關于微生物學的幾點哲學思考

1、關于微生物學的幾點哲學思考鄒水洋 羅詩裕 郭祀遠摘要：基于唯物辯證法的基本思路，討論了微生物的多樣性與統(tǒng)一性、微生物運動的絕對性與相對性以及微生物世界的對立統(tǒng)一等基本哲學問題；分析了內(nèi)因與外因、質(zhì)量與量變、必然性與偶然性等哲學范疇對生產(chǎn)實踐的指導意義。關鍵詞：唯物辯證主義；科學哲學；微生物學；對立統(tǒng)一眾所周知，近代生命科學中的達爾文進化論和細胞學說是馬克思主義哲學形成的重要自然科學基礎。當代生命可續(xù)的迅猛發(fā)展勢必對馬克思主義哲學的研究與發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。微生物學作為生命科學領域內(nèi)發(fā)展最快、影響最大、體現(xiàn)生命科學發(fā)展主流的前沿科學，其知識體系不僅涵蓋了生命科學領域的許多重大進展，而且蘊含著非常

2、豐富的辯證唯物主義思想。深入發(fā)掘、研究微生物學中的哲學思想對充實和發(fā)展辯證唯物主義具有積極意義。另一方面，辯證唯物主義是各門具體學科的總結與升華，又對這些具體學科的研究具有重要的指導作用。恩格斯曾經(jīng)指出：“對于現(xiàn)今的自然科學來說，辯證法恰好是最重要的思維形式，因為只有辯證法才能為自然界中出現(xiàn)的發(fā)展過程，為各種普遍聯(lián)系，為從一個研究領域向另一個研究領域過渡提供了模式，從而提供了說明方法?！鄙羁陶J識這種辯證關系，能幫助我們在微生物學中貫徹辯證唯物主義的指導作用，更好地促進知識學習、科學研究和生產(chǎn)實踐。本文對微生物學中的基本哲學思想及其實踐指導意義做了初步的闡述和探討。1、 微生物學中的基本哲學思想

3、微生物不僅具有所有生物共同性的一面，如都具有新陳代謝、生長繁殖、遺傳變異等基本特征；同事也具有其自身獨特性的一面，如形態(tài)微小，繁殖快速，適應性強，分布廣泛等特點。微生物的各種生命現(xiàn)象及其活動規(guī)律生動地表現(xiàn)了辯證唯物主義的基本思想。（1） 微生物的多樣性與統(tǒng)一性微生物最引人注目的特點之一就是其極其豐富的生物多樣性，主要表現(xiàn)在其種類繁多、分布廣泛、代謝類型極為豐富等諸多方面。地球上有分類記錄的物種大約有200萬種，其中，微生物超過20萬種，而且其數(shù)量還在急劇增加，有人估計已發(fā)現(xiàn)的微生物種類至多也不超過自然界中微生物總數(shù)的10%。凡有生物圈的地方就有微生物的蹤跡，不論在動植物體內(nèi)外，還是在土壤、河流

4、、空氣甚至各種惡劣的極端環(huán)境，都有微生物的存在。微生物生理代謝類型之多，是動植物遠遠不及的，理論上自然界各種有機物都可以找到相應的微生物來分解；微生物有著最多樣的產(chǎn)能方式，能夠合成各種復雜的有機物，能夠抵抗各種極端環(huán)境等等。盡管微生物多種多樣，但微生物世界具有統(tǒng)一性，這個統(tǒng)一性就是它的物質(zhì)性。首先構成微生物細胞（或毒粒）的物質(zhì)基礎是各種元素。這些元素都來自于自然界，它們以各種有機物、無機物的形式存在于細胞（）中，甚至很多生命物質(zhì)在化學組成和立體結構上都呈現(xiàn)高度的一致性，如所有微生物構成蛋白質(zhì)的原料都是20余種基本氨基酸，它們都是L-型-氨基酸（脯氨酸例外）；微生物活動需要的能量也不是憑空產(chǎn)生的

5、，它們來自于光的照射和化學物質(zhì)的反應，同樣遵守能量守恒定律。其二，微生物和其他生物一樣都具有新陳代謝、生長繁殖、遺傳變異等基本生命特征，它們都共用一套“三聯(lián)體”遺傳密碼，甚至微生物基因組上含有與高等生物同源的基因，這些都證明了生物界的高度統(tǒng)一性。其三，從哲學的“物質(zhì)”來講，不論微生物如何豐富多樣，如何變化多端，它們都是可以被人類認知的客觀存在，不受什么“神秘物質(zhì)”和“神秘力量”的支配。隨著科技的發(fā)展，越來越多的微生物為人類所認識、所利用，近年來一些特殊微生物的發(fā)現(xiàn)甚至打破了人類對于生物的傳統(tǒng)觀念，引發(fā)了許多關于生命現(xiàn)象的哲學討論。如一些極端嗜熱微生物能在100以上的高溫正常生長；朊病毒的化學組

