并用来诊断和治疗结核病。由于科赫对科学的卓越贡献，1905年他被授予诺贝尔生理学及医学奖。
科赫攻克了一个又一个科学难题，他一生成就辉煌，建树颇多，这与他深入实际生活、从实践中发现问题是分不开的。科赫生活严谨，思维敏捷，富于探索精神，善于观察问题，喜欢从独特的角度发现别人不容易看到的问题的另一面，并以此为突破口探索问题的本质，最终找到了解决的办法。这些对于我们今天的科学研究仍是很好的启迪。
●意外失误中的伟大发现
这是一个天赐的良机，这是一次百年难遇的巧合。可是，如果没有碰上一个早有准备的头脑和一双已经苦苦寻找它10年的锐利眼睛，也许直到今天，我们也不会认识这种拯救了多少人生命的神奇药物——青霉素。
青霉素是人类发现的第一个抗生素。它是由英国细菌学家弗莱明在一次意外失误中发现的。青霉素的发现，是微生物学的最重大成就之一，而它那离奇的发现过程，更是科学史上一段最富启发性的佳话。
弗莱明很早就开始研究灭菌和防止感染的方法。第一次世界大战期间，他在法国一家野战医院工作。那时，死在医院里的伤员人数要比在战场上直接死在敌人枪炮下的人数多得多，而且绝大多数人都是死于伤口感染。如果在显微镜下观察病人伤口处的组织，就可以看到蜂拥着无数可怕的葡萄球菌，它们好像是列队穿梭的恶鬼。
在此之前人们研究出的一些灭菌药物，虽然能杀死葡萄球菌，但同时也能破坏人体内正常的白细胞。能不能找到一种既可以大量杀死细菌，同时又对人体组织无害的物质呢？英国科学家弗莱明
战后的10年里，弗莱明一直在研究这个问题。他在牛奶、鸡蛋、蔬菜里，甚至人的唾液里寻找这种物质。后来，他在人的眼泪里发现了一种叫“溶菌酶”的物质。这种物质有一定的杀菌能力，可惜威力太小，解决不了问题。
1928年，弗莱明开始研究葡萄球菌。葡萄球菌是一种圆形小点样的细菌，它们常常聚集成群，好像一串串葡萄一样，因此人们给它取名叫葡萄球菌。这种病菌一直是人类许多疾病的祸首，弗莱明下决心要找到制服葡萄球菌的武器。
弗莱明每天在实验室里繁忙地工作着、研究着。
葡萄球菌在不同的培养条件下繁殖起来的菌落，可以产生不同的形态变化。每天弗莱明在几十个培养皿里接种上葡萄球菌，在培养皿中配制各种养料，调节不同的温度。通过繁杂而细致的观察，来了解影响细菌变异的各种条件。
每天早晨，弗莱明都耐心地打开一个个培养皿的盖子，取出一点细菌菌落涂在玻片上，染色以后放在显微镜下观察它们的形态。当他打开培养皿盖取出培养的细菌时，在空气中漂浮的一些其他微生物——细菌或霉菌，就有可能乘虚而入，落到培养皿中，这些家伙在培养皿中得到丰富的营养，也会生长繁殖，从而妨碍了正常实验的进行，这就是细菌研究工作中常说的染菌。染菌的情况，几乎在每个细菌实验室里都经常发生。如果发生了染菌，只得重新进行培养，这无疑增加了工作的难度。细菌学家们最讨厌这种不速之客。
一个初夏的早晨，弗莱明照例进行着他的工作。突然，他的目光停留在一只被污染了的培养皿上。一种来自空气的青绿色的霉菌落到培养皿中，并且繁殖成了一个菌落，这就是青霉菌。意外中的伟大发现
本来，这也没什么值得大惊小怪的。但是，当他拿起这只培养皿对着亮光仔细观察时，他惊奇地几乎大叫起来。弗莱明发现了一个有趣的现象：在这个青霉菌菌落的周围，原来成片生长着的葡萄球菌，现在全都死亡了，在菌落的周围形成了一个空白透明的圈儿。
