細菌如何繁殖出更多細菌？

細菌通過分裂繁殖。也就是說，單個細胞分裂為兩個，形成兩個形似的子細胞。在分裂開始前，細菌必須得到充足的營養，并處于適宜的環境。分裂時，細菌纖細、環狀的染色體（是一種承載DNA雙螺旋長鏈和遺傳信息的結構，染色體可以幫助DNA正常發揮功用）會進行自我復制。復制出的兩條絲狀的染色體會附著在細菌細胞內壁的同一點上，從這個點開始，細菌細胞將開始一分為二。有的細菌有兩條染色體，但分裂過程是一樣的。細菌分裂后，兩個子細胞各自都會帶有一套完整的染色體，擁有成為細菌所需的全部基因。其實，若條件允許，多數細菌每20—30分鐘即可繁殖一代。營養充足時，細菌還能成倍地繁殖，你家里壞掉的食物就是實例。

你注意到了嗎，在討論細菌繁殖時，我們從未提到性，這是因為細菌沒有性活動。在細菌繁殖的故事里，沒有“男細菌”追求“女細菌”這種橋段，有的只是體內染色體復制，兩條新染色體分開，分別進入兩個子細胞這個簡單的過程。簡單地說，細菌并不像許多高等生物一樣進行有性生殖。但我們都知道細菌的適應性是很強的，它們經常變異，新的菌株常常會給人類帶來新的疾病。如果它們不像高等生物一樣進行遺傳物質的重新組合，又是如何擁有這么強大的適應能力的呢？

其實，細菌也并非完全“不解風情”，它們也有互相溝通的方式，即接合。在接合的過程中，細菌可以交換一些遺傳物質（DNA片段），這是它們最接近性行為的活動了。細菌也能通過質粒或某些病毒作為信使，直接向其他細菌送出一個“DNA包裹”。也就是說，細菌確實擁有交換DNA片段的有效機制，這種機制能讓它們獲得新的遺傳信息、變異和可能性。除了接合，細菌在生長和分裂的過程中也有可能發生自然突變。雖然大多數基因突變都是有害的，但也有少數突變會帶來競爭優勢，有助于細菌的生存。顯然，我們必須得時刻檢測細菌性疾病的新動向，因為我們的對手在不斷變化。

雖然具有非凡多樣的生理生化過程，生命周期短，物種種類多，還會交換部分基因，但細菌所受的限制依然很明顯——它們太小了，只能攜帶一到兩條染色體，因此能夠擁有的遺傳信息總共就這么多，即使從別處得來了遺傳物質，也不能無限地使自己的染色體變長。事實上，在內部的遺傳物質過多時，它們甚至不得不拋棄一些，總之就是太小了，不可能讓基因“文件夾”里的內容一直增加。記住這一點，在一個英文句點里能住下2萬個一般大小的細菌。(15)據估計，人類的皮膚上大概有3億個細菌，而大腸里擁有的細菌則多達70萬億個。

正是由于細菌太小、太多變，所以完全與細菌隔絕是絕對不可能的。有些細菌能夠導致疾病或給動物體造成缺陷，所以我們常常能見到養豬或養牛的農戶在飼料中添加大量的抗生素。不過長久來看，這種行為是非常愚蠢的。誠然，在飼料中添加抗生素能夠幫助動物健康成長，進而讓肉價更便宜，但這種做法很可能會帶來嚴重的后果。原因有二：其一，大量抗生素的使用導致我們的生存環境充滿了抗菌物質。你猜猜大自然會做何反應？自然選擇！這其實就像一場耐藥細菌的大篩選，篩選出的耐藥菌能耐受的，也正是人類用于自身抗擊細菌感染的藥物。其二，研究發現，一些低等細菌可能有助于動物抵抗病原微生物的感染。一項對實驗室果蠅的研究發現，一種共生于果蠅體內的低等細菌，能夠保護果蠅不被一些致命的病原微生物感染！昆蟲已經在地球上生活了3億多年，整個過程中都在與細菌為伴，它們能進化出一些抗擊微生物感染的招數也是可以想象的。把研究對象從昆蟲推廣到其他動物，再到人，研究人員已經發現了一些共生微生物的存在，它們可以幫助我們形成免疫應答，進而促進人體健康。

前面我們已經提到了細菌如何在同類之間靈活交換DNA。有趣的是，事實證明它們還能從關系疏遠的其他種類細菌那里獲取基因片段，這種現象被稱為水平基因轉移。這個名稱的靈感其實來源于進化樹的圖形。在進化樹上，近代的生物種被放置在新芽和細枝的位置，而近代物種較早的祖先則沿著樹枝繼續向下，直到樹干，到達這些物種進化史上的原始祖先。在進化樹的模型中，樹干代表著原始的物種，新枝代表著更加現代的物種，因此不相關聯的現代生物種之間的基因轉移表現為跨細枝的“水平”轉移。與之相對的是，高等動物只能從親代身上獲得基因，它們傳遞基因的方向則是從下至上——我們不會從水平方向上的平輩身上獲取基因。

有效的水平基因轉移現象在高等生物身上很難見到。培育玫瑰的專家只能使用其他玫瑰花的花粉來給玫瑰授粉。在現代基因工程出現之前，我們無法將牽牛花的基因轉移到玫瑰的基因里。動物也一樣，動物飼養員只能使用同樣的物種讓動物交配，所有的羚羊長得都差不多，就因為它們的交配伴侶僅限于同類。不過也正因為水平基因轉移鮮少發生在高等生物身上，我們才能比較輕松地分辨出幾千種甲殼蟲，因為同種長得一樣，不同種長得不一樣。

但細菌并非如此，當所有細菌都忙著互相饋贈基因時，我們又該如何分辨它們呢？細菌無處不在，歷史又長，長得又都差不多，我們該如何對不同細菌進行鑒別、命名呢？甚至，在細菌的世界里，到底能不能區分物種？這些問題，又將我們帶回了生物多樣性最基本的概念——物種。