6、成中竟然沒有核酸，只有蛋白質(zhì)存在?？茖W的新發(fā)現(xiàn)，一方面更豐富了微生物的多樣性，另一方面也進一步證明了微生物世界的統(tǒng)一性。需要特別指出的是：正是由于微生物極其豐富的生物多樣性以及過于微小、不易觀察等原因，決定了微生物多樣性與統(tǒng)一性的認識必然是一個長期而艱巨的過程。自然界絕大多數(shù)微生物對人類而言還是未知世界，其物種的產(chǎn)生于消亡是在人類不知不覺中發(fā)生的，當然就更談不上對他們的控制與利用。1992年聯(lián)合國環(huán)境發(fā)展大會通過的生物多樣性公約明確指出，微生物和動植物一樣是寶貴的自然資源。積極保護與合理開發(fā)微生物資源不僅是人類可持續(xù)發(fā)展的重要保證，而且對于解決人類社會現(xiàn)在面臨的能源危機、環(huán)境惡化、疾病防治等一

7、系列重大問題具有重要的現(xiàn)實意義。（2） 微生物在自然界的普遍聯(lián)系自然界中的各種微生物極少單獨存在，總是較多地聚在一起以群體的形式出現(xiàn)，也常常與其他生物共存于一個限定的空間內(nèi)，這樣它們之間可能發(fā)生各種聯(lián)系和相互作用，并由此構成各種生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)中微生物與環(huán)境之間有著密切的關系，微生物的生命活動依賴于環(huán)境，同時也影響著環(huán)境。微生物之間、微生物與其他生物之間也存在著相互依存、相互制約的非常復雜而多樣化的關系，如競爭、互生、共生、寄生、拮抗關系等。在各種生態(tài)系統(tǒng)中，上述生態(tài)關系往往并不是單獨存在的，多是數(shù)種生態(tài)關系并存，并且相互之間產(chǎn)生錯綜復雜的影響，共同維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡與發(fā)展。如果從整個地球生

8、物圈的發(fā)展史來看，微生物不僅是地球生物圈的開創(chuàng)者，也是維護者。從生物起源我們可以知道，微生物是最早出現(xiàn)的生物體，并進化成后來的動植物。藍細菌的產(chǎn)氧作用，改變了大氣圈的化學組成，為后來的動植物出現(xiàn)打下基礎。整個生物圈要取得繁榮昌盛和發(fā)展，其能量來源是太陽，而元素來源主要是依賴由于微生物分解作用所推動的生物地球化學循環(huán)。微生物與生物和非生物環(huán)境之間的普遍聯(lián)系是生態(tài)系統(tǒng)和生物圈形成和發(fā)展的基礎。微生物生態(tài)學的發(fā)展不斷證實和豐富了辯證唯物主義關于普遍聯(lián)系的觀點。（3） 微生物世界的運動與發(fā)展構成微生物的各種生命物質(zhì)無時無刻不再變化更新之中，能量也在體內(nèi)外轉(zhuǎn)化流動；微生物細胞經(jīng)歷著生長與死亡，以及形態(tài)、

9、結構、生理的多種變化；微生物群體隨外界條件的變化發(fā)生著數(shù)量的增減、代謝能力的改變、生境的變遷；從 更廣闊久遠的時空來看，微生物還經(jīng)理種群的演替與進化，參與各種生態(tài)系統(tǒng)的形成與發(fā)展等。1、 微生物運動的整體性特征。微生物的各種活動規(guī)律在微生物學中分別歸屬于新陳代謝、生長繁殖、遺傳變異、生態(tài)系統(tǒng)等部分。如果從普遍聯(lián)系的觀點來審視這些運動規(guī)律，不難發(fā)現(xiàn)微生物的各種運動主要以系統(tǒng)運動的形式變現(xiàn)出來。如：作為生命最本質(zhì)特征的新陳代謝并不是雜亂無章的化學反應和能量變化，而是微生物與環(huán)境之間進行的物質(zhì)和能量的有序交換過程一級微生物體內(nèi)物質(zhì)和能量的有序轉(zhuǎn)變過程。新陳代謝盡管非常復雜，但卻高度有序，各種生化反應

