如果我们把水果或者谷物密封起来,那么过一段时间,我们再打开时就会闻到酒的清香,这是因为酵母菌将糖转化成了酒精和二氧化碳。水果的表面天然就含有各种酵母菌,这些酵母菌通过各种方式到达,并在水果表面存活,只等水果落地,它们就开始分解水果的有机质。
也正因为酵母菌可以比较轻松的在自然状态下发酵我们的食物,所以它们被认为是最早被人类利用的微生物,只是以前的人并不知道它的存在。
微生物的世界并没有想象得平静,水果、谷物的表面有许多的微生物,它们都迫不及待得试图“吃掉”这些食物。
但是,如果您看过发面包或者酿酒过程,您就会知道,酵母菌到底有多强势,它们会以极快的速度占据优势地位,并以我们看不到方式将其它微生物“赶尽杀绝”。
酵母菌的发现
我们平时购买的酵母粉就是酵母菌,很多人看到粉末状的物质就觉得它不是活物,其实这些粉末就是休眠状态下活的酵母菌。
酵母菌并不是细菌,而是真菌,这意味着它们的细胞结构和我们的细胞类似,所以特别具有研究价值。
对于我们而言,酵母菌的主要作用就是发酵馒头和酿酒,人类使用野生酵母菌发酵馒头和规模化酿酒至少有4000年的历史。
但直到1680年,人们才通过显微镜观察到酵母菌的存在,不过当时的人们并不认为这是一种生物,他们更愿意相信那是某种球状结构的物质。
到了1837年,德国医生西奥多·施旺 (Theodor Schwann)最终确定,这些常见的微生物是真菌,至此酵母的秘密才逐渐被揭开。
△ 酵母菌
我们平时说的酵母或者酵母菌,其实都是指酿酒酵母——发面包、酿酒都是这种,而实际整个酵母菌大家族种类繁多,已描述的有1500来种,而这可能只占了1%,所有这些酵母菌差异巨大,甚至连代谢方式都不尽相同。
它们中有一些有着极强的适应性,比如我们最常见的酿酒酵母,这种微生物在它们的世界称得上是手握核武的超级杀手。
微生物界的超级杀手
酿酒酵母是所谓的兼性厌氧菌,这意味着它们在有氧的时候会进行有氧呼吸,而在无氧的环境下则进行发酵。
在有氧的环境下,酵母菌可以高效利用糖类产生ATP,同时排出二氧化碳和水。
由于在有氧环境下,它们对糖类的利用率很高,所以这个时候它们会通过出芽的方式快速克隆自己。
由于酵母菌在这个过程中增长很快,所以会快速消耗掉氧气,从而让一些相对密闭的空间进入无氧环境。
有氧过程是作为超级杀手消除异己的第一步,通过将氧气耗尽的方式,它们可以将那些同样会快速分解食物的专性需氧菌淘汰。
△ 发面的时候用保鲜袋密封可以确保酵母菌占据主导
在进入无氧领域之后,无论是真菌还是细菌,它们对糖类和蛋白质的消耗会变得低效,对于酿酒酵母而言,它们的无氧过程会消耗糖类产生乙醇(酒精)和二氧化碳。
酒精对于大部分微生物都友好,因为它能够破坏蛋白质结构和让DNA、RNA变性,是很强的杀菌物质,不过它无法杀死细菌的芽孢。
通过排出酒精的方式,彻底改造自己生活的环境,从而进一步排除异己,随着时间推移,酒精浓度的增加,它们可以杀死大部分竞争者。
其它的厌氧菌也会通过改变环境的方式,来抑制其它微生物的生长,比如另外一种发酵微生物——乳酸菌,这是细菌,我们的酸菜、酸奶等食物就是靠他们制造的。
乳酸菌在缺氧环境会排出乳酸,从而改变环境的pH值,以此来抑制其它微生物的生长,但是不难发现,乳酸菌并不像酵母菌那样“冷血”,非得杀死对手不可。
看到这里,想必大家已经能够知道酵母菌的强大了,但事情还没有结束,包括酿酒酵母在内的一些酵母菌还有第三步,这一步它们连“自己人”也不放过。
当环境中的糖类将耗尽的时候,一些酵母菌就会开始释放各种蛋白质毒素,这些毒素会高效杀死相同或相关的物种。
在酿酒酵母中,研究最多的两种蛋白质毒素变体是K1和K28,其中K1会改变细胞的离子通道并杀死细胞,而K28会进入细胞质并关闭细胞核中的DNA合成,从而引发细胞凋亡。
△ 两个酵母菌释放毒素杀死标红的同类
这类酵母菌有一个专有名字,叫作“杀手酵母(Killer yeast)”,而它们会在环境资源耗之前,把那些抵抗力差的同类给杀死,最终留下有抵抗力的、更强大的种群。
由于像酿酒酵母这种重要的酵母菌,一旦触发它们的杀手本能,就可能会导致酿酒或者面包发酵出问题,所以“杀手酵母”系统早在1963就已经被描述了。
但是直到最近人们才有那么一点点了解其中的原理,目前的一些研究方向正在试图模仿这些毒素来制造抗真菌药物。
最后
酵母菌绝对是人类使用、食用最多的微生物,很多人认为它们只是简单的单细胞微生物,但实际上它们是一种真正的竞争性杀手。
另外,微生物的世界抢夺资源的厮杀也比我们想象得要激烈得多,它们将各种化学物质运用到淋漓尽致。