《生活自然科学课堂｜发现身边的微生物知识》

1开篇：从日常细节窥见微生物的隐秘世界演讲人CONTENTS开篇：从日常细节窥见微生物的隐秘世界微生物的基础认知：看不见的“身边邻居”身边的微生物栖息地：藏在生活的每个角落微生物的双面性：朋友与敌人的一体两面科学管理身边的微生物：从认知到实践课程总结与展望目录《生活自然科学课堂｜发现身边的微生物知识》各位同学，大家好。我是负责这门生活自然科学课程的讲师，上周我在整理实验室的培养皿样本时，看到了一组特别有意思的菌落：有光滑湿润的乳白色菌落，也有绒毛状的灰绿色菌落，还有边缘不规则的黄色菌落。当时我突然想起前一天早上，我在楼下早餐店帮阿姨收拾操作台时，看到她刚揉好的馒头面团上带着淡淡的酵母香气——那些看不见的微生物，其实就藏在我们每天接触的每一个细节里。今天这堂课，我们就一起走进这个隐秘的微生物世界，从日常的生活场景出发，读懂身边的微生物知识。01开篇：从日常细节窥见微生物的隐秘世界1我的一次课堂意外引入上周的实验课上，有个学生拿着自己从家里手机屏幕上采样的培养皿来找我，说“老师，我是不是把细菌养坏了？”我凑近一看，培养皿上长出了十几颗针尖大小的菌落，仔细观察还能看到细微的光泽变化。我告诉她，这其实是我们皮肤表面和日常接触的微生物正常生长的结果，那天我们就围绕她的这个样本，展开了第一次关于“身边微生物”的讨论。从那之后，我发现很多同学都对“看不见的小生命”充满好奇，但又带着一丝陌生甚至畏惧：比如有人觉得抹布上的霉菌很可怕，有人觉得发酵酸奶的乳酸菌是“好东西”，却不知道两者其实都是微生物家族的成员。2本次课程的核心脉络今天我们的课程将按照四个递进的逻辑展开：首先我们会明确什么是微生物，理清我们日常能接触到的微生物类群；接着我们会逐个梳理生活里的微生物栖息地，从厨房到家居，从公共空间到我们自身的身体；然后我们会聊聊微生物的双面性——它们既是帮我们制作美食、净化环境的伙伴，也是可能引发健康问题的潜在威胁；最后我们会结合日常场景，讲一讲如何科学地管理身边的微生物，既利用它们的价值，又规避不必要的风险。02微生物的基础认知：看不见的“身边邻居”1微生物的定义与范畴首先我们要明确，微生物并不是单一的生物类群，而是对所有个体微小、结构简单，肉眼无法直接观察到的生物的统称。按照常见的分类方式，我们身边的微生物主要包括四大类：第一类是细菌，比如我们熟悉的大肠杆菌、乳酸菌，它们没有完整的细胞核，繁殖速度极快；第二类是真菌，比如酵母菌、霉菌，我们吃的蘑菇其实也是大型真菌，但日常接触的大多是microscopic的酵母菌和霉菌；第三类是原生生物，比如草履虫、变形虫，这类生物大多生活在水环境里，我们在池塘水样本里经常能看到；第四类是病毒，它们没有完整的细胞结构，必须寄生在其他生物的细胞里才能繁殖，比如我们熟悉的流感病毒、新冠病毒。2微生物的生存共性虽然微生物的种类繁多，但它们都有几个共同的生存特点：第一是“无处不在”，只要有合适的温度、水分和营养物质，它们就能存活——从沙漠的岩石缝隙到深海的热泉口，从我们的皮肤表面到冰箱的冷藏层，几乎没有微生物无法生存的环境；第二是“繁殖速度极快”，比如大肠杆菌在适宜的条件下，每20分钟就能繁殖一代，一个细菌经过8小时就能繁殖出数百万个后代；第三是“适应性强”，很多微生物可以在极端环境下存活，比如耐盐的嗜盐菌可以在高盐的泡菜坛里生长，耐低温的嗜冷菌可以在冰箱里繁殖。