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2025-09-01毛毛的菌、毛毛的世界 細菌與「毛」的奇妙關係
669 期
Author 作者
陳俊堯 | 在花蓮慈濟大學的細菌人。喜歡看細菌,養細菌,跟到處講細菌的八卦。
Take Home Message
• 小小的菌得用電子顯微鏡才能看到,但即便它小不代表牠不重要,而小小的菌身上就有鞭毛、線毛還有種利器,是像注射針般的線毛,菌分別透過不同的毛來移動、交換訊息甚至是入侵宿主。
• 小小的菌不只身體有毛,甚至還有長得像毛的菌,像是長得很毛的放線菌、在溫泉裡細細長長的溫泉細菌,及長得像電纜線可以導電的電纜菌。
• 小小的菌不只身體有毛、長得像毛,還可以令動植物「發毛」,植物的根部有許多細細的毛,這些毛的生長與細菌有很大的關係,根瘤菌便是會住在植物中的根部,促使根部長出毛;在動物身上,細菌也能幫助修復皮膚和毛囊,長出新毛髮。
毛無所不在,有生命的地方就有毛,這是因為任何從生物體往外長的細絲狀構造,我們全部把它們叫做毛了。雖然它們都是毛,但是它們在本質上可不一樣。為什麼這些毛要長成這個樣子,還真的值得你花點心思來認識一下。今天,讓我來跟大家介紹一下細菌(bacterium,複數 bacteria),來看這些「毛毛」的菌和菌上的毛。
細菌的毛毛
細菌有毛,但不是我們身上的這種毛。我手上的毛對我來說很小,但對細菌來說可是個摩天大樓。長在小細菌上的毛當然比菌更小,小到得用電子顯微鏡(electron microscope)才能看得到它。
扭著扭著,讓細菌往前移動的鞭毛
細菌不像我們能在地上走路,它們必須在有水的地方活動,一滴水對小小的它們來說就像個大湖,如果想在水裡移動,當然就要用游的,而讓細菌在水裡移動的利器就是靠身上的鞭毛(flagella)。鞭毛又細又長,長度超過細菌自己的身體,還拉出優雅的弧形。有的細菌在尾端有一根鞭毛,有的很多根,有的頭尾各一叢。看到這裡,浮現在你腦海裡的畫面應該是一串柔軟的馬尾巴接在細菌屁股上吧?事實上細菌的鞭毛可不柔軟,它是硬的構造。鞭毛不會像魚尾那樣左右擺動,而是會像船尾螺旋槳那樣高速轉動來推動細菌。要能高速轉動,就得要有個像馬達的構造。鞭毛自己長長一根的桿子是一顆顆鞭毛蛋白環狀排列堆起來的管狀構造,而管子連到細菌基部的構造,也是由很多種蛋白質零件組成,看起就像是個複雜的馬達。在這些小到看不見的細菌上,居然還有這麼小又精緻的分子級馬達,演化真是個奇妙的力量。細菌也會利用鞭毛在固體表面移動,但是在固體表面就不能用游的,得先在接觸表面塗點界面活性劑變滑一點,再加上鞭毛在後面轉動,扭著扭著就能讓細菌慢慢前進。
不只有鞭毛,還有黏黏的線毛
細菌還有比較短的毛,一律叫做線毛(fimbria,複數 fimbriae)。這些毛也是蛋白質組合的構造。如果線毛上用的是會黏住附近構造的成分,那伸出的線毛就有機會黏到附近的結構,然後把整隻細菌拖過去。這種可以黏東西的線毛就可以幫助在液體裡翻滾的細菌,讓它們可以快速貼附到某個細胞上,然後入侵細胞。細菌的線毛還可以是它們在物體表面前進的工具。我們用兩隻腳在地上走路,但細菌做不到。不過它們可以用線毛來做拋竿式移動。你想像一下小細菌現在向前方拋出線毛,線毛的尖端會黏在遠方地上。這時細菌只要收短這根線毛,就可以把自己的身體往前拉。這種一丟一拉的動作,還有點像毛毛蟲一步一步地往前爬呢!
細菌另類的毛——注射針
細菌雖然只是單細胞小生物,但畢竟它們在地球上演化了這麼長的時間,演化出了各種奇特的裝備,其中一項就是微型注射針。醫生用注射針幫人治病,細菌可沒打算幫同伴治病。生物會製造蛋白質,有些要留在細胞當酵素或建材來使用,有些要送出細胞使用。如果想要控制其他細胞,例如操控要感染的人類細胞,或是擊殺隔壁討厭的競爭者,就要能把特殊的蛋白質打進人家細胞裡才能發生作用。這時如果細菌能造出一根注射針,就能把毒素直接送進對方細胞裡發生作用。各家細菌演化出不同的分泌系統(就是我說的注射針),來完成精準打擊的工作。科學家在研究第四型分泌系統時發現,它的構造跟線毛類似,是細菌借用了向外伸出的線毛,把它改造成了可以戳人的注射針。……【更多內容請閱讀科學月刊第669期】