「入圍2021年奧地利最佳科學讀物決選名單」

專業詳實解說＋精細彩色插圖

地球生成後出現過幾次大浩劫，動物植物生來死去，只有細菌，每次都活下來了。

細菌，才是地球的生存大師。

貧脊的環境使其在數十億年求生中，演化出極強的適應力，而那便是改變整個地球的潛力。

地球是個細菌星球。細菌三十五億年前就已存活在地球，光是地底生物圈的細菌總重，就約達一百五十億至二百三十億噸，數量與種類之多，型態樣貌之變化萬千，地球上的任何物種都望塵莫及。

細菌除了能棲居在極端環境中，極冷或極熱、異常乾燥或潮濕，還能抵抗強酸強鹼，甚至在核反應器存活。就形態來說，有球狀、桿狀、逗點狀、絲狀、星角狀、長方體等古怪有趣的長相。有些單獨生活，有些性喜群聚。細菌不但能彼此溝通，還有互換基因的能力，必要時也從別的生物「竊取」基因。有些能不靠日光和氧氣就消解掉生物鏈最底層的代謝廢料，完整了地球物質與能量的循環……

細菌以其微小倔強之姿，不斷衝擊科學家對生命與細胞的認知，令作者魯德格‧威斯著迷不已，因而從這個他鍾愛的浩瀚世界，精選出六大類共五十種各具代表性與研究價值的細菌，為之一一作傳，介紹其奧妙，內容珍貴而有愛。

細菌數十億年演化而來的求生智慧，不僅能幫助我們了解生命的起源，探索未來宇宙生物存有的可能，更重要的是，思考當下人類因過度開發，在工業、醫療、科技、環保所遭遇的瓶頸，向看不見的世界請益。

人類與細菌雖然生活在同一個星球上，但卻是完全不同的世界。我們的世界明亮、溫暖、遼闊，且充滿空氣。大部分細菌的世界卻是陰暗、缺氧、狹小。細菌體積如此微小，就連水對它們來說都像糖漿般黏稠。