3我们常见的微生物类群在日常生活里，我们接触最多的微生物其实是细菌和真菌：比如我们吃的酸奶里的乳酸菌，用来发面的酵母菌，发霉面包上的霉菌，这些都是我们能直观感受到的微生物。很多同学可能会觉得“病毒离我们很远”，但其实流感病毒、诺如病毒这些都是我们每年都会接触到的微生物。我之前在给学生讲病毒的时候，有个同学问“病毒是不是都是坏的？”其实不是，比如我们用来治疗糖尿病的胰岛素，现在很多都是通过转基因的大肠杆菌生产的，这里的大肠杆菌就是经过改造的有益微生物。03身边的微生物栖息地：藏在生活的每个角落1厨房：微生物的“美食天地”厨房是我们家里微生物最密集的地方，这里有充足的营养物质、水分和适宜的温度，几乎是微生物的“天堂”。1厨房：微生物的“美食天地”1.1发酵食品中的有益微生物很多我们日常爱吃的食物，其实都是微生物发酵的产物：比如我们常吃的泡菜，就是利用乳酸菌在厌氧环境下分解蔬菜里的糖分，产生乳酸，让泡菜带有独特的酸味；我妈妈每年冬天都会做泡菜，她总是会提醒我“坛沿的水一定要加满，不然空气进去了，泡菜就会发霉”——这就是因为乳酸菌是厌氧细菌，需要隔绝空气才能正常繁殖。还有我们吃的馒头、面包，都是靠酵母菌分解面粉里的葡萄糖，产生二氧化碳，让面团变得蓬松；啤酒、葡萄酒的酿造，也是依靠酵母菌发酵产生酒精和二氧化碳。我去年去过青岛的一家啤酒厂，看到巨大的发酵罐里装满了淡黄色的液体，工人告诉我，每升啤酒里大概有几十亿个酵母菌，正是这些小生命赋予了啤酒独特的风味。1厨房：微生物的“美食天地”1.2未清洁区域的潜在有害微生物但厨房也是有害微生物容易滋生的地方：比如我们切生肉的案板，如果没有彻底清洗，就会残留沙门氏菌、大肠杆菌这些致病菌；我之前有个学生，因为用同一块案板切生肉和凉拌菜，吃了之后出现了腹痛腹泻的症状，后来检测发现案板上有大量的沙门氏菌。还有我们常用的抹布，很多人用完之后就随便扔在水槽边，其实抹布上会滋生大量的金黄色葡萄球菌、霉菌，我曾经做过一个小实验：把一块使用了一周的抹布放在培养皿里，24小时后就长出了几十颗菌落，其中还有一颗是带有绿色荧光的铜绿假单胞菌，这种细菌会引发呼吸道和皮肤感染。冰箱里的食物也会藏有微生物，比如耶尔森菌可以在4℃的冷藏环境下繁殖，所以剩饭一定要彻底加热后再吃。2家居空间：隐秘的微生物聚集地除了厨房，我们家里的其他地方也藏着大量的微生物。2家居空间：隐秘的微生物聚集地2.1高频接触的表面比如我们每天都会摸的手机屏幕、电脑键盘、电梯按钮、公交扶手，这些地方的微生物数量非常多。我之前做过一个家庭采样实验：分别从手机屏幕、马桶圈、沙发扶手三个地方采样，结果发现手机屏幕上的菌落数量最多，每平方厘米大概有几千个菌落，主要是表皮葡萄球菌和痤疮丙酸杆菌，这些细菌来自我们的手部和皮肤。马桶圈其实反而因为经常被消毒，菌落数量比手机屏幕少很多。2家居空间：隐秘的微生物聚集地2.2易积尘的隐蔽区域比如沙发缝隙、地毯、空调滤网、书架背面，这些地方容易积灰，也容易滋生霉菌和螨虫。我去年帮一位客户清理家里的空调滤网，拆下来的时候发现滤网上面覆盖了一层黑色的霉菌，客户说她最近经常打喷嚏，后来医生告诉她是因为空调里的霉菌孢子引发了过敏性鼻炎。