弗莱明灵机一动，他在青霉菌菌落周围的“空白地带”挑取了一星点儿培养基，放在显微镜下认真观察。原来的葡萄球菌已经不见了，它们被溶解了，只有普通的青霉菌。“这是为什么呢？”他自言自语地说。“这些青霉菌一定能够分泌某种杀菌物质，它们在培养基里扩散，杀死了那些葡萄球菌。我一定要查个水落石出。”于是，弗莱明立即行动起来，他小心翼翼地把青霉菌这个不速之客放在肉汤里培养，让它们生长繁殖。然后把肉汤进行过滤，得到一小瓶澄清透明的滤液。他把这种滤液在长有葡萄球菌的培养基上滴了一小滴，几小时后，原来长势茂盛的葡萄球菌竟然全部被杀死了。青霉菌周围形成了明显的“空白地带”
奇妙呀，奇妙，凶恶的葡萄球菌被青霉菌制服了！
弗莱明又把这种滤液用水稀释。结果，百分之一的稀释液就可以杀死葡萄球菌，甚至八百分之一的稀释液仍然具有杀菌能力。
但是，这种具有强大杀菌能力的奇异物质，对人体是不是安全呢？
弗莱明又进行了一项新的实验。他给一只豚鼠注射大量葡萄球菌，使它致病，然后向这只豚鼠的血管里注射了一针滤液。豚鼠没有死去，也没有出现任何异常症状。动物实验成功了，说明这种物质有可能对人体也是安全的，它可能具有医用价值。对实验动物安全的“盘尼西林”是人类的灵丹妙药吗
弗莱明把这一重要发现写成一篇报告，1929年发表在英国皇家《实验病理季刊》上。他把这种由青霉菌分泌的能杀菌的物质叫“盘尼西林”，也就是我们熟悉的青霉素。
青霉素——能杀死细菌而对人体无害，这不正是千百年来人们苦苦寻找的灵丹妙药吗？
弗莱明在偶然的情况下发现了青霉素，这也许是一种巧合。在那么多的实验室里，染菌的情况是屡见不鲜的，只是被人们不经意地随手仍掉了。只有弗莱明注意到了这个似乎寻常而又不正常的细节，并从中得到意想不到的收获。其实，这并不是一种偶然的巧合，而是弗莱明长期以来在科学研究中养成认真细致观察的良好习惯的结果，这是偶然中的必然。
遗憾的是，弗莱明发现的青霉素当时并没有马上得到推广应用。因为在培养青霉素的滤液里，青霉素含量太少了。即使用它来治疗人体皮肤上一个小伤口，恐怕也要收集几千毫升的滤液，而要杀死人体内的病菌，需要量就更多了。但是怎么可能把这么多的滤液全部灌到人体内呢？由于弗莱明缺乏化学方面的知识，当时还无法把青霉素分离提炼出来。他对青霉素的研究工作不得已停止了。
时间过去了整整11年。
一直到20世纪40年代，也就是第二次世界大战期间，科学家们经过艰苦的努力，终于解决了青霉素生产过程中的种种难题，实现了青霉素的工厂化批量生产。从此，人们把青霉素当作杀灭病菌、拯救生命的灵丹妙药。直至今天，全世界每一所医院里的医生都在广泛地应用着青霉素。
青霉素的发现使人类的平均寿命提高了20多岁，它给人类带来的福音是巨大的、难以估量的！
二、漫游微生物王国
●微生物“百家姓”
你见过UFO吗？你听说过外星人吗？
随着航空技术的发展，人类不但在月球上留下了足迹，还向太阳系以外的茫茫太空发射了探测器，人们正试图搜寻宇宙中除地球之外的其他可能存在生命的星体。然而，到目前为止，收获还是空空的。宇宙中除了强烈的宇宙射线、烈焰腾腾的太空大爆炸之外，看不到任何生命的迹象。而惟独地球这个宇宙的骄子，在其诞生后的不太久远的年代便有了生命，生命赋予了我们这个星球以无限的生机和无穷的魅力。
地球几经沧桑演变，地球上的生命也繁荣发展起来。现在地球上生活着200多万种生物，它们形形色色，绚丽多姿，装点着我们的环境。
