简介
“《显微镜下的室友:邂逅二十万种小小生物》你知道在你家里住了将近20万种细菌、真菌、昆虫节肢动物吗?你的窗框上、枕头上、莲蓬头里和猫狗身上,都住满了大大小小的生物。它们已经与我们同居了上万年,但我们对它们的认识却少得可怜,甚至连它们从哪里来,爱吃什么都不知道。我们向来讨厌家里的细菌和微生物,认为它们有害健康,但事实可能正好相反。在本书中,生物学家罗布·邓恩,将为你揭开迷人的微观世界,和全世界只有十几位室内生物专家,带你用全新眼光认识这些与你亲密接触的“室友”,它们为我们打造的生物多样性,不仅让我们更健康、幸福,也让我们的生活多姿多彩。
作者介绍
罗布·邓恩 (Rob Dunn),北卡罗来纳州立大学应用生态学教授、哥本哈根大学丹麦自然历史博物馆教授。他曾为《美国国家地理》《科学美国人》《BBC野生动物》《自然史》等期刊撰稿80多篇。他的第一本科普书《众生万物》,曾获美国国家户外图书奖,另著有畅销之作《我们的身体,想念野蛮的自然》。他现在和妻子、两个儿子住在北卡罗来纳罗利市,家中还生活着数以千计的动植物和微生物“室友”。
部分摘录:
对人类家中生物的研究具体源于何时,没有确切的说法,不过很可能是始于1676年的某一天。在荷兰的代尔夫特,列文虎克走过一个半街区去市场买黑胡椒。他慢慢走过鱼摊,走过肉铺,经过市政厅。他买了点胡椒,付完钱,向商贩道过谢就回家了。不过回家之后,他没把胡椒撒在食物上。相反,他小心地把约10毫升黑胡椒粒加入有水的茶杯,这是为了把胡椒泡软、打开,好看看里面有什么,为什么会有辣味。接下来几周,他一遍遍观察这些胡椒粒。过了3个星期,他做了一个事后被证明具有非凡意义的决定——他吸取了一些胡椒水的水样到一根他自己吹制的细玻璃管中。这些水看起来十分浑浊。他把样品放到由固定在金属框架上的镜头所构成的一个类似显微镜的装置下去观察。这个透镜很适合观察像胡椒水这样的透明液体,也适合观察他后来制作的固体切片标本。[1]
列文虎克透过镜头观察胡椒水,看见了一些特别的生物。但要看清楚究竟是什么,还需要一番摆弄和调整。如果当时是晚上,他会把蜡烛移来移去,如果是白天,他是靠窗子透进来的光线,不断变换位置。他观察了好几个样本。1676年4月24日,他终于找到了一个清晰的视角。他发现这些东西不同寻常,然后写道:“有大量的微生物,种类繁多。”他之前也见过微小的生物,但从没见过这么小的。一个星期后,他以不同顺序一遍遍重复这一过程,之后又用胡椒碎代替胡椒粒来观察,将胡椒泡在雨水里观察,将其他香料泡在水里来观察,都是用他自己的茶杯泡的。在一次次尝试中,他看到了越来越多的微生物。这是人类第一次观察到微生物。而且,这一发现是在家中通过观察任何厨房都可以见到的原材料——胡椒和水——得出的。列文虎克站到了他家中的微生物所构成的蛮荒之地的边缘。他看到了前人从未见过的生命世界。至于有没有人相信还是个问题。
早在10年前,列文虎克可能就已经开始用显微镜观察他家和周围环境中的生物了。在花费了成百上千个小时探索自家或自己的日常生活后,他才发现了胡椒水中的细菌。机遇着实偏爱那些有准备的人,但它更青睐沉迷其中的人。科学家很自然地会沉迷某些事情。当你专心致志且充满好奇时,就会入迷,任何人都有可能对某件事入迷。
列文虎克也不是传统意义上的科学家。他平时从事纺织行业,在代尔夫特的家中开了一间商店,卖布匹、纽扣和其他小零碎。[2]最开始,他可能是用透镜来检查一些布匹上的细线。[3]不过后来,他或许受到了英国科学家罗伯特·胡克(Robert Hooke)所著的《显微术》(Micrographia)[4]一书的启发,开始观察家中的其他东西。列文虎克不会说英文,他可能看不懂罗伯特的原文,但是罗伯特·胡克所绘的通过自制显微镜所见的图画,足以给他巨大的启发。[5]依我们对列文虎克个性的了解,完全能想象出在浏览那些图画后的动作:一边翻查着刚出版的首本荷英词典,一边一段段吃力地阅读《显微术》中的文字。
早在列文虎克用显微镜观察之前,其他科学家就已经用显微镜观察家中生物的细节了。包括罗伯特·胡克在内的科学家们在生命世界的夹缝中发现了我们从未想象过的生命形式,它们展示了一个未知的世界。跳蚤腿、苍蝇眼、书上的毛霉长茎上的孢子囊,这是人们从未见过甚至从未想象过的微观世界。今天我们也能用同样的放大倍率来观察同样的物种,但我们的感受和17世纪的人已经完全不一样了。哪怕在亲眼看到的一刻我们会惊奇不已,但我们早已知道微观世界的存在。那些用显微镜观察的早期科学家,当他们有所发现时,感受到的惊奇感更为强烈,仿佛发现了生命世界的层层表面上书写的密码信息,而这些信息,之前的人类从未见识过。