10、在微生物酶的選擇性催化作用及各種調(diào)控機制下有條不紊地進行這是由微生物細胞的系統(tǒng)結構（由細胞壁、細胞膜、細胞質(zhì)、細胞核或擬核等構成的有機整體）所決定的。微生物的系統(tǒng)運動還表現(xiàn)在不同層次的系統(tǒng)運動上：一個單細胞的微生物就是一個系統(tǒng)（多細胞的微生物也是如此），它的各種生命現(xiàn)象，如生長繁殖、遺傳變異都是其各組成部分相互作用、協(xié)調(diào)運動的結果；無數(shù)個微生物組成的群體菌落、種群以及由微生物群體參與的各種生態(tài)系統(tǒng)又在新的層次上表現(xiàn)出新的系統(tǒng)運動規(guī)律。2、 微生物運動的對立統(tǒng)一。各種矛盾體對立統(tǒng)一推動微生物不斷運動發(fā)展。新陳代謝就是由一對基本矛盾同化作用與異化作用構成的。同化作用是把從外界攝取的營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成微

11、生物自身的組成成分，并儲存能量；而異化作用則把自身的一部分物質(zhì)分解，釋放其中的能量。二者是相反的兩個過程，但同化作用合成的物質(zhì)正是異化作用的基礎，而異化作用產(chǎn)生的能量和部分產(chǎn)物又是同化作用得以進行的前提。二者既對立、又聯(lián)結，共同為微生物的各種生理活動提供物質(zhì)、能量的需要。微生物的遺傳與變異也是一對典型的矛盾體。遺傳使親代和子代之間保持相似性，而變異又使親代和子代之間不完全相同；微生物在遺傳中由于遺傳物質(zhì)的改變出現(xiàn)變異，大多數(shù)微生物又可以將這些變異遺傳給后代；遺傳是相對的，變異是絕對的，遺傳中有變異，變異中有遺傳，遺傳與變異的辯證關系使得微生物不斷進化。再如微生物與環(huán)境之間的對立統(tǒng)一，環(huán)境影響和

12、制約著微生物的生存與發(fā)展，而微生物在生活過程中又不斷影響和改變著環(huán)境。當然，微生物世界還有很多的矛盾運動有待我們?nèi)ヌ矫?，而微生物正是在這些矛盾運動規(guī)律的不斷揭示中得到發(fā)展。3、 微生物運動的絕對性與相對性。微生物雖然無時無刻不處于運動變化之中，但在一定的階段，一定的環(huán)境下微生物的某些性狀仍可以保持相對的穩(wěn)定性。細菌產(chǎn)生的芽孢、霉菌或放線菌產(chǎn)生的孢子、低溫下的微生物都表現(xiàn)出休眠狀態(tài)，其新陳代謝趨于停滯，微生物細胞在一段時期內(nèi)基本沒有變化。這種穩(wěn)定狀態(tài)是短暫的，有條件的。如芽孢和孢子在適宜的環(huán)境中又會萌發(fā)，低溫下休眠的微生物一旦溫度適宜又可重新開始新陳代謝等活動。即使是在休眠狀態(tài)下，微生物也會緩慢

13、的衰亡。單細胞微生物群體在其典型生長曲線中的穩(wěn)定期，群體數(shù)目保持恒定，在宏觀上可看作一種相對的穩(wěn)定，但從微觀的層次去看，這時微生物不斷有個體產(chǎn)生，也有個體衰亡，只是生長和死亡的速度相等沒微生物群體表現(xiàn)出動態(tài)平衡罷了；當微生物所處環(huán)境不斷惡化，微生物便從穩(wěn)定期進入衰亡期。再如生態(tài)平衡也是一種動態(tài)平衡，各種環(huán)境因素的變化都可能會影響甚至破壞它。動態(tài)平衡普遍存在于自然界和人類社會，其動中有靜、靜中有動的微妙辯證關系很值得我們研究。2、 唯物辯證法對實踐的指導意義既然辯證唯物主義是科學得世界觀和方法論，那么我們在微生物學的研究與應用實踐中有意識的運用唯物辯證法，可以使得我們更易看清事物的本質(zhì)，找到正確

14、的方法，堅定成功的信念，從而使我們的工作起到事半功倍的效果。（1） 內(nèi)因與外因高產(chǎn)值菌與優(yōu)化的發(fā)酵工藝發(fā)酵工程是現(xiàn)代生物技術的重要組成部分，是生物技術產(chǎn)業(yè)化的重要環(huán)節(jié)。發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品要么是微生物菌體，要么是其代謝產(chǎn)物，如何在生產(chǎn)中實現(xiàn)高效、高產(chǎn)的目標？運用唯物辯證法，可以從內(nèi)應與外因兩個方面來討論。內(nèi)因即生產(chǎn)菌，外因就是發(fā)酵工藝條件。通常優(yōu)良的生產(chǎn)菌是關鍵因素，是技術的核心。但僅有好的菌種，若不配合適宜的生長、發(fā)酵條件，其生產(chǎn)潛力并不能得到充分的發(fā)揮；反過來，沒有好的菌種，無論如何優(yōu)化工藝條件，生產(chǎn)水平，也很難有較大提高。只有將好的菌種與優(yōu)化的工藝條件相結合才能獲得最佳的生產(chǎn)效果。把握內(nèi)因