如果要问：地球上都有哪些生物呢？你一定会如数家珍般地说出许许多多的生物名字来。各种花草树木、鱼虫鸟兽都是生物，就连我们人类自己也是生物界的一员，这些都是显而易见的。也许，有人会认为自然界的生命只有这些了。其实不然，地球上数量最多的恐怕是那些我们用肉眼看不见的、手摸不着的微生物了。微生物可称得上是地球生命中辈儿最大的“老祖宗”，它已经有几十亿年的历史。自从人类在地球上出现，微生物就一直与人类相伴走到今天。
微生物极其微小，因而长期以来，人们虽然几乎时时刻刻同它们打交道，却从来不识其“庐山真面目”。显微镜的发明和使用，为人类揭开微生物王国的奥秘提供了强有力的手段。从列文虎克发明的显微镜能把物体放大200多倍，到现在的电子显微镜能放大几十万倍甚至更多，人类凭借着不断改进的显微镜和其他方法，对微生物的形态和内部结构，还有它们的类别和生命活动等各个方面的认识，都有了长足的进步。
现在，人们已经认识到，绝大多数生物都是由细胞构成的，细胞是生物体的结构和功能的基本单位。如果说，万丈高楼是由一砖一瓦砌成的，那么，细胞就好比生命之砖。
生物细胞可分为两类，一类比较原始，结构简单，没有成形的细胞核，细胞质中也没有线粒体、叶绿体、内质网等复杂的细胞器，这一类细胞称为原核细胞；另一类细胞结构比较复杂，有核膜包围的成形的真正的细胞核，细胞质中有各种类型的细胞器，称为真核细胞。根据细胞的有无以及细胞结构特点的不同，人们把微生物分为三大类，它们是原核细胞型微生物，例如细菌和放线菌；真核细胞型微生物，如真菌；非细胞型微生物，例如病毒等。
微生物个体很小，一般只有用显微镜把它们放大几百倍到几千倍，乃至几十万倍才能看清楚它们。
微生物结构都很简单，往往都是单细胞的，也就是说，一个细胞就是一个独立的生命体了。像无处不在的细菌、主要存在于土壤中的放线菌以及我们平时发面蒸馒头用的酵母菌等，都是单细胞微生物。
而有的微生物如病毒，小得连一个细胞都不是，它们专门生活在活细胞内，一个细胞里可以装下许多个病毒。在普通的光学显微镜下根本看不到病毒，只有在电子显微镜下把它们放大几万倍甚至几百万倍才能看清。
还有一些微生物的结构和生活介于细菌和病毒之间，它们有了类似细胞的结构，但是比细菌更简单，像病毒一样，也不能独立生活，必须寄生在活细胞内。如引起流行性斑疹伤寒的立克次氏体，引起人体原生性非典型肺炎的支原体，引起沙眼的衣原体等。
在微生物王国里，真菌属于真核细胞型微生物，它们的结构要比细菌、放线菌复杂一些。除了酵母菌是单细胞的以外，绝大多数真菌都是由许多细胞构成的。真菌细胞的结构也与高等植物细胞相差无几。在夏天里，如果食品放久了或衣物管理不当，就会长毛发霉，这是最常见的真菌，叫做霉菌。当然，在微生物的“小人国”里也有“巨人”，我们用肉眼就可以看到，如餐桌上常见的蘑菇、木耳、银耳、猴头等大型食用真菌。
地球上的微生物种类成千上万，它们无处不在，无所不能。可以说，我们每时每刻都在与微生物打着交道，甚至在我们的皮肤上、胃和肠道里也有大量微生物的存在。
微生物既是人类的朋友，又是人类的敌人。它们所做的好事和坏事可以使我们感觉到它们的存在。比如，你如果经常不洗手、吃没有洗干净的水果，就容易得痢疾；不随天气变化及时增减衣服易得感冒；家里买的肉食、蔬菜保管不好会腐烂变质，这都是微生物在作怪。而你每天吃的馒头、面包、酱油、醋，以及过年时餐桌上摆的酒等，这些好吃的东西，都是微生物帮我们制造的。如果没有微生物，我们就无法吃到这些东西，也就无法品尝到酸奶、果奶等饮料。
