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细菌都是大肚汉
http://www.100md.com 2017年9月15日 科普时报
    

    了解细菌的癖好对于人类的发酵工业至关重要,摸不准细菌的需求,给的食物不合胃口,细菌可要闹脾气,发酵得到的产品也少得多,其实这也不怪它们,吃都没吃爽快,还替你费力干活?

    别看细菌的个头小,食量却惊人,大肠杆菌——一种生活在人体肠道的普通细菌,每小时最多可以消耗相当于自身重量2000倍的糖,而人要完成这样一个规模需要4年。这其中的原因在于细菌吸收快、消化快,细菌的整个身体都可用来吸食营养物质,你说它不比只有一张嘴巴的人或动物吃得快?营养物质被细菌吸食后迅速被消化,产生的能量和物质大部分被用去生儿育女了,它们繁衍后代的速度很快,在适宜的条件下,一个细菌不到半天子孙后代就成千上万,因此也不难理解为什么它们的胃口那么好。

    细菌的食谱很广,什么都吃,但那并不代表它们不是吃货,其实它们也偏爱美食,根本是些追求口腹之欲的家伙,比如葡萄糖和蔗糖,细菌就喜欢前者,当把两种糖同时喂给它们时,它们首先大嚼葡萄糖,对蔗糖看都不看一眼,只有葡萄糖享用完了,它们才会想起身边还有没吃的“鸡肋”。
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    细菌不光追求美食,还懂得营养,这些家伙还要食物营养均衡。对于一个普通细菌而言,如果要让它长得最好,它的食物中除了水分外,至少还要包括碳素(如糖)、氮素(如蛋白质)、无机盐(如磷、硫、镁、钙、铁等)、生长因子(需求量极小,但必需,如泛酸、叶酸等等),并且这些东西须按一定的比例配制,不同种类的细菌具体需求和配制比例都不一样。

    别看细菌没脑子,做事情还挺有远见,它们也懂得未雨绸缪,许多细菌在食物过剩的情况下会在身体内储藏一些以备不时之需,这样倘若碰到“饥荒”之时就可以熬过去了。他们储藏的食物种类很多,包括糖原、淀粉、磷素、氮素等等,许多细菌有一种特殊的储藏物质叫聚羟基丁酸,这是一种碳素,于1929年被科学家发现,由于它无毒、可塑、易降解,是生产医用塑料、生物降解塑料的良好材料。

    在那些物质资源比较匮乏的地方,细菌种群之间往往会为了食物发生争斗,细菌会使出浑身解数夺取更多的食物,它们的招数很多,一个简单而有效的手段就是“菌海”战术,一些细菌的繁殖速度非常快,这样在较短的时间内,它们的“人口”就压倒了那些繁殖速度慢的细菌,一个馒头我咬上十口而你只能咬上一口,显然那些个体数量多的细菌种群占尽了便宜,虽然有时僧多粥少,也许种群内的每个细菌都没吃饱,但这总比把宝贵的食物丢给竞争对手强,这无疑保证了种群利益的最大化。
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    细菌夺取食物的另一策略就是优先控制关键的营养物质。这颇有点像“擒贼先擒王”,控制了那些至关重要的营养物质,即使其它营养物质堆积如山,它们的对手也无福消受了。铁是细菌的一种重要营养元素,它对于保持细胞内许多酶的活性必不可少,若吃不到铁细菌就会萎靡不振。不少细菌能分泌一种叫铁载体的化合物,它能牢牢束缚住环境中的可以食用的铁,这样其它微生物就休想再将这些铁据为己有了。

    如果细菌竭尽所能也不能保证食物的充足供给,只有使用最后一招——通过休眠度过危机,但并非所有的细菌都具备这样的本领,只有少数几类细菌有这睡大觉的福分,其中最著名的就是芽孢细菌,这类细菌在遭遇天灾或食物匮乏时,体内都能产生一个芽孢,芽孢的耐干燥、热、辐射的能力特别强,当环境重新变得适宜细菌生活时,芽孢又萌发为菌体。芽孢的休眠能力相当惊人,长眠几百年甚至几千年的芽孢重新萌发的例子并不鲜见,但休眠并非细菌所愿,它们会尽其所能逃避这种结局(或许它们害怕醒不来了),科学家发现枯草芽孢杆菌在面临饥饿时为了避免进入休眠状态,能够释放一种毒素杀死它周围羸弱的同胞,吸收这些同胞尸体放出的营养使它们能够再残喘一段时间,并在这段时间里持续繁殖以努力将种族的生命之火传承下去。

    (作者系微生物学博士), 百拇医药(谢小军)