微生物也有“社区”？揭开生物被膜的神秘面纱 | 科学世界·视点

说到微生物，你会想到什么，是不是显微镜下那一个个像是小球或者是小棒状的小小生物？但在真实的微生物世界里，这些小家伙并不是 “单打独斗” 的，而是形成了一座座我们看不见的“隐形社区”，那就是由无数微生物手拉手、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 

如果把单个微生物比作孤独的冒险者，那么生物被膜就是它们团结起来建立的繁华社区。这些社区不仅坚固耐用，为微生物们提供了庇护所，还让它们在一个局部的小范围内，能够有更多接触，更近距离地通过各种信号分子进行交流、协作，甚至对抗外界的威胁。毫不夸张地说，生物被膜对微生物的生存有着重要的意义，当然，也对人类社会产生了深远的影响。

今天，就让我们一起走进这座奇妙的“社区”，探索生物被膜的奥秘吧！

揭开神秘面纱

生物被膜是一种由微生物群体构成的复杂结构，它们通过分泌黏性物质，将自己和其他微生物固定在一起，形成一个坚固的社区。生物被膜可以在几乎各种表面上形成，从医疗设备到牙齿，再到工业管道以及巨型轮船，你可能没有留意或者看不到它们，但实际上它们无处不在。

想象一下，你正漫步在一片神秘的森林中，突然发现了一个由树木、藤蔓和苔藓构成的紧密社区。这个社区不仅为居住其中的生物提供保护，还让它们能够更好地抵御外来侵袭，其中的居民乐在其中。生物被膜就是微观世界里类似这样的一种社区。跟我们人类社区类似，它的整体环境和周边的各种“设施”是非常重要的，核心不是其中的各种微生物，而是由多糖（如纤维素）、蛋白质和核酸构成的胞外基质。这是生物被膜的结构框架，它不仅为微生物提供了保护，同时也促进了它们之间的交流。

生物被膜是如何搭建的？

这样一个复杂的微生物群落是如何建造起来的呢？对于微生物来说，这也不是一件容易事，需要像人类盖房子一样先考察场地，然后再辛苦搭建。这个建造过程可以分为几个阶段。最初，一些微生物“先锋”附着在表面上，开始分泌黏性物质。随后，更多的微生物被吸引过来，形成了一个微观的“建筑工地”。随着时间的推移，这些微生物不断分泌物质，构建起一个复杂的三维结构，最终形成了一个成熟的生物被膜。

 生物被膜的形成过程 

01 初来乍到，寻找落脚点

人类选择家园时，总是希望能找到人杰地灵的宝地。而微生物们也希望能找到最利于它们生长和驻扎、最适合自己的那个“家”，这个阶段也是生物被膜的起始阶段。不同微生物的喜好不完全相同，这个“家”可以是医疗器械表面、水管内壁，甚至是我们的牙齿表面。一般来说，营养相对丰富、表面相对粗糙的有机质，更容易讨得微生物的青睐。比如我们常说到的牙菌斑，就是一种典型的生物被膜结构，也是我们体内最常见的生物被膜，里面的微生物有几十甚至上百种。

02 安营扎寨，稳固根基

找到落脚点后，微生物们先是开始小心地进行试探，分泌一些蛋白尝试落脚，看看这里是不是符合自己的预期。如果发现一切都好，就开始大量生产黏性物质，将自己牢牢地黏附在表面上。然后就像搭积木一样，一层一层地构建自己的小窝，这也是生物被膜的成长阶段。

03 筑起高墙，抵御外敌

为了保护自己不受外界干扰，微生物们还会进一步分泌大量胞外基质，其成分非常复杂，而且不同的微生物所分泌的胞外基质的成分也不尽相同，总起来说包括多糖、蛋白、核酸等。这些胞外基质将微生物自己层层包裹，如果在显微镜下观察，能看到形成了明显的三维立体结构，这就预示着生物被膜成熟了。对于生物被膜来说，胞外基质不仅是结构组成的一部分，可以加固生物被膜，使其更加坚固耐用，同时还具有重要的生理功能。它如同堡垒一般，帮助生物被膜内部的菌体抵抗外界的不利环境，甚至是抵御外来侵略者的侵袭。

04 有进有出，动态平衡

随着时间的推移，社区终于大功告成。一个良好的小区，会吸引更多住户入住，同样地，越来越多的微生物加入到了这个大家庭中来，它们通过分裂、繁殖，不断壮大自己的队伍。当然，有进也有出。一个社区的容纳能力是有限的，在新的微生物入住的同时，也有部分微生物从大集体当中脱离出去，寻找新的落脚点。因此，成熟的生物被膜会形成一种动态平衡。自此，这个社区就逐渐稳定下来了。

但看到这里，你可能会想问：这些细菌费这么大劲 “抱团”，到底有什么意义？对我们的生活又会产生哪些具体影响？不妨翻开《科学世界》2025年第1期视点——《微生物的“隐形社区”》来找找答案吧。