撰文 | 蘇澄宇

有網友在網上發(fā)帖，自己泡的楊梅，泡了幾天成了這樣：

圖源：就知道吃吃吃/xhs

照片中，一碗紅寶石色的楊梅汁液表面，竟浮著一層白色不明網狀物，如同神經網絡或微縮的城市地圖。

這層白網是一個高效且高度組織的微觀生命系統(tǒng)——生物膜（Biofilm），也常被稱為菌膜（Pellicle）。

圖源：beerandbrewing

生物膜的“建筑師”是環(huán)境中無處不在的微生物，主要是好氧的細菌和酵母菌。它們搭乘空氣或附著在楊梅果皮上進入這碗“營養(yǎng)液”中。在富含糖分和氧氣的水面，它們找到了理想的棲息地，開始迅速繁殖。

但真正厲害的點在于其“節(jié)點+網狀”的結構。

這種形態(tài)不是隨機的，而是微生物在特定環(huán)境下通過自組織（Self-organization）形成的。

是不是感覺和第一張圖差不多，除了“泡泡”變大了 圖源：The Redneck Hippie

自組織是指一個系統(tǒng)在沒有外部指令的情況下，僅通過局部簡單的相互作用，自發(fā)形成宏觀有序結構的過程。

而這個過程的驅動力有著基本生存法則：

首先，微生物需要水中的糖分，也需要空氣中的氧氣。因此，液-氣界面是它們的“黃金地段”。

其次，菌落的擴張需要消耗能量。相比像地毯一樣均勻鋪開，沿著特定路徑伸出“觸手”去探索新地盤，是能量效率最高的策略。這與樹根在土壤中尋找水分和養(yǎng)分的模式如出一轍。

起初，少數“先驅”微生物在水面不同位置形成菌落“節(jié)點”。隨后，為了探索更多資源并連接其他菌落，它們會沿著物理化學條件最優(yōu)的路徑延伸，形成“網狀”結構。

這種分形生長模式在自然界中很常見，例如閃電的路徑、雪花的晶體，它們都是在特定物理法則下形成的能量最優(yōu)解。

圖源：wikipedia

當然，要形成如此“完美的”結構最重要的還是環(huán)境。

這種網狀菌膜是特定微生物在靜止、營養(yǎng)適中且存在清晰氧氣梯度的環(huán)境下，通過運動、生產EPS等一系列復雜生命活動，最終呈現(xiàn)出的高度自組織的宏觀形態(tài)。

在微生物學家眼中，這種結構遠比一盤均勻生長的菌落或一瓶渾濁的菌液要復雜和高級得多。

問題來了，這些單細胞生物是如何協(xié)調行動，構建出如此宏偉的結構的？

它們之間存在一種被稱為群體感應（Quorum Sensing）的交流機制。

“Quorum”原指決策所需的法定人數。在微生物世界里，這意味著當菌落密度達到一個閾值后，它們會通過釋放并感知特定的化學信號分子，來“知曉”同伴的數量。

這就像一個微觀的“人口普查”系統(tǒng)。當信號分子濃度足夠高，就等于向所有成員宣告：“我們隊伍壯大，可以集體行動了！” 這種集體行動包括協(xié)同分泌黏性物質來構建生物膜的基質（相當于“建筑膠水”），或者共同產生酶來分解食物。

起皺的生物膜 圖源：American Institute of Physics

群體感應的存在，解釋了生物膜為何是一個高度協(xié)同的“社會”，而非一盤散沙。正是這種原始的“社交網絡”，讓簡單的微生物得以完成復雜的“工程”。

所以，它還能吃嗎？

不能！

圖源：giphy

在人體內，一種名為腺苷（adenosine）的神經遞質會隨著我們清醒的時間不斷積累，它與大腦中的受體結合后，會讓我們感到疲倦和困乏。

咖啡因的分子結構與腺苷十分相似，因此它能像一個“冒名頂替者”一樣搶先占據腺苷的受體位置。這樣一來，腺苷就無法發(fā)揮其“催眠”作用，我們自然會感到更加清醒和警覺。

通過阻斷腺苷，咖啡因也為大腦中其他能提升情緒的神經遞質打開了方便之門，其中最重要的就是多巴胺（dopamine）。多巴胺是大腦“獎勵系統(tǒng)”的核心成員，與愉悅感、動力和滿足感直接相關。早晨的一杯咖啡能有效促進多巴胺的釋放，這便是那份“快樂”感覺最直接的化學來源。

研究還指出，為了最大化咖啡的積極效果，或許不應一起床就立刻飲用。人體在睡醒后的一小時內，會自然分泌大量的皮質醇（cortisol），這是一種幫助我們清醒的激素。

如果在皮質醇水平最高時攝入咖啡因，效果可能會打折扣。因此，稍等片刻，在醒后約一個半小時到兩小時再享用您的第一杯咖啡，或許能讓這份愉悅和清醒更加持久。

圖源：網絡

這與光的反射有關。

干衣服表面粗糙，光線向四面八方散射，所以我們看到較淺的顏色。水填充了纖維間的空隙，使得表面更平滑，更多的光線被吸收或直接反射到你的眼睛里，散射的光減少了，所以看起來顏色就變深了。

封面來源：網絡

參考資料：

Nadell, C. D., Xavier, J. B., & Foster, K. R. (2009). The sociobiology of biofilms. FEMS Microbiology Reviews, 33(1), 206–224.

Parsek, M. R., & Greenberg, E. P. (2005). Sociomicrobiology: the connections between quorum sensing and biofilms. Trends in Microbiology, 13(1), 27–33.

Ben-Jacob, E. (2003). Bacterial self-organization: co-enhancement of complexification and adaptability in a dynamic environment. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 361(1807), 1283–1312.

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