無所不在的微生物

禽流感引起的恐慌籠罩著全球，而在經濟全球化的同時，世界各地的微生物也藉著全球旅人的遷移展開無國界的旅程。例如 SARS 原本是中國區域性的傳染病，但藉由各式交通工具的散布而成為全球性的災難。若當時發生大規模的感染，預測會比 1918 年第一次世界大戰後的「西班牙流行性感冒」，侵襲了全球五分之一人口的慘痛經驗來得更為嚴重。到底是何方神聖造成如此世界性恐慌呢？

在生活環境中，例如空氣、水、食物等，充滿著千百種、億兆個的微生物，它們無法以肉眼看見，卻幾乎無所不在。這些必須在顯微鏡下才現形的微小生物統稱為微生物，包括病毒、細菌、藻類、真菌、黴菌等。

人類第一次知道微生物的存在，是在四百多年前由荷蘭小雜貨店商人列文虎克（Anton van Leeuwenhoek），透過自製顯微鏡觀察到雨水中有微小的生物。自發現細菌後，科學家開始對微生物產生興趣，思考周遭一些在那個時代認為理所當然的事，例如煮過的肉湯為何還會有細菌孳長。因為沒有人可以具體描述微生物，所以各自以觀察到的想法推理，因而衍生出「自然發生說」與「反對自然發生說」兩派理論。

直到一百多年後，約 19 世紀左右，年輕的法國化學家巴斯德以鵝頸瓶實驗，推翻了微生物會自行產生的學說，重新開啟細菌學研究的大門，他也因此被推崇為細菌學的始祖。在 19 世紀這個科學萌芽的時代，產生了許多互相競爭的科學，也因為開放的討論，讓微生物及相關知識的累積遽增。

在 19 世紀中葉前，中西方對於疾病發生的原因仍然眾說紛紜，直到 19 世紀末，才陸續證明許多疾病與微生物的關係。爾後研究工具如電子顯微鏡等的陸續發明，許多與微生物相關的學問開始大幅進展，包括基礎研究上的遺傳學、分子生物學、免疫學、公共衛生等，以及工業應用上的食品科技、發酵工業、能源替代等。

根據研究，在每平方公分的廚房工作檯面上，可培養出 300 個細菌；浴廁的水龍頭把柄上，可培養出 1 萬個細菌；在廚房的抹布上，每平方公分更可培養出 1 億個細菌。細菌是地球上最古老的生物，分布廣泛，大部分的大小介於 0.5 到 1 微米之間。

至今所知最大的細菌，是由德國麥斯賓克海洋微生物學院的生物學家舒爾斯（Heide Schulz），於 1999 年在非洲的納米比亞海岸發現的。其菌體成圓球狀，最大的直徑有 0.75 厘米，體積是一般細菌的數百萬倍，肉眼可見。因為排列成鏈狀，發出閃亮的白色，看起來很像珍珠項鍊，所以命名為 Thiomargarita namibiensis，意思是「納米比亞的硫磺珍珠」。這種細菌的細胞內充滿空泡，可以儲存大量養分，細菌本身也可透過調整空泡大小改變密度，以控制其在水中升降覓食，有如一部升降機。

微生物分布廣泛，從冰冷的北極到熾熱的深海火山岩噴口，都可以找到其蹤跡。還好大都對人體無害，甚至許多微生物還是有益菌。在一般人觀念中，微生物會感染各種動、植物，引起病變甚至導致死亡。然而考量微生物對大多數動、植物及人類所做的有益貢獻，可說是瑕不掩瑜。

以溫泉中發現的嗜熱細菌為例，為適應高溫的環境，這種細菌的蛋白質結構必須不會變性，在高溫下的生化反應才能正常進行。嗜熱細菌的研究造就了分子生物學中一項非常重大的革命，即 DNA 聚合酶連鎖反應（polymerase chain reaction, PCR）技術的成功發展。PCR 是一個利用 DNA 聚合酶在試管內大量合成特定基因的技術，為分子生物領域帶來不少的震撼和影響，大大地加速了生物科技研究的腳步。

使 PCR 技術成功的關鍵物質，就是嗜熱細菌體內的 DNA 聚合酶。事實上，這個關鍵物質是由一位來自臺灣的研究生於 1976 年在美國攻讀碩士學位時發現的。他發現由黃石公園溫泉分離出的嗜熱性細菌，其 DNA 聚合酶具有耐高溫的特性。這份論文後來被 Cetus 公司的米利斯（Kary B. Mullis）所應用，並在 1988 年改以溫泉菌分離的 DNA 聚合酶進行 PCR 的方法重新發表。