当列文虎克通过显微镜观察他家中和家周围的生命时,他也发现了新的细节。比如他观察跳蚤,画了很多罗伯特·胡克画过的细节图,但也有胡克没注意到的细节。他看到了跳蚤的精囊,只有细沙粒那么大。他甚至看到了精囊里的精子,并且和自己的精子做了比较。[6]接下来的观察中,他开始发现一些前所未见的生物,只有在显微镜下才能看到。这不是被人忽视的细节,而是意义更重大的发现——他发现了我们现在统称为原生生物(protist)的生命形式,它们都是单细胞生物,形态特征各异,唯一的共同点是体积极小。原生生物可以分裂,可以游动,种类繁多,有些大,有些小,有些长毛,有些光滑,有些有尾,有些无尾,有些附着在表面,有些四处飘荡。
列文虎克把他的发现告诉了在代尔夫特的朋友们。他交友甚广,既有鱼贩子,也有外科医生、解剖学家、贵族,其中一个解剖学家名叫莱尼尔·德·格拉夫(Regnier de Graaf),他家离列文虎克家不远。格拉夫年纪轻轻但成就卓著,他在32岁时就发现了输卵管的功能。列文虎克的发现让他印象深刻,虽然他的孩子刚刚夭折,但仍忍着悲痛以列文虎克的名义给伦敦英国皇家学会会长亨利·奥尔登伯格(Henry Oldenburg)写了封信。在信中他说列文虎克拥有令人称奇的显微镜,还恳请皇家学会给他安排科研项目,让他的显微镜和技术有用武之地。格拉夫还随信附上了列文虎克的观察笔记。
收到信后,奥尔登伯格直接给列文虎克回了信,并且让他提供与描述文字相配的图画。[7]1676年8月,列文虎克在回信中(此时格拉夫已不幸英年早逝)加入了更多关于他观察到而胡克等人忽略的细节:霉菌的形态,蜜蜂的刺、头部和眼睛,虱子的身体构成。同时,格拉夫以列文虎克的名义写的第一封信刊登在当年5月19日的《皇家学会哲学学报》上。这是世界上第二古老的科学期刊,当时是它刊行的第八年。此后又有许多类似书信刊登在学报上,有点像今天的博客。这些书信都没有经过编辑的大幅修改,有时甚至结构不清晰,内容散乱、重复。但这些对自己的家和城市中的小生物的观察记录在当时是创新的,描述的是人们前所未见的景象。正是在1676年10月9日的一封信(总第18封)中,列文虎克写下了他对胡椒水的观察。[8]
列文虎克在胡椒水里看到了原生生物。原生生物包含多种单细胞生物,比起细菌,它们与动物、植物或真菌的亲缘关系更近。他描述的可能是波豆虫(Bodo)、膜袋虫(Cyclidium)和钟形虫属(Vorticella)。波豆虫有一条长长的鞭形尾巴(flagellum),膜袋虫浑身有游动的纤毛(cilia),钟形虫通过柄附着在其他表面(滤食水中的生物)。但他还发现了其他的生物。他估计,胡椒水中最微小的生物宽度只有沙粒的百分之一,体积只有沙粒的百万分之一(图1.1)。现在我们知道,这么小的生物只可能是细菌。但是在1676年,人们还从没见过细菌,这是细菌第一次出现在人类眼前。他欣喜若狂,马上写信给皇家学会:
这是我所见过的自然的神迹中最让人惊叹不已的,我不得不说,我还从来没见过这样激动人心的景象,一滴小小的雨水中竟然有成千上万的小生命,它们聚集在一起,动个不停,但是每种都有独特的运动方式。[9]
列文虎克写给皇家学会的前17封信他们都很满意。但是他们觉得,列文虎克这封关于胡椒水中发现的信,已经误入歧途,脱离了科学实际,陷入了纯粹的幻想。罗伯特·胡克对此格外提出质疑。由于《显微术》一书的成功,罗伯特·胡克现在是微生物领域的权威,他从没见过如此微小的生物。胡克和皇家学会另一位很有声望的成员尼西米·格鲁(Nehemiah Grew)一起,打算重复列文虎克的实验,试图证明列文虎克犯了错。设计并重复实验,本来就是皇家学会工作的一部分,重复过程通常只是简单的演示。不过这一次的实验既是为了演示,也是为了验证列文虎克观察到的现象到底存不存在。
尼西米先试着重复列文虎克的实验,失败了。罗伯特·胡克亲自上阵,他一丝不苟地重复了列文虎克准备胡椒水、调试显微镜的步骤,结果什么都没看见。他抱怨了一番,对列文虎克的发现不以为然。不过他又试了一次。这一次他做了更大的努力,他设计了更好的显微镜。第三次,他和皇家学会的其他成员终于看见了列文虎克观察到的一些生物。同时,列文虎克关于胡椒水中生物的那封信,经奥尔登伯格译成英文后发表在学报上。在信件出版以及皇家学会对观察结果加以验证后,细菌学——对细菌的科学性研究——正式登上舞台。值得一提的是,这项研究是从对在胡椒和水的混合物中发现的细菌即室内细菌的研究开始的。
三年后,列文虎克重复了胡椒水实验,不过这次,他把胡椒水装在一根封口的管子里。细菌耗尽了管中的氧气,但是管里依然有生物在生长并开始冒泡。列文虎克通过研究胡椒水又有了新的发现,他发现了厌氧菌属(anaerobic bacteria)。厌氧菌能在无氧环境里存活、繁殖。对细菌尤其是厌氧菌的研究,最初源于人们对家中生物的观察。