腐败细胞引起食物腐烂变质，我们不喜欢它，但从长远观点看，人类是离不开它们的，大自然也离不开它们。地球上每时每刻都有大量的生物死亡，如果没有这些腐败细菌的分解作用，用不了多久，地球上的动物尸体、植物的枯枝落叶就会堆积如山，生态系统的物质循环也就无法继续进行，人类也将无法生存，整个生态系统也就崩溃了。
我们要很好地研究微生物，控制和消灭有害微生物，充分利用有益微生物，让它们更好地为人类服务。
●“小人国”的主角
当你漫步在微生物王国，会发现在这个“小人国”里，细菌是一个“人多势众”的大家族。
提起细菌，你或许会首先想到能引起疾病、残害生命的病原菌，恐惧感和厌恶感油然而生。其实，我们大可不必谈菌色变。确实，有许多细菌是引起人体疾病的罪魁祸首，像霍乱弧菌、结核杆菌、肺炎双球菌等。但这些作恶多端的病原菌毕竟只占细菌的一小部分，绝大部分的细菌对我们人类是有益的，它们是人类的朋友。
细菌的身材非常微小。打一个形象的比喻的话，就是让大约1000个细菌一个挨一个地并列起来的长度，才相当于一个小米粒那么大。如果从河沟中取一些污水，在洁净的载玻片上滴一滴，然后盖上盖玻片，放在显微镜下，放大几千倍甚至几万倍，你才可以一睹细菌的“芳容”！
细菌的种类繁多，长相多种多样，但都是以单个细胞形式存在。它们的基本形态大体分为三种，即球形、杆形和螺旋形，因而我们可相应地把细菌分为球菌、杆菌和螺旋菌三种。
有的细菌身体圆鼓鼓的，像个小球，它们是球菌。在球菌中，有的我行我素，独往独来，过着单身生活，例如尿素微球菌；有的喜欢出双入对，俩俩地存在，称为双球菌，例如引起人肺炎、中耳炎、胸膜炎的肺炎双球菌；也有的球菌爱热闹，喜欢成群结队生活在一起，它们或者一个一个地排列形成链状，好像珍珠项链一样，我们称之为链球菌，它们往往对人体危害很严重，可以引起伤口化脓、扁桃体炎、肺炎、败血症以及儿童易患的猩红热；或者不规则地聚集成一簇，由于它像一串葡萄，因此称为葡萄球菌，如金黄色葡萄球菌就是最常见的引起化脓炎症的球菌。千姿百态的细菌
有的细菌长得像一根火柴梗，称为杆菌。像大家非常熟悉的大肠杆菌，它生活在我们的肠道里，与我们终生相伴；也有许多杆菌是病原菌，如炭疽杆菌、结核杆菌、坏死杆菌、破伤风杆菌等，它们可引起烈性传染病，严重地危害人畜。有一种肉毒杆菌产生的肉毒素，是目前已知的毒物中最毒的一种，1毫克这种毒素能杀死10亿只老鼠，也可使几十万人死亡。
还有一类细菌形体也像一根细棍，但它们不是直的。有的身体弯曲成弧线，我们称它为弧菌，最有代表性的弧菌就是霍乱弧菌，它是引起烈性传染病——霍乱的元凶；如果身体弯曲成一圈儿一圈儿的，像弹簧一样，这样的细菌就叫螺旋菌，常见的螺旋菌是口腔齿垢中的口腔螺旋体。细菌的结构示意图