由於能量匱乏，細菌的生長及繁殖不時就會停頓中止。因此，細菌在開發新養分及能量的來源時，具有極強的適應力。細菌擁有變更周遭環境的能力，具有改變整個地球的潛力。

陳俊堯／慈濟大學生命科學系助理教授、泛科學專欄作家
李重義／東吳微生物系副教授
—專業審定

湯森林／中研院生物多樣性研究中心研究員
潘宏彥／北一女生物老師、科普作家
周信宏／台大生命科學系副教授
—專業推薦

――全書分六章，精選五十種細菌――

〈紀錄保持者〉

體型最大，體長最長，基因組最短，最長壽等等――稀奇古怪的細菌

〈生命的廣度〉

棲居深海火山可休眠千年，攝氏零下196度還能代謝，在NASA火箭發射焦土還能存活等等――生活於極端環境細菌

〈科技群落生境〉

在油污海域及海灘有自淨作用的細菌，在核子反應爐裡安然生存的細菌，能處理戴奧辛汙染等等――科技上有大用的細菌

〈奇特的養分來源〉

能夠還原十種不同金屬的細菌，將半導體無塵室人工藥劑當成養分等等――口味特別的細菌

〈有用的幫手〉

能夠提高農作物產量，對特定的害蟲殺傷力極強可取代殺蟲劑，有助於從劣質礦床採獲金屬等等――可應用於生活或產業的細菌

〈可怕的威脅〉

光碰粉末便足以讓人感染腦膜炎，可以穿透腸粘膜、通過血腦屏障與胎盤障壁等等――致命的細菌

人類總在最微小的生命裡，獲得最大的啟示。

作者

魯德格‧威斯Ludger Weß
分子生物學出身，現為作家及學術線記者，專長領域為基因及生物工程學。除了科普專書，也是推理小說作家。

譯者簡介

劉于怡
旅居德國，現為自由譯者。

繪者簡介

法克‧諾德曼Falk Nordmann
插畫家。自2013起為Matthes & Seitz出版社所出版的自然史系列繪製生物圖像。

目錄

目錄
前言
導論細菌圖譜
 
1  紀錄保持者
Thiomargarita namibiensis／納米比亞嗜硫珠菌
Eubostrichus dianeae Epibakterium／黛安海洋線蟲的表皮菌
Candidatus Pelagibacter ubique／遍在遠洋桿菌
Nasuia deltocephalinicola／奈須葉蟬共生菌
Minicystis rosea／玫瑰紅小黏液球菌
JCVI-syn3.0／第三代合成細菌
Lysinibacillus sphaericus／球形離胺酸芽孢桿菌
 
2  生命的廣度
Colwellia psychrerythraea／冷紅科爾韋氏菌
Methanopyrus kandleri／坎德勒氏甲烷嗜熱菌
Paenibacillus xerothermodurans／耐乾熱類芽孢桿菌
Picrophilus torridus／焦乾極嗜酸菌
Alkaliphilus transvaalensis／德蘭士瓦嗜鹼菌
Shewanella benthica DB21MT-2／海底希瓦氏菌DB21MT-2株
Janibacter hoylei／霍伊爾兩面神菌
Halobacterium salinarum／嗜鹽桿古菌
Constrictibacter antarcticus／南極壓縮桿菌
Cupriavidus metallidurans／耐金屬貪銅菌
Magnetospirillum magnetotacticum／趨磁磁性螺旋菌
Candidatus Desulforudis audaxviator／勇者脫硫桿菌
Chromulinavorax destructans／毀滅者噬黃金藻菌
Bdellovibrio bacteriovorus／噬菌蛭弧菌
 
3  生物科技類
Deinococcus radiodurans／抗輻射奇異球菌
Dehalococcoides mccartyi／麥卡氏脫鹵球菌
Alcanivorax borkumensis／博克島嗜油菌
Ideonella sakaiensis／大阪堺菌
Burkholderia pseudomallei／類鼻疽伯克氏菌
Tersicoccus phoenicis／鳳凰號潔球菌
Pseudomonas aeruginosa／綠膿桿菌
 
4  奇特的養分來源
Shewanella oneidensis／奧奈達希瓦氏菌
Candidatus Eremiobacter／沙漠菌（暫定名）
Candidatus Dormibacter／沉睡菌（暫定名）
Geobacter sulfurreducens／硫還原地桿菌
Ralstonia syzygii／丁香羅爾斯頓氏菌
 
5  有用的幫手
Lactococcus lactis／乳酸乳球菌
Acetobacter aceti／醋酸桿菌
Propionibacterium freudenreichii／費氏丙酸桿菌
Bradyrhizobium japonicum／日本慢生根瘤菌
Bacillus thuringiensis／蘇力桿菌
Acidithiobacillus ferrooxidans／氧化亞鐵嗜酸硫桿菌
Bacillus cohnii／科氏芽孢桿菌
Cytophaga hutchinsonii／哈氏噬細胞菌
Clostridium autoethanogenum／自產乙醇梭狀芽孢桿菌
 
6  可怕的威脅
Bacillus anthracis／炭疽桿菌
Yersinia pestis／鼠疫桿菌
Listeria monocytogenes／單核細胞增多性李斯特菌
Campylobacter jejuni／空腸曲狀桿菌
Legionella pneumophila／嗜肺性退伍軍人桿菌
Helicobacter pylori／幽門螺旋桿菌
Staphylococcus aureus／金黃色葡萄球菌
Serratia marcescens／黏質沙雷氏桿菌
Escherichia coli／大腸桿菌

