微生物也有“社區”？揭開生物被膜的神秘面紗 | 科學世界·視點

說到微生物，你會想到什么，是不是顯微鏡下那一個個像是小球或者是小棒狀的小小生物？但在真實的微生物世界里，這些小家伙并不是 “單打獨斗” 的，而是形成了一座座我們看不見的“隱形社區”，那就是由無數微生物手拉手、肩并肩共同建造的“生物被膜”。

 表皮葡萄球菌形成的生物被膜 

如果把單個微生物比作孤獨的冒險者，那么生物被膜就是它們團結起來建立的繁華社區。這些社區不僅堅固耐用，為微生物們提供了庇護所，還讓它們在一個局部的小范圍內，能夠有更多接觸，更近距離地通過各種信號分子進行交流、協作，甚至對抗外界的威脅。毫不夸張地說，生物被膜對微生物的生存有著重要的意義，當然，也對人類社會產生了深遠的影響。

今天，就讓我們一起走進這座奇妙的“社區”，探索生物被膜的奧秘吧！

揭開神秘面紗

生物被膜是一種由微生物群體構成的復雜結構，它們通過分泌黏性物質，將自己和其他微生物固定在一起，形成一個堅固的社區。生物被膜可以在幾乎各種表面上形成，從醫療設備到牙齒，再到工業管道以及巨型輪船，你可能沒有留意或者看不到它們，但實際上它們無處不在。

想象一下，你正漫步在一片神秘的森林中，突然發現了一個由樹木、藤蔓和苔蘚構成的緊密社區。這個社區不僅為居住其中的生物提供保護，還讓它們能夠更好地抵御外來侵襲，其中的居民樂在其中。生物被膜就是微觀世界里類似這樣的一種社區。跟我們人類社區類似，它的整體環境和周邊的各種“設施”是非常重要的，核心不是其中的各種微生物，而是由多糖（如纖維素）、蛋白質和核酸構成的胞外基質。這是生物被膜的結構框架，它不僅為微生物提供了保護，同時也促進了它們之間的交流。

生物被膜是如何搭建的？

這樣一個復雜的微生物群落是如何建造起來的呢？對于微生物來說，這也不是一件容易事，需要像人類蓋房子一樣先考察場地，然后再辛苦搭建。這個建造過程可以分為幾個階段。最初，一些微生物“先鋒”附著在表面上，開始分泌黏性物質。隨后，更多的微生物被吸引過來，形成了一個微觀的“建筑工地”。隨著時間的推移，這些微生物不斷分泌物質，構建起一個復雜的三維結構，最終形成了一個成熟的生物被膜。

 生物被膜的形成過程 

01 初來乍到，尋找落腳點

人類選擇家園時，總是希望能找到人杰地靈的寶地。而微生物們也希望能找到最利于它們生長和駐扎、最適合自己的那個“家”，這個階段也是生物被膜的起始階段。不同微生物的喜好不完全相同，這個“家”可以是醫療器械表面、水管內壁，甚至是我們的牙齒表面。一般來說，營養相對豐富、表面相對粗糙的有機質，更容易討得微生物的青睞。比如我們常說到的牙菌斑，就是一種典型的生物被膜結構，也是我們體內最常見的生物被膜，里面的微生物有幾十甚至上百種。

02 安營扎寨，穩固根基

找到落腳點后，微生物們先是開始小心地進行試探，分泌一些蛋白嘗試落腳，看看這里是不是符合自己的預期。如果發現一切都好，就開始大量生產黏性物質，將自己牢牢地黏附在表面上。然后就像搭積木一樣，一層一層地構建自己的小窩，這也是生物被膜的成長階段。

03 筑起高墻，抵御外敵

為了保護自己不受外界干擾，微生物們還會進一步分泌大量胞外基質，其成分非常復雜，而且不同的微生物所分泌的胞外基質的成分也不盡相同，總起來說包括多糖、蛋白、核酸等。這些胞外基質將微生物自己層層包裹，如果在顯微鏡下觀察，能看到形成了明顯的三維立體結構，這就預示著生物被膜成熟了。對于生物被膜來說，胞外基質不僅是結構組成的一部分，可以加固生物被膜，使其更加堅固耐用，同時還具有重要的生理功能。它如同堡壘一般，幫助生物被膜內部的菌體抵抗外界的不利環境，甚至是抵御外來侵略者的侵襲。

04 有進有出，動態平衡

隨著時間的推移，社區終于大功告成。一個良好的小區，會吸引更多住戶入住，同樣地，越來越多的微生物加入到了這個大家庭中來，它們通過分裂、繁殖，不斷壯大自己的隊伍。當然，有進也有出。一個社區的容納能力是有限的，在新的微生物入住的同時，也有部分微生物從大集體當中脫離出去，尋找新的落腳點。因此，成熟的生物被膜會形成一種動態平衡。自此，這個社區就逐漸穩定下來了。

但看到這里，你可能會想問：這些細菌費這么大勁 “抱團”，到底有什么意義？對我們的生活又會產生哪些具體影響？不妨翻開《科學世界》2025年第1期視點——《微生物的“隱形社區”》來找找答案吧。