微生物的营养需求和动植物具有相似性,从元素水平来说,主要包括碳氢氧氮磷硫,从营养要素水平来说,包括6大类:碳源、氮源、生长因子、无机盐、水和能源。能源,即能量之来源,生物根据能源需求之不同得以区分。微生物的最初能量来源,或者说最原始需求是什么?
答案很简单:化合物和光。
以有机化合物为能源的微生物是地球上的主要微生物,又称化能异养微生物,此时能源等同于碳源。由于有机物营养丰富,这类微生物吃得好长得快。
以无机化合物为能源的微生物叫化能自养微生物,这些无机物都是还原态的,在被氧化的过程中释放电子进入氧化磷酸化产能,包括H2、H2S、NH4+、NO2-和Fe2+等,相应的菌株包括氢细菌、硫细菌、亚硝化细菌、硝酸化细菌和铁细菌。这类微生物大都为好氧微生物,产能效率低,所以长的慢。
以光为能源的微生物叫光合微生物,光合微生物大多为自养,但是也存在少数以有机物为电子供氢体的光能异养微生物,如紫色非硫细菌。
这些知识点和基础也很重要,在此基础上其实可以衍生出一些思考。
例如异养微生物和自养微生物是严格区分的吗?答案是否定的,一些微生物在碳源充分时异养,缺乏时自养。实际上,在合成生物学领域,近年来一个很有趣的研究方向是改造异养微生物为自养微生物,并且已经成功实现细菌Escherichia coli 和酵母Komagataella phaffii的自养改造,在微生物进化以及能源合成领域彰显微生物高度重塑之本领。
例如最早的微生物是自养还是异养的呢?地球的早期肯定是有光的,当然也包含大量的还原性无机物和H2,那很显然最初的微生物是光能自养或化能自养?特别是近年来关于海底热液的研究,为原始生命的化能自养类型提供证据。根据最新的生物信息学分析,LUCA大约出现于40.9–43.3亿年前,基因组大小约2.75 Mb,可能为厌氧的产乙酸菌,基因组分析表明其光合系统不完善,但具有异养和自养的潜力。原始的地球环境及生命形成谁又说得清楚呢,根据地球的原始汤假说,有机物的形成在生命产生之前也没完全被推翻。
例如除了光和化合物,还存不存在其他的能量形式呢?举个例子,磁也产生电,产生的电子能否用于微生物产能?当然,我只是瞎说,不知道答案。
那,人的最初需求有什么呢?
根据马斯洛的需求层次理论,人的需求从低到高依次分为五个层次,呈金字塔形状。每一层需求的满足都为更高层次的需求提供基础。按从低到高排列分别为:
生理需求:包括食物、水、空气、睡眠、性等,只有当这些基本生理需求得到满足后,个体才会追求其他更高层次的需求
安全需求:人身安全、工作稳定、健康保障、财产保护等
社交需求;人际关系、亲情、友情、爱情等情感和归属感需求
尊重需求:自我尊重和受到他人尊重
自我实现需求:挖掘潜能、追求和实现自身价值、理想
不同的人以及同一个人在不同阶段生活需求和能量状态不同,此外在追求高级需求的同时并不妨碍低级需求的满足。物质基础决定上层建筑这句话什么时候都不过时,然而,一些脱离底层社会的人并不清楚底层人的需求状况;一些人早已满足或者无视之需求,却是另一些人苦苦之追求;一些需求,人人平等,一些平等,遥不可及。
原始的能量来源,原始的生理需求,是生物存在之根本。我们都在不同阶段努力实现不同层次需求,不断遇到问题解决问题,而不应束之高阁或不闻不问。
若皮之不存,毛将焉附?