顯微鏡下探索細(xì)菌是怎樣運(yùn)動的？

此次檢驗(yàn)的刮胡刀是最簡便的款式，因?yàn)榈镀Ｈ菀赘街赡苁澄餁堅(jiān)?，又因?yàn)橹梅庞诔睗竦脑∈?，容易附著大量?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(yùn)動方式和機(jī)制上的許多差異，大部分能夠運(yùn)動的細(xì)菌都是依靠自身的運(yùn)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(yùn)動，大自然干脆就不再讓它浪費(fèi)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(gè)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?？斓?，每秒鐘旋轉(zhuǎn)兩百到一千多轉(zhuǎn)，比一般的電動機(jī)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(shí)際上就是鞭毛的基部，它由一個(gè)中軸套上兩個(gè)或四個(gè)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(jī)械—分子馬達(dá)，但這個(gè)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(yùn)動方向，事實(shí)上細(xì)菌在游動時(shí)也并不是單純地一直朝前游，而是伴隨著不時(shí)的隨機(jī)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(shí)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(shí)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(shí)，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(jī)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(qiáng)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(yùn)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(diǎn)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(yùn)動，地球北半球的趨磁細(xì)菌總是往北方運(yùn)動，而在赤道附近則存在著向南北兩個(gè)方向運(yùn)動的趨磁細(xì)菌，其實(shí)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(yùn)動時(shí)，實(shí)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(yùn)動是細(xì)菌的一種主要的運(yùn)動形式，但是還有一些細(xì)菌并不是用鞭毛運(yùn)動，而且也根本找不到類似的運(yùn)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(jì)可能不止一種機(jī)制。細(xì)菌中的一些螺旋體的運(yùn)動方式也是很獨(dú)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(yùn)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(gè)到幾百個(gè)蛋白質(zhì)薄膜包裹的氣囊，氣囊的作用有點(diǎn)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(yùn)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(yùn)動，而是布朗運(yùn)動的結(jié)果，細(xì)菌的布朗運(yùn)動實(shí)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(gè)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(yùn)動區(qū)分開的，因?yàn)楹笳咄憩F(xiàn)出一定的路線。