假如我们把细菌切成薄片，放在电子显微镜下观察，就会看到它的内部结构。细菌的最外层是一层坚韧的保护层，这是细胞壁，它包裹着整个菌体，使细胞有固定的形状。紧贴细胞壁的里面，有一层极薄而柔软的富有弹性的细胞膜，别看它薄，却起着重要的作用，它好比围城四周的岗哨，控制着细胞内外物质的出和进，关系着细胞的生死存亡。原来，细菌的细胞膜上设置了许多关卡，只有那些细菌生命活动需要的物质，它才允许放行进入，细菌代谢产生的废物也可以通过细胞膜排出去，其他物质则禁止通行，这种现象叫做细胞膜的选择透过性。包裹在细胞膜内的是细胞质和不成形的细胞核。细胞质由一团黏稠的胶状物质组成，它相当于细菌的“生产车间”和“仓库”。细胞质中含有高效专一的生物催化剂——酶，保证了各种生命代谢活动的顺利进行；还有蛋白质的“装配机器”——核糖体，以及贮藏营养的“能源库”——淀粉粒等。细菌的细胞核物质裸露在细胞质内的一定区域，没有核膜包绕着，与高等生物的细胞核不同，只能叫做核区或原核，正因为如此，我们把细菌称为原核生物。核物质的主要成分是脱氧核糖核酸，简称DNA，它负责细菌的传种接代，生息繁衍。
各种细菌的基本结构都包括细胞壁、细胞膜、细胞质和核区。同时，不同细菌还有自己的一些特殊结构，主要有荚膜、芽孢和鞭毛。
某些细菌的细胞壁外，有一层疏松的、像果冻样的荚膜，它好比给细菌的身体包上了厚厚的保护层，可以帮助细菌抵御外界化学物质的侵袭。因此，荚膜与一些病原菌的毒力有密切关系，有荚膜的细菌毒力强，不易被药物杀死。比如，肺炎双球菌若失去了荚膜，致病能力就大大减弱。细菌的荚膜与其毒力有密切关系
有的细菌在遇到恶劣的环境时，细胞内会浓缩形成一个圆形或椭圆形的休眠体，我们称它为芽孢。像能在肉类罐头中繁殖的肉毒杆菌，在100摄氏度的水中煮七八个小时才死亡，就是因为它在高温下形成了芽孢的缘故。芽孢为什么具有这么强的抵抗力呢？原来芽孢的含水量特别低，细胞壁厚而致密，对寒冷、高温、干旱和化学药剂的抵抗能力很强。当遇到合适的环境时，芽孢又重新长成细菌体。因此，在食品、医药、卫生等部门都以杀死芽孢为标准来衡量灭菌是否彻底。细菌芽孢的形成过程
如果你用牙签挑一点自己的牙垢放在显微镜下观察，会发现许多细菌是非常活泼好动的，它们不停地你推我碰，四处乱窜，很是热闹。原来，有些杆菌和螺旋菌长有运动器官——鞭毛。鞭毛是从细菌内部长出的又细又长的丝状物，由于鞭毛的旋转摆动，就可使细菌迅速运动。细菌的运动速度是非常惊人的，许多细菌的运动速度平均为20～80微米/秒。单从这个数字来看，似乎它们跑得很慢，但如果与它们的身体长度相比，会使我们很惊讶！研究发现，跑得最快的猎豹每秒钟可跑出30.48米的距离，折算起来，每秒钟也只能跑出其身体长度的25倍，而细菌每秒钟的运动距离可达到自身长度的50～100倍。由于鞭毛太细了，在普通光学显微镜下很难看到，只有在电子显微镜下才能观察到鞭毛十分复杂而精细的结构。通常球菌没有鞭毛。细菌的鞭毛各不相同
细菌是自然界中分布最广、数量最多、与人类和大自然关系最为密切的一类微生物。因此说，细菌是微生物“小人国”的主角。
●泥土飘香哪里来
俗话说，大地是人类的母亲，泥土是庄稼的命根。你知道泥土的气味吗？如果捧起一把泥土来闻一闻，一股略带芳香的土腥味会扑鼻而来。土壤为什么带有特殊的土腥味呢？原来这是由微生物王国的另一成员——放线菌散发出来的。
放线菌虽然是细菌的近亲，但它的长相却和细菌大不一样。放线菌大多数是细长分支的丝状物，叫做菌丝，许多菌丝组成菌丝体。菌丝的直径一般在0.5～1微米，大概与细菌中杆菌的粗细差不多，又细又长，但菌丝内没有横隔，内部的细胞质四通八达。所以说，放线菌是单细胞的。放线菌的菌丝结构也是由细胞壁、细胞膜和细胞质构成的，细胞质内的核区分散着核物质，没有核膜包被。因此和细菌一样，放线菌也属于原核型微生物。
