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神秘的生物膜：它們如何在極端環境中生存？
生物膜，這一微生物的奇妙社群，無論在自然、生產或醫院環境中，無處不在。這些微生物不僅僅是隨水漂浮的單一細胞，它們的存在形式宛如一座座微型“城市”，彼此連接，依附於某種表面，並包裹在一種粘稠的細胞外基質中。這種基質是大多數微生物協同生存的關鍵，能幫助它們適應苛刻的環境。
生物膜由微生物自身分泌的細胞外聚合物（EPSs）組成，其中包括糖類、蛋白質、脂質和DNA等成分。
生物膜的形成與演化
生物膜的起源可以追溯至33億年前，那時的地球環境極端惡劣，這種結構不僅幫助原核生物生存，還促進了細胞之間的複雜互動。最初，這些微生物依靠微弱的范德華力和疏水性相互吸附於某一表面上，隨後發展出更為強固的附著結構，如菌毛或特殊的附著絲。
生物膜的形成過程可分為幾個主要階段。第一步是自由浮游的微生物附著於表面，隨著時間的推移，它們通過細胞分裂和新成員的加入，迅速增長壯大。
這些微生物的相互交流主要通過“群體感應”進行，這讓它們能夠協調行為，共同繁衍。
生物膜的性質與適應性
在生物膜內部，微生物的生理特性與浮游狀態的細胞截然不同。研究表明，處於生物膜中的微生物對外界抗性及對抗抗生素的能力可提高至5000倍。這種強大的適應能力，是因為細胞外基質可以有效地保護膜內的微生物免受外界有害因子的影響。
同時，生物膜也在不斷進化，以應對激烈的環境挑戰。對餌料的有效共享、免疫系統的干預以及多樣的微觀社群結構，讓這些微生物展現出令人驚訝的生存技巧。
在某些情況下，生物膜內部的微生物能更快速地發展出對抗病原菌的抗性，這讓它們在極端環境中生存的效果更加強勁。
極端環境中的生物膜
生物膜的適應性使它們能夠在各種極端環境中生存，例如高溫、鹽分、或極端酸鹼值的水域。在這些環境中，生物膜不僅可以穩定存在，還能夠持續進行代謝過程，對周圍環境變化展現出強大的容忍度。
例如，某些古菌能在無氧的地下水中生長，這些古菌結構中的“纖維”（如hami）對其附著與交互具有重要意義。
生物膜的分散與再利用
分散過程對於生物膜的生命周期至關重要，它讓細胞能夠脫離原有的生物膜，尋找新的生存空間。科學家發現某些酶，例如去氧核糖核酸酶，能有效降解生物膜的細胞外基質，促進細胞的分散，這有助於新生物膜的生成與植入。
分散過程中的微生物會展現出不同的特性，例如在應對免疫系統和感染方面，選擇性地激活相應的基因以提高生存機會。
結語
生物膜不僅僅是一些微生物的聚集體，更是一個功能複雜、相互依賴的生態系統。它們的多樣性和適應性不斷挑戰著我們對生命形式的認知，促使我們思考在面對這些微生物時，我們應該採取什麼樣的態度和方法來科研、更好地利用以及解決相關的問題呢？
