益科普|微生物最基本的三種分類 ——化能/光能、異養/自養、好氧/厭氧/兼性


微生物三個標準的分類,分別是:1、化能/光能;2、自養/異養;3、好氧/厭氧/兼性。



1、化能/光能

化能指的是化學能,就是物質發生化學反應釋放的能量,舉幾個例子,人通過吃飯獲得干活的力量,力量的來源就是吃的飯在體內發生化學反應釋放的能量,人是這樣,動物也是如此。再比如燃燒天然氣燒水,能量來源也是化學能。

 

藍細菌



再看光能,就是通過光源照射獲得能量,最典型的例子就是綠色植物的光合作用,生活中直觀的體驗就是,你養的很多花草要接受光照才能活。

搞清這兩個能量的意思,就知道這個分類的標準就是微生物獲得最初能量來源的方式,這里的“最初”兩個字很重要。在自然界,事實上幾乎所有生命體都可以按照這個標準分,當然一般我們只對微生物這么分,因為動植物在這個標準上的特征太明顯了,沒有區分的意義。

不同于動物或者植物,微生物種類龐雜,兩種獲取能量的方式都具備,且兩種類型的微生物又具有明顯的區別,因此才要做這一分類。在處理污染物這個意義下,分類的目的是工程應用。這就是微生物化能/光能分類的由來。


2、自養/異養

教科書中這個分類的標準是碳源,那我們先要搞清楚碳源是啥。首先這是一種物質,這種物質是所有生命體必需的,這種物質最核心的特征是含有“碳”元素,這里可以類比廣告詞里面的宣傳營養品時講到的鈣、鐵、鋅、硒。不同的是“碳”是構成生命體和生命體進行生命活動的最基本元素,注意,是兩個方面的作用。

生命體要想活命,就要“吃入”帶有“碳”元素的物質。在我們研究的范圍內,把自然界的含“碳”物質分為兩類:無機碳——二氧化碳、碳酸根離子等,有機碳——糖類、脂肪、蛋白質等。這是專業的表述,非專業人怎樣理解,無機的是簡單的、小的、基本的一類,有機的是復雜的、大的、相對高級的一類(這么認識只為達到初步的理解,不作為專業表述使用)。



以人為例,我們吃入的饅頭、米飯就是富含“碳”的物質,而且是復雜的、大的、相對高級的有機碳。

微生物吃“碳”的情況是怎樣的呢?這里再強調一下,微生物群體太龐雜了。所以,有的吃有機碳,有的吃無機碳,我們把“吃”有機碳的歸為異養微生物,把“吃”無機碳的歸為自養微生物。

關于“自養”、“異養”這兩個命名,為什么是這兩個詞,做一個解讀。養是養分、營養的意義,自就是靠自己,異就是靠外界。前面我們講到,無機碳是簡單的、基本的,生命體對其利用還要經過進一步加工,這個加工就是靠自己嘛,所以吃無機碳的叫自養;而有機碳的是復雜的高級的,再被吃之前已經經過別的生命體加工了,也就是靠外界、靠別人,所以吃有機碳的叫異養微生物。

這就是對微生物作自養/異養分類的由來。而關聯這兩組分類,就會產生四種微生物,即光能自養、光能異養、化能自養、化能異養,如下表:


3、好氧/厭氧/兼性

通過前面的分類,我們知道微生物獲取能量吃三種東西,光能、有機物、還原態無機物。而“吃法”大的方面分為兩種,光合作用和呼吸作用,其中吃“光能”使用光合作用,使用者是光能微生物;吃有機物、還原態有機物則使用呼吸作用,使用者是化能微生物。

光合作用這種吃法因為使用者比較少,而且不是我們研究對象的吃法,所以不作討論。我們主要討論呼吸作用這種吃法。

呼吸作用的專業解釋是微生物分解基質,生成水和其他代謝產物,并釋放能量的過程。通俗來講,就是微生物消化吸收吃進去的東西,然后排泄(相對高等生物簡單,但是道理一樣),并獲得能量的過程。

吃進東西,獲取能量,拉出東西,這個過程其實是在生物體體內發生了一場化學反應。

這個時候就可以對呼吸作用有一個直觀的認識——在生物體內的“燃燒”,而且大多數時候是需要氧氣的。所以,呼吸作用相當于是涉入食物,同時吸入氧氣,讓二者發生化學反應,釋放能量。

需要強調的是,生物界有些情況是其他物質發揮這里氧氣的作用(這個作用的專業說法叫氧化性或者電子受體),如硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽,以及一些有機物,等等。究竟是哪些情況呢?主要就是存在于微生物這個生物群體。

微生物不同于高等生物,相比而言,其結構更加原始、簡單、低等,但是也因為如此就更加多樣。因此,在微生物界出現了各式各樣的“吃法”,又因為這些吃法的差異主要體現在與“食物”發生化學反應的物質上,即我們剛才講的常見的氧氣,以及其他情況下的如硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽、有機物等等。

由此,針對微生物的吃法需不需要氧,就有必要做相應的分類,經過研究發現,這一分類可以分為三種,好氧/厭氧/兼性(即可需要氧也可不需氧)

其中,好氧微生物的生活必須有氧,沒有氧氣就活不下去。而厭氧微生物則只能活在無氧的環境,氧氣對其而言就是毒。而兼性微生物則既能在有氧也能在無氧的環境下生存,這種在哪都能吃得開的本事也成為了其優勢,在自然界這一類微生物自然也就最多。

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