还有我们的床垫，每年都会积累大量的皮屑和灰尘，里面会滋生尘螨和霉菌，这些微生物会引发过敏反应，所以建议大家每半年就更换一次床单被罩，定期晾晒床垫。3公共环境：集体共享的微生物群落公共空间是微生物“共享”的地方，我们每天都会接触到来自不同人的微生物。3公共环境：集体共享的微生物群落3.1交通与办公场所比如地铁车厢、办公室的会议室、学校的教室，这些地方人员密集，微生物会通过飞沫、接触等方式传播。比如冬天流感高发期，教室里面的流感病毒可以在空气中存活数小时，通过呼吸道飞沫传播给其他人。我曾经在学校的实验室里做过一个测试：在教室的课桌上采样，24小时后培养出了流感病毒的类似菌株，这说明公共空间里的微生物传播速度非常快。3公共环境：集体共享的微生物群落3.2餐饮与娱乐空间比如餐厅的餐桌、KTV的话筒、电影院的座椅，这些地方的微生物数量也很多。比如餐厅的餐具如果没有彻底消毒，就会残留大肠杆菌、肝炎病毒等致病菌；我去年在一家餐厅吃饭，看到服务员用抹布擦完桌子后，直接擦了酒杯，后来检测发现酒杯上有大量的金黄色葡萄球菌。4人体自身：微生物的“第二家园”我们的身体本身就是一个巨大的微生物栖息地，大概有100万亿个微生物生活在我们的皮肤、肠道、口腔里，它们的总重量大概有1.5公斤，相当于我们的肝脏重量。4人体自身：微生物的“第二家园”4.1肠道菌群与消化健康肠道里的微生物大概有1000多种，它们帮助我们分解食物里的膳食纤维，合成维生素B和维生素K，还能调节我们的免疫系统。我自己曾经因为感冒吃了一周的抗生素，结果出现了拉肚子的症状，后来医生告诉我，抗生素杀死了肠道里的有益菌群，导致肠道菌群失调，后来我每天喝两杯酸奶，补充了乳酸菌，大概一周后就恢复了正常。现在很多研究都表明，肠道菌群和我们的情绪也有关系，比如“肠脑轴”，肠道里的微生物会通过神经递质影响我们的情绪，所以很多人在吃了喜欢的发酵食品后，会感觉心情变好。4人体自身：微生物的“第二家园”4.2皮肤与呼吸道的菌群平衡我们的皮肤表面生活着大量的细菌，比如表皮葡萄球菌、痤疮丙酸杆菌，这些细菌可以帮助我们抵御外来的致病菌，维持皮肤的酸碱平衡。如果我们过度清洁皮肤，比如每天用肥皂洗好几次脸，就会破坏皮肤的菌群平衡，导致皮肤干燥、长痘。呼吸道里的微生物也很重要，比如鼻腔里的细菌可以帮助我们抵御流感病毒，但是如果我们受凉或者熬夜，免疫力下降，这些细菌就会大量繁殖，引发感冒。04微生物的双面性：朋友与敌人的一体两面1微生物的有益价值微生物对我们的生活有着不可替代的作用，它们既是我们的美食伙伴，也是环境的清洁工，还是医药领域的重要支撑。1微生物的有益价值1.1食品与发酵产业的核心参与者除了我们之前提到的泡菜、馒头、啤酒，还有很多食品都是依靠微生物制作的：比如奶酪，是依靠乳酸菌和霉菌发酵牛奶制成的，不同的霉菌会赋予奶酪不同的风味，比如蓝纹奶酪就是用青霉菌发酵的；比如酱油，是依靠霉菌、酵母菌和细菌共同发酵大豆和小麦制成的；比如腐乳，是依靠毛霉发酵豆腐制成的，毛霉会分解豆腐里的蛋白质，让腐乳变得软糯鲜香。1微生物的有益价值1.2环境修复与物质循环的关键力量微生物是大自然的“清洁工”，它们可以分解动植物的遗体、粪便、油污等有机物，把它们转化为无机物，重新回到自然界的物质循环里。