【趣味知识】生存的压力连细菌都能掰弯

细菌的形态多种多样，这些形态是偶然形成的，还是有其内在的意义呢？

尽管是单细胞生物，细菌也有着不同的细胞形态，其基本形态有三种：球状、杆状和螺旋状。此外，还有许多的衍生形态。例如，许多的球菌通常成对、成链、成簇生长（双球菌、链球菌、葡萄球菌）；球衣菌属（Sphaerotilus）能形成衣鞘（sheath），杆状的细胞呈链状排列在衣鞘内而成为丝状；也有一些细菌具有特定的生活周期，在不同的生长阶段具有不同的形态，例如放线菌等。

那么，在水系统中常常检出的假单胞菌属、寡养单胞菌属、嗜甲基菌属、伯克霍尔德氏菌属、鞘氨醇单胞菌属、罗尔斯通氏菌属等，这些菌的形态大部分都为弯曲杆状，这只是一种巧合吗？

在回答细这个问题前，我们先了解一下，细菌为什么这么小？

科学家科赫认为，细菌之所以小，是因为对于营养的竞争。形态越小，生长越快的细菌越容易获取营养。因此，细菌形态的不同，可能也是应对环境的一种方式，是获得竞争优势的一种手段。

最近，一篇发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上的文献，研究了细菌被掰弯的原因。作者收集了运动细菌的显微照片，利用计算机模拟的方法对比了不同形态的细菌的“游泳”能力，发现相较于直杆状，弯曲杆状可以提高细菌在水中的游泳效率（Swimming Efficiency）及趋化性（chemotaxis）。表明弯曲杆状为帕累托最优（Pareto-optimal），这种形态甚至比螺旋形更能有效地通过粘性流体，更易于让细菌去寻找食物。同时提出，游泳效率、趋化现象的信噪比（Chemotactic SNR）及进化成本（Construction Ease）对于运动型弯曲杆菌的进化过程是非常重要的，需要相互权衡。当然，也不是所有的细菌都专注这三者，也有一些细菌会只关注其中一两个方面。

有一些经验证据表明，就像对较大的生物体一样，选择性压力也会影响微生物细胞的形态。细菌细胞的形状是可遗传的，有一些进化是独立多次的，虽然变化是多样的，但是通常形态形状上是一致的，并且会因为环境变化而做出积极地修改。

很多文献支持细菌之间的形态多样性，与其生存环境有关。越来越多的研究人员在感染模型的背景下研究致病菌，观察到形态的变化。是否人类机体的致病菌拥有不同的形态，以及是否不同的细胞形态能够改变微生物的能力，从而被人类所操控以改善工业用途，这些都有待研究与发现。

扩展资料

细菌的基本形态可分为球状、杆状与螺旋状3种。大小一般在0.5-5μm之间。根据球菌在繁殖时细胞分裂方向及分裂后细胞的排列情况，又可将其分为单球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌和链球菌。杆菌可以分为单杆菌、球杆菌、链杆菌、棒状杆菌和梭状杆菌。螺旋菌可以分为弧菌、螺菌和螺旋体。

细胞壁是支撑细菌形态的主要结构，具有多种生理功能。革兰氏阳性菌细胞壁的特点是厚度大（20~80nm），一般含有90%的肽聚糖和10%的磷壁酸。革兰氏阴性菌的细胞壁比阳性菌复杂的多，除了肽聚糖层以外，还有外膜和周质空间。外膜由脂多糖、磷脂和脂蛋白等蛋白质组成，外膜中嵌合了多种外膜蛋白，负责一些物质的特异性通过。周质空间为外膜和细胞膜之间的狭窄空间，呈胶状，周质空间中，还有很多周质蛋白，包括了各种水解酶、合成酶、结合蛋白和受体蛋白。细胞壁成本上面的差异反映了他们在形态上的一系列差异，也影响着细菌构造、生理功能和致病性。