把放线菌接种在固体培养基上生长，会形成营养菌丝、气生菌丝和繁殖菌丝。放线菌生长时，一部分菌丝深入到培养基的内部匍匐生长，像植物的根一样，它能从培养基中吸取营养物质，满足放线菌生活的需要，这是营养菌丝；当营养菌丝生长到一定时期后，就会长到培养基的外面，伸展到培养基表面的空气中，好像植物的茎和叶，这叫做气生菌丝；菌丝继续生长到一定时期后，放线菌在气生菌丝顶端分化出另一种菌丝，它能够产生孢子，繁殖后代，因此叫繁殖菌丝或孢子丝。孢子成熟后就散发到周围的空气中或物体上。孢子犹如高等植物的种子，在适宜的条件下萌发，又发育形成营养菌丝，营养菌丝生长出气生菌丝和繁殖菌丝，最后又形成孢子。这样不断地周而复始，放线菌也就一代一代地生息繁衍下去。放线菌孢子丝的各种形态
放线菌广泛分布于土壤、堆肥、河底、湖底的淤泥之中，尤其土壤中最多，每克土壤中含有几万至数百万个放线菌的菌体和孢子，在中性和偏碱性的沃土中含量更高。尽管放线菌其名不扬，默默无闻，但却是人类健康的保护神。
我们知道，一些微生物能引起传染病，千百年来人类深受其害，多少人耗尽了毕生的精力，苦苦寻求制服传染病的良药秘方。后来，人们终于发现了传染病的克星——抗生素。所谓抗生素，是一些微生物本身产生的具有特殊功能的物质，它们在低浓度下便能抑制甚至杀死其他微生物。人们利用抗生素这一特性，以毒攻毒，治疗了许多严重危害人类健康的传染病。
到目前为止，世界上已发现的抗生素多达2000多种，而其中有近60%是放线菌产生的。有一种叫做灰色链霉菌的放线菌，主要分布在土壤中。60多年前，科学家们从灰色链霉菌中分离出具有抗结核杆菌作用的链霉素，改变了当时结核病无药可治的局面，给无数结核病患者带来了福音。直到今天，链霉素仍然是治疗结核病的首选药物之一。后来人们又陆续从链霉素中分离出了400余种抗生素，像链霉素、土霉素、氯霉素、红霉素等，就是其中的佼佼者。此外，大家熟悉的庆大霉素、四环素、卡那霉素、麦迪霉素等，也都是放线菌为人类生产的专门对付各种传染病的有力武器。放线菌是人类忠实的朋友。
●漫话真菌世家
在微生物王国里，真菌是最庞杂的一族。它们种类多，数量大，繁殖快，分布广，与人类的生活密切相关。现已发现的真菌有10万多种，它们大体上可分为三类，即单细胞真菌（如酵母菌）、丝状真菌（如霉菌）和大型真菌。
为什么把酵母菌、霉菌和大型真菌这一类微生物叫做真菌呢？这是因为真菌不像细菌和放线菌那样没有成形的细胞核，而是具有典型的真正的细胞核，它们的核物质由核膜包围着。也就是说，真菌是由真核细胞构成的，属于真核型微生物。
与原核细胞相比，真菌的真核细胞不仅有了成形的细胞核，结构也更加复杂高级。真菌细胞内出现了许多由内膜围成的细胞器，细胞的许多功能是由不同的细胞器来完成的。如果把整个细胞看作一个工厂的话，细胞器就犹如工厂内分出的许多生产车间，各个车间分工合作完成不同的任务，整个工厂才生机勃勃。在真菌细胞中，有专门供应能量的“动力车间”——线粒体；有细胞内的生命物质蛋白质的组装车间——核糖体；还有细胞内四通八达的运输线——内质网，以及细胞内的垃圾处理站——溶酶体和液体仓库——液泡等。