編按：由於本書提及菌株許多在學界尚無統一中譯名，編輯上以盡可能貼近拉丁學名由來及菌種特性意譯處理，非學界定名，特此說明。
 

試閱

【序】
我七、八歲在明斯特自然科學博物館第一次使用顯微鏡，當場便迷上那個隱藏在水滴裡的花花世界：草履蟲、輪蟲、鐘蟲、各種微藻，還有噗噗跳動的水蚤心臟─一個肉眼看不見的世界在鏡頭下展開，這是個怎樣的大發現。
父母看見我對這個新世界如此著迷，立即給予支持。很快，他們送我一架學生用顯微鏡、一個小水族箱，並幫我訂閱《微生物世界》雜誌。我發現，這樣的神奇不僅存在池塘、小溪、雨珠的水滴中，在盆栽裡的土壤、腐爛的蘋果、一片樹皮，甚至我的口水裡，都有微小的生物蠢蠢而動。
我開始學習如何培養微生物，我的零用錢幾乎全進了試管、培養皿、錐形瓶商店的收銀機裡。城裡的老藥房， 提供我所有玻片標本製作所需的化學材料，如苯、甲苯、二甲苯、苯甲醛、甲醛、異丙醇、封片膠等等，這種情況在今日根本就像天方夜譚，難以想像。我會去市立圖書館透過遠距服務系統申請借閱專業書籍，通常在送出借閱單一至二星期內，就會送來一大疊影印本。我的房間不是瀰漫著化學藥品的刺鼻味，就是乾草浸液發出的霉味；我會在廚房煮培養液，用烤箱消毒培養皿，灌入洋菜培養基，以便用來培養各種酵母和細菌。
我最得意的傑作是一盞由發光細菌組成的微生物燈，類似一九○一年布拉格大學植物生理學家漢斯．默里許在奧皇法蘭茲．約瑟夫一世面前所展示的那一盞。我從鯡魚的鱗片分離出帶磷光的細菌，放在一只大燒瓶裡培養繁殖。這盞微生物燈所發出的蒼白亮光，能讓我在昏暗的房間中閱讀，可惜這愉悅只持續了一夜。
我對細菌的興趣還跟童年所發生的世界大事有關，也就是人類登陸月球，以及發射太空探測器，就近測量並拍攝金星與火星圖像，探索這些星體上是否存有生物─有的話說不定是細菌。
第一波傳回關於金星和火星的資料看不出任何跡象，但一九七一年美國太空總署NASA研究人員在好幾個隕石裡發現構成生命的組成要素。這個發現引起一陣喧嘩：細菌是藉著天體間的碰撞，穿越整個宇宙，進入其他行星及衛星上繁殖的嗎？「泛種論」認為原始的生命形式附著於隕石上，在宇宙間四處流散的說法是真的嗎？地球上的生命，就是這樣出現的嗎？
我開始大量閱讀有關外星生物學的文章和書籍，這是一門新興的學科，專門研究生命起源的基本條件。我驚訝地發現，來到地球的細菌要適應的環境條件是多麼地嚴苛險峻。
愈深入了解，問題也就愈多，最後，我進大學毫不意外地選擇主攻生物學，決意深入研究。
如今我已不再投身於研究行列，改為報導別人的研究及新發現，但我仍然對身邊肉眼看不見的世界充滿興趣。細菌最吸引我的地方，一直都是它們那近乎無極限的強大適應力，能在對我們來說荒涼而空無一物的生存環境下找到食物。多年來，我一直特別關注微生物中所謂的「嗜極生物」，也就是活在極端環境下的生物。那樣的環境，從人類的角度來看根本毫無生存的可能，例如極熱的溫泉、冰凍或乾燥的地理環境，或是強酸及強鹼之中，以及無法想像的高壓環境下。
我在這本書裡，一方面希望展現細菌這種生物千變萬化的樣貌以及其生存環境，另一方面也想點明，這些細菌不僅影響我們的經濟及日常生活，也與健康和疾病有莫大的關係。此外，我還想介紹一些在不久的未來對人類極有大用的細菌，它們將為我們清理垃圾及殘留物，幫助節省能源，或增進糧食生產的效率，促進人體健康。
就這樣，本書選出五十種細菌為之一一作傳，這數目比起族繁不及備載的細菌家族來說實在太渺小了，不過，或許已足夠令讀者對這種千變萬化的奇特生物產生興趣，進一步了解細菌。
──魯徳格．威斯

