細菌(學名:Bacteria)是生物的主要類群之一,屬於細菌域。細菌是所有生物中數量最多的一類,據估計,其總數約有 5×10。
細菌的營養方式有自營及異營,其中異營的腐生細菌是生態系中重要的分解者,使碳循環能順利進行。部分細菌會進行固氮作用,使氮元素得以轉換為生物能利用的形式。細菌也對人類活動有很大的影響。一方面,細菌是許多疾病的病原體,包括肺結核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、砂眼等疾病都是由細菌所引發。然而,人類也時常利用細菌,例如乳酪及酸奶的製作、部分抗生素的製造、廢水的處理等,都與細菌有關。在生物科技領域中,細菌有也著廣泛的運用。
產水菌門 Aquificae
熱袍菌門 Thermotogae
熱脫硫桿菌門 Thermodesulfobacteria
異常球菌-棲熱菌門 Deinococcus-Thermus
產金菌門 Chrysiogenetes
綠彎菌門 Chloroflexi
熱微菌門 Thermomicrobia
硝化螺旋菌門 Nitrospirae
脫鐵桿菌門 Deferribacteres
藍藻門 Cyanobacteria
綠菌門 Chlorobi
變形菌門 Proteobacteria
厚壁菌門 Firmicutes
放線菌門 Actinobacteria
浮黴菌門 Planctomycetes
衣原體門 Chlamydiae
螺旋體門 Spirochaetes
纖維桿菌門 Fibrobacteres
酸桿菌門 Acidobacteria
擬桿菌門 Bacteroidetes
黃桿菌門 Flavobacteria
鞘脂桿菌門 Sphingobacteria
梭桿菌門 Fusobacteria
疣微菌門 Verrucomicrobia
網團菌門 Dictyoglomi
芽單胞菌門 Gemmatimonadetes
历史
细菌可以以无性或者遗传重组两种方式繁殖,最主要的方式是以二分裂法这种无性繁殖的方式:一个细菌细胞细胞壁横向分裂,形成两个子代细胞。并且单个细胞也会通过如下几种方式发生遗传变异:突变(细胞自身的遗传密码发生随机改变),轉化(无修饰的DNA从一个细菌转移到溶液中另一个细菌中),轉染(病毒的或细菌的DNA,或者两者的DNA,通过噬菌体转移到另一个细菌中),细菌接合(一个细菌的DNA通过两细菌间形成的特殊的蛋白质结构,接合菌毛,转移到另一个细菌)。细菌可以通过这些方式获得DNA,然后进行分裂,将重组的基因组传给后代。许多细菌都含有包含染色体外DNA的质粒。
处于有利环境中时,细菌可以形成肉眼可见的集合体,例如菌簇。
繁殖
细菌具有许多不同的代谢方式。一些细菌只需要二氧化碳作为它们的碳源,被称作自养生物。那些通过光合作用从光中获取能量的,称为光合自养生物。那些依靠氧化化合物中获取能量的,称为化能自养生物。另外一些细菌依靠有机物形式的碳作为碳源,称为异养生物。
光合自养菌包括蓝细菌(Cyanobacteria),它是已知的最古老的生物,可能在制造地球大气的氧气中起了重要作用。其他的光合细菌进行一些不制造氧气的过程。包括绿硫细菌,绿非硫细菌,紫硫细菌,紫非硫细菌和太陽桿菌。
正常生长所需要的营养物质包括氮,硫,磷,维生素和金属元素,例如钠,钾,钙,镁,铁,锌和钴。
根据它们对氧气的反应,大部分细菌可以被分为以下三类:一些只能在氧气存在的情况下生长,称为需氧菌;另一些只能在没有氧气存在的情况下生长,称为厌氧菌;还有一些无论有氧无氧都能生长,称为兼性厌氧菌。细菌也能在人类认为是极端的环境中旺盛得生长,这类生物被称为极端微生物。一些细菌存在于温泉中,被称为嗜热细菌;另一些居住在高盐湖中,称为喜盐微生物;还有一些存在于酸性或碱性环境中,被称为嗜酸细菌和嗜碱细菌;另有一些存在于阿尔卑斯山冰川中,被称为嗜冷细菌。