15、與外因相互作用原理，能使我們深刻認識為什么高產(chǎn)菌的應用和發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化是整個發(fā)酵工藝中不可分割的兩個方面。（2） 質(zhì)變與量變菌種的衰退與復壯菌種衰退是發(fā)酵工程經(jīng)常遇到的嚴重影響生產(chǎn)的一大問題，其主要表現(xiàn)出來持續(xù)的低產(chǎn)、不穩(wěn)產(chǎn)。菌種衰退從本質(zhì)上講就是負變（代謝產(chǎn)物生產(chǎn)能力下降）在微生物細胞群中由量變（比例增加）到質(zhì)變（衰退）的逐步演化過程。開始時，在一個大群體中僅有個別細胞發(fā)生負變，這時如不及時發(fā)現(xiàn)并采取有效措施，而仍一味傳種接代，則群體中這種負變個體的比例就逐步增大，最后會發(fā)展成優(yōu)勢群體，從而使整個群體表現(xiàn)嚴重的衰退。從質(zhì)變與量變規(guī)律出發(fā)，我們在生產(chǎn)實踐中要克服一勞永逸的思想，注意防微杜漸

16、，要把菌種的純化、復壯作為一項經(jīng)常性的工作來做，才能使生產(chǎn)菌株保持其優(yōu)良性狀，從而保證生產(chǎn)穩(wěn)定和正常運行。（3） 運動的絕對性與相對性菌種保藏菌種是一種極為重要的資源，而菌種保藏就是保持微生物（菌株）的生活力和原有性狀的方法。菌種活力的保持及其性狀的穩(wěn)定對基礎研究和實際生產(chǎn)具有特別重要的意義。在基礎研究中，菌種保藏可以保證研究結果取得良好的重復性；對于實際應用的生產(chǎn)菌種，可靠的保藏措施可以保證優(yōu)良菌種長期高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。但微生物生長繁殖快、新陳代謝旺、易變異，如何做好菌種保藏工作？物質(zhì)運動的絕對性與相對性原理給了我們有益的啟示。事物發(fā)展變化的絕對性讓我們認識到，菌種保藏不可能天長地久，任何保藏方法

17、都有一定的局限性，因此在保藏過程中要注意保藏條件的維護，期限到了要適時傳種接代。而在特殊的條件下，事物可以保持相對穩(wěn)定性，因此我們可以人為地創(chuàng)造一些特殊環(huán)境（如低濕、干燥、隔氧等）使菌種處于代謝不活波，生長繁殖受到抑制的休眠狀態(tài)，以減少菌種變異和保持生命力，從而達到延長保藏期的目的。近幾十年發(fā)展起來的真空冷凍保藏、液氮保藏等先進的保藏方法可以使菌種存活10-20年甚至更久而不衰、不死、不變異。（4） 必然性與偶然性誘變育種微生物基因突變是一個隨機過程，突變率大約是1010，也就是說我們希望發(fā)生突變的基因剛好發(fā)生正變（具有某種優(yōu)良性狀）是一個小概率偶然事件，因此在微生物群體中隨意挑選幾個細胞就想

18、得到某種性狀改變的菌株是不大可能的無異于大海撈針。那么我們怎樣通過育種工作得到想要的菌株呢？生物進化給了我們哲學啟示。生物進化是自然界的普通現(xiàn)象，盡管生物進化理論還在發(fā)展之中，但有一些基本觀點是得到證明的：生物個體的基因突變具有偶然性，但對一個種群來說，在長期的發(fā)展過程中基因突變則是必然的；生物的基因突變具有隨機性，無方向性，但自然選擇保留了適應環(huán)境變化的基因突變個體，而淘汰了那些不適應環(huán)境的突變個體或未突變個體。于是，生物種群在宏觀上便表現(xiàn)為生物性狀有方向性的改變進化。微生物誘變育種是利用物理、化學方法提高微生物基因突變率，然后從微生物種群中分離出性狀改變的基因型菌株進行培養(yǎng)，其實質(zhì)就是一種人工操作下的快速生物進化。事物發(fā)展的