真菌世家中最小的成员当数酵母菌，它的整个身体只有一个细胞，这叫单细胞生物，只有在显微镜下才能看清楚它的真面目。如果把一碗糖水在空气中放几天就会发酵，这是酵母菌在作怪。取一滴发酵的糖水放在显微镜下观察，可以看到酵母菌细胞的样子很不规则，有的呈球形，有的呈卵圆形，还有的呈圆柱形。构成它们身体的细胞，通常比细菌的细胞大5～30倍。
酵母菌的新陈代谢十分旺盛，繁殖速度很快。它的繁殖方式有出芽生殖和有性生殖两种。环境好时酵母菌进行出芽生殖。酵母细胞成熟以后，起初在细胞一端长出一个小突起，接着细胞核分裂为二，形成两个子细胞核，一个留在母细胞内，另一个进入小突起内，小突起长大成熟就成为一个芽体，最后成熟的芽体从母体上脱落下来成为一个新个体。如果这时环境和条件适宜，酵母菌也处在生长繁殖旺盛期，我们会看到一种奇妙的现象，形成的芽体还没来得及从母体上掉下来，在芽体上又长出孙子辈儿的新芽体，这样继续下去，原来的单个酵母菌会形成一串细胞，出现几代联体的景观。由于出芽生殖没有两性细胞的结合，因此属于无性生殖。酵母菌的出芽生殖
有的酵母菌像啤酒酵母和面包酵母，它们的细胞有雌雄之分，称为“+”菌和“-”菌。“+”菌和“-”菌细胞相接近时，它们各自向对方长出一个小管，小管接触后可融合形成一个通道，两个细胞的细胞核和细胞质通过通道相互融合形成接合子，接合子再经过一定方式的分裂形成孢子，孢子萌发再形成一个新个体，这就是有性生殖过程。
在大自然中几乎到处都有酵母菌的踪影，已发现的酵母菌达数百种之多。绝大多数酵母菌是人类的好朋友，特别是在酒类酿造方面，已有4000多年的光荣历史。同时制酱油、做醋和制作馒头、面包等食品也离不开酵母菌。近些年来，酵母菌在石油脱蜡、酶制剂和发酵饲料等方面的应用也有了新的进展。
霉菌也是真菌中重要的一类，它是在基质上长成绒毛状、棉絮状或蜘蛛网状的丝状真菌的总称。霉菌由分支或不分支的菌丝构成，它的菌丝比放线菌的菌丝粗得多，直径是放线菌的几十倍。绝大多数霉菌的菌丝被隔膜分隔成许多细胞，属于多细胞生物。与放线菌相似的是，霉菌菌丝也分为营养菌丝、气生菌丝和繁殖菌丝。繁殖菌丝在其顶端可以产生红、橙、黄、绿、黑等各色孢子，孢子散落到环境适宜的地方，又可以萌发形成菌丝，这种生殖方式叫做孢子生殖。
霉菌喜欢高温潮湿环境。在又潮又闷的夏天，霉菌很容易在食品、衣物、木制家具等有机物质上生长繁殖，形成五颜六色的绒毛，这就是俗说的发霉现象。我国古代劳动人民早在2000多年前，就知道利用发霉现象来为人类造福了。像用于制酱的曲霉，制作腐乳和豆豉的毛霉，以及日常制作甜酒的根霉，都是霉菌。人类最早发现和应用的抗生素——青霉素，也是由霉菌中的青霉菌产生的。目前，霉菌被广泛应用在食品酿造、酶制剂、纺织印染、抗生素、有机酸和纤维素等工业生产上。有的霉菌还被用在冶炼重金属和稀有金属方面。白僵菌可用来防治农业和森林害虫，是已推广应用的微生物农药之一。
当然，也有一些霉菌是人类的敌人，有的曲霉在代谢过程中会产生毒素，引起动植物得病。如黄曲霉产生的黄曲霉毒素是一种可引起肝癌及急性中毒致死的强毒素。黄曲霉喜欢在花生、玉米等食物上生长。所以，花生或玉米长毛发霉时，千万不可食用！