【導論】
地球其實是個細菌星球：每公克土壤所含的菌數約一千萬，每茶匙池塘水約含一百萬，每立方公尺的空氣含約一千。〔審定注：實際的數目隨不同環境而有很大變化。〕地球生成後出現過幾次大浩劫，動物植物生來死去，只有細菌，每次都活下來了。
至少在三十八億年前，地球上便已出現細菌，出現的地方很可能是在海洋底部熱泉噴口附近，那附近的水通常含有豐富的礦物質。直到今日，地球上大部分的細菌還是生活在海裡或是海床底下。不過，這其實很合理，畢竟地表三分之二都為海洋覆蓋，而且海洋平均深度達四公里。也就是說，地球上百分之九十九的生物圈都是鹽水環境，或是含鹽沉積物和土壤。
最近，人們還在地殼下五公里深處發現細菌的存在。據推測，所有活在地底生物圈的細菌總重量約一百五十億至二百三十億噸重─超過全世界人類體重總量的一百倍。若將所有活在地球上的細菌基因體排列起來，這一長列將會排到人類認知下宇宙的最遠端。
從海洋為基地，細菌慢慢擴散到地球各個角落。今日，我們不僅可以在極熱或極冷，異常乾燥或潮濕的環境裡發現它們，還可以在岩層深處、喜馬拉雅高峰，在結晶鹽、在酸或鹼中發現它們；它們能與重金屬共存，能在核子反應器或火山玻璃裡生存，就連占地球陸地三分之一的沙漠，也就是年降雨量低於二百五十毫米的地區，都是細菌的重要棲居處。而對這類沙漠微生物的研究，尚處於開始的階段。
細菌的抵抗力也令人嘖嘖稱奇。它們可以陷入沉睡狀態幾百萬年才甦醒；它們也生活在我們身邊、體表以及體內，是我們皮膚的守門人，幫助我們消化；它們是我們免疫系統的好幫手，同時卻也是致病的病原體。此外還是家務的好幫手：沒有細菌，就不會有酸種麵包，也沒有酸菜、優格、韓國泡菜。
細菌的多樣性也夠令人瞠目結舌。就形態來說有球狀、桿狀、逗點狀、絲狀、星角狀、甚至還有長方體。有些細菌有鞭毛，有些沒有，有些單獨生活，有些則群聚。細菌能彼此溝通，相互合作，且有互換基因的能力。它們還會從別的生物身上「竊取」基因資料，甚至能將化石裡的DNA納入自己的基因體裡。
過去很長一段時間，大部分的人所認識的細菌都是可怕的病原體。細菌會帶來致命的瘟疫，這樣的印象一直根植在人類的集體記憶中。不過，由於疫苗和抗生素的發現，這種印象已不復鮮明。而且，現在我們也知道有些細菌原來就生活在腸道裡，也是土壤中的重要生物。不過，若說各位讀者此刻手上的這本書，紙頁和黏膠裡也有細菌，不少人應該還是會覺得可怕。
時至今日，科學家鑑識出的細菌超過一萬四千種，其中約有一千四百種是病原菌。到底細菌種類共有多少，沒人能夠確定，但從海水和土壤的最新研究可以推測，細菌的種類約為10的12次方〔注：亦有研究認為介於百萬至千萬種，學界未有定論。〕，大約是太陽系裡星球總數的五倍。
因此，本書挑選出來的細菌種類實在無法反映出這個生物驚人的多樣性。就連現今的紀錄保持者，像是最大或最小的細菌，最能抵抗強酸強鹼或極冷極熱環境的細菌，明日可能又有別的細菌打破紀錄。未來幾年或幾十年間，一定會再發現一些能力不可思議的新細菌，甚或透過合成生物學被研發出來。
不過，到底細菌是什麼？人們又是透過什麼方式認識它們？