代谢
运动型细菌可以依靠鞭毛,细菌滑行或改变浮力来四处移动。另一类细菌,螺旋體,具有一些类似鞭毛的结构,称为轴丝,连接周质的两细胞膜。当他们移动时,身体呈现扭曲的螺旋型。螺旋菌則不具軸絲,但其具有鞭毛。
细菌鞭毛以不同方式排布。细菌一端可以有单独的极鞭毛,或者一丛鞭毛。周毛菌表面具有分散的鞭毛。
运动型细菌可以被特定刺激吸引或驱逐,这个行为称作趋性,例如,趋化性,趋光性,趋机械性。在一种特殊的细菌,粘细菌中,个体细菌互相吸引,聚集成团,形成子实体。
运动
桿菌,球菌,螺旋菌,弧菌
形態
细菌的分类的变化根本上反应了发展史思想的变化,许多种类甚至经常改变或改名。最近随着基因测序,基因组学,生物信息学和计算生物学的发展,细菌学被放到了一个合适的位置。
最初除了蓝细菌外(它完全没有被归为细菌,而是归为蓝绿藻),其他细菌被认为是一类真菌。随着它们的特殊的原核细胞结构被发现,这明显不同于其他生物(它们都是真核生物),导致细菌归为一个单独的种类,在不同时期被称为原核生物,细菌,原核生物界。一般认为真核生物来源于原核生物。
通過研究rRNA序列,美國微生物學家伍兹(Carl Woese)於1976年提出,原核生物包含两个大的類群。他将其称为真细菌(Eubacteria)和古细菌(Archaebacteria),后来被改名为细菌(Bacteria)和古菌(Archaea)。伍兹指出,这两类细菌与真核细胞是由一个原始的生物分别起源的不同的种类。研究者已经抛弃了这个模型,但是三域系統获得了普遍的认同。这样,细菌就可以被分为几个界,而在其他体系中被认为是一个界。它们通常被认为是一个单源的群体,但是这种方法仍有争议。
分类地位
细菌可以按照不同的方式分类。细菌具有不同的形状。大部分细菌是如下三类:杆菌是棒状;球菌是球形(例如链球菌或葡萄球菌);螺旋菌是螺旋形。另一类,弧菌,是逗号形。
细菌的结构十分简单,原核生物,没有膜结构的细胞器例如线粒体和叶绿体,但是有细胞壁。根据细胞壁的组成成分,细菌分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。“革兰氏”来源于丹麥細菌學家革蘭(Hans Christian Gram),他发明了革兰氏染色。
有些细菌细胞壁外有多糖形成的荚膜,形成了一层遮盖物或包膜。荚膜可以帮助细菌在干旱季节处于休眠状态,并能储存食物和处理废物。
细菌分类
细菌对环境,人类和动物既有用处又有危害。一些细菌成为病原体,导致了破伤风、伤寒、肺炎、梅毒、霍乱和肺结核。在植物中,细菌导致叶斑病、火疫病和萎蔫。感染方式包括接触、空气传播、食物、水和带菌微生物。病原体可以用抗菌素处理,抗菌素分为杀菌型和抑菌型。
细菌通常与酵母菌及其他種類的真菌一起用于醱酵食物,例如在醋的傳統製造過程中,就是利用空氣中的醋酸菌(Acetobacter)使酒轉變成醋。其他利用細菌製造的食品還有乳酪、泡菜、酱油、醋、酒、酸奶等。
用处和危害
细菌是非常古老的生物,大约出现于37亿年前。
真核生物细胞中的两种细胞器:线粒体和叶绿体,通常被认为是来源于内共生细菌。
微生物大量分布于有食物,潮湿,合适的温度,适于它们繁殖和生长的地方。细菌可以被气流从一个地方带到另一个地方。人体是大量细菌的栖息地;可以在皮肤表面、肠道、口腔、鼻子和其他身体部位找到。它们存在于人类呼吸的空气中,喝的水中,吃的食物中。
其他
细菌生长
细菌素
細菌分類表
三域系統
參考文獻