顯微鏡下探索細(xì)菌是怎樣運動的？

此次檢驗的刮胡刀是最簡便的款式，因為刀片常容易附著可能食物殘渣，又因為置放于潮濕的浴室，容易附著大量細(xì)菌，加上若久未清洗，細(xì)菌自然快速孳生.大家都知道常刷牙可以保持口腔健康，避免蛀牙，為了保持口腔清潔，大家會天天刷牙.可是人們卻很少更換牙刷，有人甚至一把牙刷用一年.可能還有很多人認(rèn)為牙刷用到開花就代表著可以換新的了.而牙醫(yī)卻說千萬不要這么做，不然放在嘴里的牙刷會滋生細(xì)菌，它里面不但夾著食物殘滓，還有可怕的細(xì)菌在里面蠕動！

 

 

細(xì)菌世界的成員眾多，這也導(dǎo)致了它們的運動方式和機制上的許多差異，大部分能夠運動的細(xì)菌都是依靠自身的運動器官——鞭毛的作用，鞭毛是一種呈波浪形的長長的蛋白絲狀物，它附著于細(xì)菌的外表，一般長為15—20微米，是體長的數(shù)倍，鞭毛非常細(xì)，直徑大約只有20納米，在光學(xué)顯微鏡下根本看不見，只有通過特殊的染色使之加粗或者在電子顯微鏡下才能看清。鞭毛的功能相當(dāng)于船的螺漿，在水中可以高速旋轉(zhuǎn)從而推動菌體前行，因此水體環(huán)境才是鞭毛細(xì)菌自由馳騁的天地。有趣的是鞭毛主要生長在弧形和桿狀的細(xì)菌身上，而球形的細(xì)菌幾乎都沒有鞭毛，這大概是由于它們肥胖的體形本身就不太適合運動，大自然干脆就不再讓它浪費能量去生成什么鞭毛。不同細(xì)菌的鞭毛數(shù)量和排列也有差異，有的細(xì)菌滿身都是鞭毛，有的細(xì)菌只有一根或一束鞭毛。在細(xì)菌的一生中，也并不是每個年齡階段都有鞭毛，只有那些處于壯年的細(xì)菌才有鞭毛，隨著生活環(huán)境的逐漸惡化，細(xì)菌失去鞭毛成為那些老態(tài)龍鐘不能游動的細(xì)菌。

 

鞭毛的旋轉(zhuǎn)速度是非常快的，每秒鐘旋轉(zhuǎn)兩百到一千多轉(zhuǎn)，比一般的電動機要快得多，鞭毛的高速旋轉(zhuǎn)是由其附著于菌體上的基體旋轉(zhuǎn)帶動的，基體實際上就是鞭毛的基部，它由一個中軸套上兩個或四個環(huán)構(gòu)成，鑲嵌固定在細(xì)菌的體表中，在科學(xué)家的眼中，基體簡直就是一臺精巧的納米機械—分子馬達(dá)，但這個馬達(dá)并不是靠電流驅(qū)動，而是用伴隨著細(xì)胞膜兩側(cè)質(zhì)子梯度的消失產(chǎn)生的生物能量來驅(qū)動，鞭毛馬達(dá)還可以轉(zhuǎn)向從而使菌體發(fā)生翻滾進(jìn)而改變細(xì)菌的運動方向，事實上細(xì)菌在游動時也并不是單純地一直朝前游，而是伴隨著不時的隨機翻滾轉(zhuǎn)向，但從表觀上看仍表現(xiàn)為細(xì)菌的前行。

 

細(xì)菌沒有眼睛，它們在游動時不是通過視覺而是通過位于體表的一些蛋白成分的感受器隨時感知周圍環(huán)境的變化，當(dāng)環(huán)境中某處有它們的營養(yǎng)物時，感受器會感知這種物質(zhì)的濃度梯度，并通過體內(nèi)的一些蛋白質(zhì)迅速將指令傳遞給鞭毛基體，于是細(xì)菌大大減少隨機翻滾頻率并沿著物質(zhì)濃度梯度向該物質(zhì)最濃的地帶進(jìn)發(fā)；同樣的道理，如果細(xì)菌感覺到環(huán)境中對它有傷害的物質(zhì)的濃度梯度，它們會遠(yuǎn)離這種物質(zhì)。細(xì)菌的這種行為在微生物學(xué)中稱為趨化性，趨化性不僅由營養(yǎng)物質(zhì)濃度梯度引起，還可以由光強梯度、氧氣濃度梯度等這些一切對微生物的生活產(chǎn)生影響的環(huán)境因素引起。

 

除了通過物質(zhì)濃度梯度，自然界中有一些鞭毛細(xì)菌還能通過感知地球磁場來確定運動方向，這些細(xì)菌就是有趣的趨磁細(xì)菌，它們生活在海水或淡水水體中，其共同特點就是體內(nèi)都含有成串的叫作磁小體的含氧或硫的磁性鐵化合物，這也是它們感知地球磁場的物質(zhì)基礎(chǔ)。有意思的是地球南半球的趨磁細(xì)菌總是往南方運動，地球北半球的趨磁細(xì)菌總是往北方運動，而在赤道附近則存在著向南北兩個方向運動的趨磁細(xì)菌，其實這看似玄乎的現(xiàn)象原因非常簡單，趨磁細(xì)菌生活的環(huán)境是不能含有過多氧氣的，當(dāng)它們沿著磁力線往南極或北極運動時，實際上就是遠(yuǎn)離地表的水體，向微氧或無氧的環(huán)境移動。

 

鞭毛運動是細(xì)菌的一種主要的運動形式，但是還有一些細(xì)菌并不是用鞭毛運動，而且也根本找不到類似的運動器官，但它們可以在固體的表面滑動，它們有的沿著自身長軸旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，有的似乎只有一面接觸固體表面移動，這類細(xì)菌被稱為滑行細(xì)菌，不過它們滑動的速度要比用鞭毛游動的速度慢得多，大約每秒鐘向前移動三微米，至于這些細(xì)菌是如何滑動的科學(xué)家們迄今也不是很清楚，但估計可能不止一種機制。細(xì)菌中的一些螺旋體的運動方式也是很獨特的，它們除了能在固體表面爬行或蠕動外，還能屈曲身體呈波浪形的向前運動，它們能完成這種高難度的動作，完全靠纏繞在身上的軸絲作用，軸絲的化學(xué)成分非常類似于鞭毛，不過它們是纏繞在螺旋體身上，而不是披散在身體外，不同的螺旋體軸絲數(shù)目很不一致，有些螺旋體只有兩根，而有些螺旋體則高達(dá)一百根。一些湖泊中的水生光合細(xì)菌體內(nèi)有幾個到幾百個蛋白質(zhì)薄膜包裹的氣囊，氣囊的作用有點類似于魚瓢，它可以通過充氣或者放氣調(diào)節(jié)菌體在水中的高度，使細(xì)菌能在最合適的水體深度進(jìn)行光合作用。

 

在顯微鏡下觀察細(xì)菌，許多沒有鞭毛或者其它任何運動方式的細(xì)菌仍在漫無目的來回晃動，但這不是細(xì)菌自身有意識的運動，而是布朗運動的結(jié)果，細(xì)菌的布朗運動實際上就是水分子來回撞擊細(xì)菌菌體而引起的細(xì)菌在一個固定位置被動的晃動，它是很容易同細(xì)菌自主意識控制下的運動區(qū)分開的，因為后者往往表現(xiàn)出一定的路線。