综述 | 地球上的细菌和古菌及其丰富的生物膜

新加坡学者Hans-Curt Flemming 和Stefan Wuertz于2019年2月13日在《Nature Reviews Microbiology》上发表题目为《Bacteria and archaea on Earth and their abundance in biofilms》的综述。该文章主要了分析了两个问题：第一，地球上有多少细菌和古细菌，它们生活在哪里？第二，什么是生物膜？生物膜中有多少古细菌和细菌？

文章摘要

生物是一种具有新兴功能特性的集体生活方式，赋予居住的微生物许多优势，并且它们比单细胞具有更高的组织水平。然而，迄今为止，还没有关于生物膜丰度的全球分析。

我们对生物膜的定义进行了批判性讨论，并汇编了目前主要微生物栖息地中的全球细胞数量，并注意到相关的不确定性。

地球上大多数细菌和古细菌（1.2×10³⁰细胞）存在于“五大”栖息地：深海洋地下（4×10²⁹），上海洋沉积物（5×10²⁸），深大陆次表层（3×10²⁹），土壤（3×10²⁹）和海洋（1×10²⁹）。其余的栖息地，包括地下水，大气层，海洋表面微层，人类，动物和植物圈，在数量级上占了更少的细胞。除了海洋外，生物膜在地球表面的所有栖息地中占主导地位，占细菌和古细菌的约80％。然而，在深层地下，它们不能与单个无柄细胞区分开来;我们估计地下20-80％的细胞以生物膜的形式存在。

因此，总体而言，地球上40-80％的细胞存在于生物膜中。我们得出结论，生物膜驱动所有生物地球化学过程，并代表着活跃的细菌和古细菌生命的主要方式。

文中主要图片说明

图1地球上不同生境中细菌和古细菌的丰度。地球上共有约1.2×10³⁰个细菌和古细菌细胞，细菌和古细菌栖息的“五大”生境为海洋、上海洋沉积物（深至50 cm）、深海、土壤（深至8 m）和深海洋地下。

图2 断裂次海相和大陆玄武岩中的微生物栖息地。微生物细胞通常以微团形式生长，如岩石表面的表观石、岩石裂隙中的裂隙内石、多孔岩石中的隐岩或活跃穿透岩石的真内石，除了少数以浮游细胞形式存在外；在玻璃质玄武岩中，证明了真内石生物的微生物活性。

图3 海洋生物膜定植的界面。虽然海洋被认为是浮游微生物细胞、浮游动物和浮游植物的主要宿主，但非生物矿物（未显示）、有机和合成（塑料）颗粒、大型植物、珊瑚和海绵提供了巨大的表面，就像微生物生物膜一样。TEP: 透明外聚合物颗粒。

图4 真核生物栖息地的生物膜。植物叶片、人、牛和白蚁都是微生物的栖息地。

从叶际和根际到肠道微生物群，这些寄主相关群落表现出许多关键的生物膜特征。

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