比如2010年墨西哥湾漏油事件，科学家们就利用了嗜油菌来分解海上的石油，短短几个月就降解了大量的石油，减少了对海洋环境的破坏。我们家里的厨余垃圾，也可以依靠微生物堆肥处理，我去年在家做了一个小型堆肥箱，把果皮、菜叶、鸡蛋壳放进箱子里，加入EM菌（一种复合微生物制剂），大概一个月后就变成了肥沃的土壤，用来种花效果特别好。1微生物的有益价值1.3医药与健康领域的重要支撑微生物是很多药物的来源，比如青霉素，是由青霉菌产生的，弗莱明在1928年发现了青霉素，从此人类进入了抗生素时代，很多以前无法治愈的疾病，比如肺炎、败血症，现在都可以被治愈。现在很多生物制药公司都是利用转基因的微生物来生产药物，比如胰岛素、干扰素、乙肝疫苗，这些药物都是通过大肠杆菌或者酵母菌生产的，大大降低了药物的成本。2微生物的潜在风险虽然大多数微生物对我们是有益的，但也有一部分微生物会引发疾病，也就是我们常说的致病菌。2微生物的潜在风险2.1食源性感染的常见诱因食源性感染是我们日常生活中最常见的微生物危害，比如沙门氏菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、黄曲霉毒素等。比如生鸡蛋里含有沙门氏菌，如果吃了未煮熟的溏心蛋，就可能会引发腹痛腹泻；发霉的花生、玉米里含有黄曲霉毒素，这是一种强致癌物质，长期食用会增加患肝癌的风险。我去年有个朋友，因为吃了发霉的花生，结果出现了肝功能异常，后来住院治疗了一个月才恢复。2微生物的潜在风险2.2接触传播的病原微生物比如流感病毒、诺如病毒、金黄色葡萄球菌，这些微生物可以通过接触、飞沫等方式传播。比如诺如病毒经常在学校、餐厅等集体场所爆发，主要通过粪口途径传播，感染后会出现呕吐、腹泻等症状。金黄色葡萄球菌可以通过皮肤伤口传播，比如我们手上的小伤口，如果接触了被污染的物品，就可能会引发皮肤感染，比如疖、痈等。2微生物的潜在风险2.3失衡状态下的机会性危害很多微生物其实是我们身体里的正常菌群，只有当我们的免疫力下降或者菌群平衡被打破的时候，它们才会引发疾病，也就是机会致病菌。比如我们肠道里的大肠杆菌，正常情况下可以帮助我们消化食物，但是如果我们的肠道黏膜受损，大肠杆菌就会进入血液，引发败血症。比如糖尿病患者的伤口容易感染，就是因为他们的血糖水平高，皮肤表面的菌群失衡，致病菌大量繁殖，导致伤口难以愈合。05科学管理身边的微生物：从认知到实践1日常清洁的科学方法很多同学觉得“只要用消毒液擦东西，就能杀死所有微生物”，其实这种想法是错误的，我们需要掌握科学的清洁方法，既杀死有害微生物，又保留有益菌群。1日常清洁的科学方法1.1洗手与手部卫生的正确逻辑洗手是预防微生物传播最有效的方法之一，但是很多人洗手的方式不对。正确的洗手方法应该是：用流动的水打湿双手，涂上肥皂，搓洗20秒以上，重点清洗手心、手背、手指缝、指甲缝、手腕等部位，然后用流动的水冲洗干净，最后用干净的毛巾或者纸巾擦干。肥皂的作用不是杀死细菌，而是破坏细菌的细胞膜，让它们随着水流冲走，而且肥皂可以去除手上的油脂和污垢，这些油脂和污垢是微生物的营养物质。我曾经给学生演示过：用洗手液洗手前，在手上涂一些大肠杆菌，洗手后用培养皿采样，几乎没有菌落生长；但是如果只用清水洗手，培养皿上还是会有大量的菌落。