2010-6-3：細菌城市（中興大學物理學研究所廖志堂先生）

荷蘭商人雷文霍克（Antonie van Leeuwenhoek, 1632-1723）從1673年起，開始在倫敦皇家學會的會報上發表他利用顯微鏡觀察各種事物的結果。在最初發表的論文中，他觀察的是黴菌、蜜蜂與蝨子的細微結構。這些結構本來就是肉眼可見的，而雷文霍克所描繪的圖像也和肉眼所見相似，因此沒有引發什麼爭論。

然而，當他在1676年發表論文，描述他在雨水、井水及海水中所觀察到的許多種前所未見的微小生物時，卻引起了眾人的質疑。讓大家更無法置信的是，根據雷文霍克的估計，一小滴水中就有成千上萬隻這種小生物在裡面游來游去。經過幾年的調查，大家才發現雷文霍克既沒有胡說八道，也沒有觀察錯誤，微生物千真萬確地活在人們以為純淨無比的水中。雷文霍克因此成了史上第一位微生物學家，被後世譽為微生物學之父。

擺脫質疑之後，雷文霍克繼續在皇家學會發表他對微觀世界的觀察結果。他在1684年發表的一篇論文中，對齒斑做了詳盡的研究，發現這些小小的白色斑點中住了許多種如同他在水中所觀察到的微生物，有桿狀的，也有球狀的。而且即使他很努力地維持牙齒的清潔，卻還是無法擺脫這些微生物。為了看看有沒有辦法完全殺死這些微生物，他說：

I took in my mouth some very strong wine-vinegar, and closing my teeth; I gargled and rinsed them very well...but there were an innumerable quantity of animals yet remaining in the scurf upon the teeth...

I took a very little wine-vinegar and mix it with the water in which the scurf was dissolved, whereupon the animals died presently. From hence I conclude that the vinegar with which I washed my teeth killed only those animals which were on the outside of the scurf, but did not pass through the whole substance of it.

這個實驗顯示齒斑提供了微生物額外的保護，讓它們比浮游在水中的微生物更能抵擋住惡劣環境的考驗。

雷文霍克的實驗很簡單，結論也很清楚，但直到三百年後科學界才逐漸意識到其重要性。如今科學家們知道，齒斑是典型的生物薄膜（biofilm），而雷文霍克的研究告訴我們，生物薄膜是同種或不同種的許多微生物所組成的群居結構，讓微生物能熬過諸如酸、鹼、抗生素等有害物質的摧殘。然而，正因為生物薄膜提高了微生物在惡劣環境下的存活機會，因而構成了臨床醫學上的頭痛問題。

但生物薄膜也不是一無是處的壞東西。除了工業上的應用，最近科學家們也開始透過生物薄膜來研究許多科學上的基本問題。例如，如同一座細菌城市的生物薄膜是不是也和人類的城市一樣，會發展出或競爭或合作的不同族群？生物薄膜的形成對於單細胞到多細胞的演化過程提供了什麼啟發？

明天，六月三日（週四）中午十二點十分，在物理學系（理學大樓）601會議室，中興大學物理學研究所的廖志堂先生將要告訴我們，他如何用數學與物理來研究生物薄膜，以及與生物薄膜有關的基本問題。