Microbiology: A Very Short Introduction（微生物學：牛津簡明入門）

引用

Money, N. P. (2014). Microbiology: A Very Short Introduction. Oxford University Press.

章節概要

本書是牛津大學出版社「Very Short Introductions」（牛津通識讀本）叢書的第413種，約120頁，共七章，附有參考文獻和索引。根據出版社的介紹，本書講述微生物世界的廣度以及研究它的方法，從傳統的顯微觀察和實驗室培養，一直到DNA定序、基因體分析和遺傳操作；接著說明微生物學的進展如何影響醫學、農業和生物技術。作者是一位真菌學家，任俄亥俄州邁阿密大學植物學教授，寫過多本關於真菌和其他微生物的大眾讀物。

第1章：微生物多樣性

第一章介紹微生物的三大類群。細菌和古菌是原核生物，遺傳物質位於一條染色體上；真核生物則把大部分基因體分布在多條染色體上。本章說明細菌物種是如何被鑑定的：依據細胞形態和代謝、革蘭氏染色，以及RNA和DNA序列。書中列出已命名細菌和古菌的數量，並概覽真核生物的各個超類群：每個超類群都包含單細胞生物，其中五個完全由微生物組成。

第2章：微生物如何運作

這一章探討是什麼維持著微生物細胞的生命。每個活躍的細胞都需要水和能量來源。即使在極其乾燥或含鹽量很高的棲地中，水也不可或缺，因為酵素只有在水合狀態下才能作用。能量對光合微生物而言來自陽光，對其他微生物而言來自化學物質。本章接著討論極端的溫度、酸度等條件如何限制微生物生命，並得出結論：只要有液態水，微生物幾乎在任何地方都能繁盛。

第3章：微生物遺傳學與分子微生物學

此處焦點轉向基因和基因體。本章說明，細胞結構和代謝由編碼在雙股DNA中的基因決定；介紹自動化定序如何產出數以千計的微生物基因體，以及基因體大小如何差異懸殊：最大的原核生物基因體與最小的真核生物基因體在大小上互相重疊。本章也討論突變在演化中的作用，並把原核生物嚴格的無性繁殖與真核微生物的有性生殖相對照。

第4章：病毒

病毒一章的視野超出了人類疾病。病毒控制著細菌、古菌和真核生物的族群數量，並透過破壞細胞，在水體和土壤中釋放大量養分。本章說明如何依據基因體類型和複製機制把病毒分為七類，以及病毒基因如何借助宿主細胞的機器得以表現。

第5章：人類健康與疾病的微生物學

自巴斯德以來，微生物學一直以病原體研究為主，但這一章同樣重視人體微生物相（microbiome）。它描述了棲息在腸道、生殖道和呼吸道中的微生物，包括細菌、病毒、古菌、真菌和其他真核生物，並指出其中大多數是有益的，只有少數可能致病。

第6章：微生物生態與演化

本章把微生物描述為植物和動物生命的生化基礎。在陸地上，涉及的主題包括固氮、亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽、磷和微量元素的可利用性，以及有機物的再循環。在海洋中，細菌和古菌構成了大部分生物量，真核藻類則遍布表層水體。

第7章：農業和生物技術中的微生物

最後一章轉向應用研究：提高土壤肥力、防治植物病害以及開發基因改造作物。其出發點是：單靠自然的土壤肥力，無法支撐為不斷增長的人口服務的集約化農業。本章也指出，在森林砍伐後的土地上集約放牧牛群是不可持續的。

核心概念

第1–2章：微生物多樣性；微生物如何運作

• 三域：細菌、古菌和真核生物。前兩者是原核生物，真核微生物分布在多個超類群中。
• 鑑定方法：細胞形態、代謝、革蘭氏染色和核酸序列。
• 對水和能量的需求：活躍的細胞需要水合的酵素，以及光能或化學能等能量來源。
• 極端環境中的生命：微生物能耐受極端溫度和酸度，凡有液態水之處都能繁盛。