1日常清洁的科学方法1.2家居物品的清洁与消毒原则不同的家居物品需要用不同的清洁方法：比如厨房的案板，应该生熟分开，切生肉的案板和切凉拌菜的案板要分开使用，每次使用后要用开水烫洗，或者用消毒柜消毒；抹布应该每周更换一次，或者用开水煮10分钟消毒；冰箱应该每月清理一次，把过期的食物扔掉，用稀释的消毒液擦拭内壁；沙发、地毯应该每周用吸尘器清理一次，减少灰尘和微生物的积累。需要注意的是，不要过度使用消毒液，比如每天用84消毒液擦地板，会杀死土壤里的有益菌群，导致植物无法吸收养分，还会破坏家里的微生物平衡。2食品处理与储存的微生物控制食品处理和储存是预防微生物危害的关键环节。2食品处理与储存的微生物控制2.1生熟分开的核心意义生肉、生海鲜里含有大量的致病菌，比如沙门氏菌、大肠杆菌，所以切生肉的刀具和案板不能用来切即食食品，比如凉拌菜、水果，否则会把致病菌带到即食食品上，引发食源性感染。我之前在学校的食堂里看到，厨师用同一把刀切生肉和切水果，后来检测发现水果上有大量的沙门氏菌，这就是生熟不分导致的。2食品处理与储存的微生物控制2.2食物储存的温度与时限管理食物储存的温度和时限非常重要：比如新鲜的肉类应该放在冰箱的冷冻层，温度控制在-18℃以下，可以保存几个月；熟食应该放在冰箱的冷藏层，温度控制在4℃以下，保存时间不要超过24小时；剩饭应该在出锅后2小时内放进冰箱，避免微生物大量繁殖。需要注意的是，冰箱里的食物不能存放太久，即使是冷藏的食物，也会滋生嗜冷菌，比如耶尔森菌，所以剩饭一定要彻底加热到70℃以上，才能杀死大部分的微生物。3主动利用微生物改善生活除了避免微生物的危害，我们还可以主动利用微生物来改善我们的生活。3主动利用微生物改善生活3.1家庭发酵食品的制作实践我们可以在家制作一些发酵食品，比如酸奶、泡菜、馒头，这些食品不仅美味，还能补充有益的微生物。比如制作酸奶，只需要把纯牛奶加热到40℃左右，加入乳酸菌粉，放在温暖的地方发酵6-8小时，就能得到美味的酸奶；制作泡菜，只需要把蔬菜洗净放进坛子里，加入盐水和少量的白酒，密封坛沿，放在阴凉的地方发酵一周左右，就能得到酸甜可口的泡菜。我去年在家做了一次泡菜，用的是白菜、萝卜、辣椒，发酵一周后打开坛子，闻到了淡淡的酸味，尝了一口特别清爽，而且里面的乳酸菌含量非常高，对肠道健康很有好处。3主动利用微生物改善生活3.2厨余垃圾的微生物堆肥处理厨余垃圾占家庭垃圾的很大一部分，我们可以用微生物堆肥的方式来处理厨余垃圾，把它们变成肥沃的土壤。堆肥的方法很简单：找一个箱子或者桶，在底部铺上一层树枝和树叶，然后加入厨余垃圾（果皮、菜叶、鸡蛋壳等），再加入少量的EM菌，然后盖上盖子，每隔几天翻一次堆，大概一个月后就能得到肥沃的堆肥土壤，用来种花、种菜效果特别好。我去年用这种方法处理了家里的厨余垃圾，不仅减少了垃圾的排放量，还得到了肥沃的土壤，种出来的番茄特别甜。4避免过度消毒的认知误区很多人觉得“消毒越频繁越好”，其实过度消毒会带来很多问题：首先，过度使用消毒液会杀死家里的有益菌群，比如土壤里的微生物、肠道里的有益菌，导致环境和身体的微生物平衡被打破；其次，过度消毒会让致病菌产生耐药性，比如很多细菌已经对青霉素产生了耐药性，就是因为我们过度使用抗生素；最后，过度消毒会破坏我们的免疫系统，比如孩子如果长期生活在过于干净的环境里，免疫系统得不到锻炼，