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出品：科普中國

作者：史智慧

監製：中國科普博覽

細菌在地球上生活了幾十億(yi) 年，從(cong) 1683年列文虎克首次觀察到了細菌，便引起了科學家們(men) 的關(guan) 注。

細菌的繁殖速度很快，以大腸杆菌為(wei) 例，平均每20分鍾繁殖一代，僅(jin) 僅(jin) 用一天的時間，大腸杆菌就可以從(cong) 一個(ge) 細胞變成4722×1021個(ge) ，如果將這些細菌平鋪在地球表麵，可以將地球完全覆蓋。

那麽(me) ，如果保持這種速度分裂繁殖，地球會(hui) 被細菌占領嗎？

圖片來源：作者自製

外有強敵——“吃菌體(ti) ”的威脅

細菌分裂速度如此之快，至今還未泛濫成災，這是因為(wei) 在地球上還存在它的天敵，就如同老鼠的天敵是黃鼠狼，細菌的天敵就是噬菌體(ti) ，它是一種病毒，可以“殺”死細菌。

噬菌體(ti) 是一種比細菌更小的微生物，如果把細菌比作足球的話，它們(men) 就如同乒乓球大小。例如大腸杆菌長約2 μm，T4噬菌體(ti) 約0.2 μm。

噬菌體(ti) 的外形如同蝌蚪一般，頭部多為(wei) 圓形或多角形，後麵是管狀的尾部，末梢有6根尾絲(si) 。

噬菌體(ti) 能將自身的核酸像注射器一樣注入細菌中，然後利用細菌的核苷酸、酶等各種原材料合成子代噬菌體(ti) 。以T2噬菌體(ti) 為(wei) 例，它在37℃下隻需大約40 min就可以產(chan) 生100～300個(ge) 子代噬菌體(ti) 。

利用細菌合成子代後，噬菌體(ti) 就將細菌裂解，這樣噬菌體(ti) 不僅(jin) 殺死了細菌，還合成了大量的子代。子代噬菌體(ti) 又將繼續殺死更多的細菌。所以噬菌體(ti) 的存在，有效的遏製了細菌的數量增長。

噬菌體(ti) 侵染細菌過程

圖片來源：作者自製

除了噬菌體(ti) 之外，巨噬細胞也是細菌的天敵，它可以“吃”細菌。巨噬細胞是一種吞噬細胞，位於(yu) 組織內(nei) ，源自單核細胞。

巨噬細胞會(hui) 追殺侵染動物體(ti) 內(nei) 的有害細菌，不過巨噬細胞有時候並不是單打獨鬥的，它也有協同作戰的戰友-中性粒細胞。

巨噬細胞吞噬細菌

圖片來源：作者自製

中性粒細胞犧牲自己產(chan) 生中性粒細胞胞外陷阱（NETs），NETs就像一個(ge) 固定細菌的蜘蛛網，這樣可以增強巨噬細胞這隻蜘蛛的的殺菌能力。所以“吃菌體(ti) ”的存在，也可以遏製細菌的數量增長。

內(nei) 有紛爭(zheng) ——空間和能量的限製

細菌繁殖速度很快，但是也要看環境是否允許它一直分裂增殖。一方麵是空間承載能力，細菌雖然小到我們(men) 都看不到，但是如果連續繁殖24小時，菌體(ti) 能覆蓋整個(ge) 地球。可如果在特定空間中，由於(yu) 空間限製，細菌便無法無限增殖了。

另一方麵是營養(yang) 物質，細菌的增殖分裂需要從(cong) 外界攝入營養(yang) 物質，例如碳源、氮源、無機鹽等。

伴隨著細菌的不斷繁殖，環境中的營養(yang) 物質逐漸減少，越來越不利於(yu) 生長。細菌的種內(nei) 競爭(zheng) 就越來越嚴(yan) 重，生存環境內(nei) 有害物質也會(hui) 隨之增多。最後如果環境狀況沒有改善，細菌個(ge) 體(ti) 的形狀會(hui) 發生改變並開始畸形化或者死亡，細菌數量則會(hui) 大幅減少最後接近於(yu) 零。

例如放線菌在生長過程中會(hui) 釋放一些化學物質（如抗生素）抑製其他細菌的生存，也會(hui) 由於(yu) 細菌本身大量增殖導致環境中缺少氧氣和養(yang) 分而死亡，所以多種環境因素都會(hui) 影響細菌的數量。

圖片來源：biorender

自身缺陷——生命周期短

雖然細菌繁殖快，但它的生命周期（個(ge) 體(ti) ）比較短。細菌的生長周期主要分為(wei) 4個(ge) 時期:遲緩期、對數期、穩定期、衰亡期。

以大腸杆菌為(wei) 例，一般情況下，大腸杆菌接種後在37℃的環境中培養(yang) 17-20 h就進入了衰亡期。細菌進入衰亡期後，死亡菌數明顯增多，生理代謝活動趨於(yu) 停滯。

細菌進入衰亡期主要分為(wei) 兩(liang) 個(ge) 方麵：一方麵生物細胞內(nei) 部都有控製衰老的基因，細菌也如此，在到達某種程度後這些基因就被激活，最後細菌衰老死亡。

另一方麵一些細菌和真核生物一樣也存在細胞程序性死亡現象（PCD），在環境壓力的誘導下，細菌發生應激適應，導致細胞的功能分化，死亡或者休眠。例如饑餓等不良條件可使一部分細胞死亡。

細菌的生長曲線

圖片來源：biorender

由此我們(men) 可以看出，生物的數量不是簡單地增加，而是外界環境因素和內(nei) 部自身條件限製下呈現出的一種近似平衡的狀態，所以大家大可不必擔心，細菌雖然繁殖很快，受各種因素限製，它是不會(hui) 占領地球的。

編輯｜王婷婷

參考文獻：

周德慶. 微生物學教程.第3版[M]. 高等教育出版社, 2011.

Madigan M . Brock Biology of Microorganisms, 13th edn[M]. Upper Saddle River, Nj. 2012.

圖片：自製圖片的元素來源於(yu)

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