我们餐桌上的美味佳肴如蘑菇、木耳、猴头等，堪称微生物小人国里的“巨人”了，它们的身体一般有几十厘米大，有的蘑菇直径甚至可达1米左右，把它们划属微生物王国似乎名不副实，但它们的生物特性与高等生物有很大差别，只有放在微生物中才合情合理，只是一般不称它们为微生物，而是叫大型真菌。大型真菌主要包括食用菌和药用菌。大型真菌除形成菌丝体外，在一定环境下还能形成子实体。我们平日里所吃的蘑菇、香菇、木耳、银耳都是它们的子实体。我国中草药中名贵的灵芝、冬虫夏草、猪苓等都属于药用菌。但是，并不是所有大型真菌都能食用，其中也有少数“害群之马”，那就是毒蘑菇。如果人误食了毒蘑菇，轻者表现为恶心、呕吐，重者还会导致昏迷甚至死亡。所以千万要记住，从野地和森林中采回的蘑菇不可乱吃，以免引起中毒。
●“恐怖分子”——病毒
提起病毒，我们不免会联想到病毒所引起的许多疾病。像白色瘟疫乙型肝炎、流行最广危害严重的流行性感冒、脊髓灰质炎、狂犬病，以及20世纪80年代才发现的超级癌症艾滋病等，都是由病毒所引起的。千百年来，病毒引起的疾病一直折磨着人类。更令人担忧的是，一些过去从未在世界上发生过的传染病也陆续出现了，它们大多是由病毒引起的。事实上，病毒不仅肆虐着人类，也侵害动植物从而引起病害，如口蹄疫、鸡瘟、烟草花叶病等。可见，人们把病毒称为“恐怖分子”一点也不过分！
人类最早认识病毒是从植物病害中开始的。19世纪时，烟草是俄国的重要经济作物，农民大面积种植。可是有一段时期成片的烟草得病，先是叶子上生出花色斑纹，继而枯萎死亡，这给俄国经济带来了巨大损失。有人曾把带有斑纹的烟草叶摘下捣碎，然后涂抹在健康的植株上，结果健康的烟草植株也患上了花叶病，这表明烟草花叶病具有传染性。
1892年，俄国的细菌学家伊凡诺夫斯基为了捉到烟草花叶病的元凶，他把烟草患病叶子研碎榨汁，再用孔隙细小到连最小的病菌也通不过的细菌过滤器来过滤，然后把过滤后的汁液滴在健康的烟草上。结果，健康植株仍然患上了花叶病，他怀疑自己的过滤器出了毛病，使得病菌通过了。几年后，荷兰的细菌学家贝杰林克重复了这个实验，得到了同样的结果。于是他断定，引起烟草花叶病的感染物不是细菌，而是另外一种比细菌更小，更有感染力的生物，他把这种东西叫做病毒。此后，其他一些可通过细菌过滤器的致病因子也陆续被发现，人们称它们为“滤过性病毒”，简称病毒。后来，病毒这一概念就一直沿用下来了。烟草花叶病毒示意图
病毒究竟有多小呢？它通常用纳米表示，1纳米为千分之一微米。某些最小的病毒，其直径只有20纳米左右，比最小的细菌还要小两个数量级。不用说我们用肉眼看不到它们，就是在普通光学显微镜下也难觅其踪影，只有用放大几万倍甚至几百万倍的更高级的“火眼金睛”——电子显微镜才能看清楚它们的真面目。病毒的形态有的像个圆皮球，有的像根短木棒，有的则像一只小蝌蚪，还有的像一截细细的铁丝。病毒几乎是世界上最简单的生物，它小得连一个细胞都不是。它的外表是一层蛋白质组成的外壳，内芯是决定其繁殖特性的遗传物质核酸。病毒只含有一种核酸：DNA或RNA，两者不会同时存在于同一病毒中，这一点和细菌、放线菌及真菌很不同。虽然说病毒结构很简单，但由于它的体形那么小，而且不容易得到，所以人们研究起来并不是件容易事。病毒粒子结构示意图
由于病毒的结构过于简单，以至于不能独立地生长和繁殖。那么，病毒为什么不能像细菌一样独立生活呢？原来生物生存的基础是新陈代谢，简单地说就是不断地合成、更新自身的物质，排出废物，其实质包括各种复杂的化学反应。新陈代谢的顺利完成要依赖于生物体内
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