第3–4章：微生物遺傳學與分子微生物學；病毒

• 基因體定序：使數千個微生物基因體的比較成為可能的自動化方法。
• 無性生殖與有性生殖：原核生物只進行無性繁殖，許多真核微生物還能進行有性生殖。
• 病毒分類：依基因體類型和複製機制劃分的七類病毒。
• 生態系中的病毒：病毒透過殺死細胞來控制微生物族群並釋放養分。

第5–7章：健康與疾病；生態與演化；農業與生物技術

• 人體微生物相：生活在人體內的微生物群落，其中大多數有益。
• 養分循環：使土壤肥沃、使有機物再循環的微生物氧化還原化學。
• 海洋微生物：細菌和古菌構成海洋生物量的大部分，並驅動海洋食物網。
• 應用微生物學：土壤改良、植物病害防治和基因改造作物。

評析

優點

• 對微生物世界的廣闊視野。 除細菌之外，病毒、真菌和原生生物也受到關注。生態一章把微生物視為陸地和海洋生態系的基礎，而不主要視為病原體。對於只透過醫學接觸過微生物學的學生來說，這是一種有益的修正。
• 既談生物，也談方法。 出版社的介紹強調，本書說明了微生物是如何被研究的，從顯微觀察和培養到定序和基因體學。這一點很重要，因為現代微生物學在很大程度上仰賴偵測那些無法在實驗室中培養的生物。
• 對健康問題的處理較為平衡。 健康一章明確地把長久以來對病原體的關注與近年的微生物相研究相對照，並強調人體內外的大多數微生物是有益的。
• 篇幅精簡。 約120頁、七章的篇幅幾次就能讀完，適合在閱讀大部頭教科書之前作為最初的概覽。

局限

• 數據已顯陳舊。 本書出版於2014年，物種數量、已定序基因體數量和人體微生物相規模等數字都反映了當時的情況。例如，健康一章引用的細菌細胞與人體細胞之比，後來的研究已經下修：Sender、Fuchs 和 Milo（2016）估計這個比例接近一比一。從那之後，基因體數量更是大幅增加。
• 未涉及近期疫情。 本書寫於新冠肺炎疫情之前，病毒一章無法討論此後的病毒學和流行病學進展。
• 不是課程教科書。 作為一本面向一般讀者的小書，它沒有系統講述微生物的代謝、細胞結構、生長或控制，不能依靠它來準備考試。

在課程中的定位

本書是這門課程書單中最短的一本，最適合用作入門導引。書單上的教科書對同樣的內容作了詳細論述。OpenStax 的 Microbiology 是一部免費的一學期教科書，介紹主要微生物類群後，重點講述感染、免疫以及依器官系統劃分的疾病。Tortora 等人的 Microbiology: An Introduction 是一部完整的課程教科書，採用以案例為基礎的示例，對象包括非主修學生和準備從事醫療照護職業的人。Brock Biology of Microorganisms 是面向理科主修學生的普通微生物學教科書，對多樣性和生態的重視程度不亞於醫學。先讀 Money 的書再讀 Brock，可以為這類教科書做好準備。

在更專門的層次上，White、Drummond 與 Fuqua 的 The Physiology and Biochemistry of Prokaryotes 深入發展了 Money 第2章的內容，也就是原核細胞如何取得能量並對環境作出反應；Snyder and Champness Molecular Genetics of Bacteria 則全面展開了他第3章的主題。

如何使用本書

除高中生物外不需要其他背景知識。本書適合多類讀者：即將開始修習微生物學課程的學生、需要概覽的其他理科學生，以及一般讀者。

• 課程開始前： 通讀全書。分類、基因體學和微生物生態是第一本教科書最容易顯得零散的領域，因此第1、3、6章是最有用的預備閱讀。
• 課程進行中： 學習病毒學單元時搭配閱讀第4章，學習感染和正常菌叢單元時搭配閱讀第5章。
• 選讀： 第7章是最偏應用的一章。對農業或生物技術有興趣的讀者會需要它，其他讀者可以略過。
• 核對數字： 把物種、基因體和微生物相細胞的數量視為2014年前後的數據，並與最新教科書中的估計值相比較。

一個有用的練習是：列出每章提到的生物和過程，再找出課程教科書在哪裡對它們作了詳細論述。