帶有粒線體的超級細菌? - PanSci 泛科學
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細菌的體內除了本身的遺傳物質之外,尚帶有一個環狀DNA(稱作質體plasmid),質體 ... 粒線體和細菌的大小差不多,存在於真核生物(例如動植物和真菌等生物)的細胞 ...
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帶有粒線體的超級細菌?
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細菌要對記者們說:我沒有粒線體啦
細菌的體內除了本身的遺傳物質之外,尚帶有一個環狀DNA(稱作質體plasmid),質體可以自由進出細菌,而獲得新質體的細菌,就會帶有新的特徵或致病能力,例如具有多重抗藥性的超級細菌。
超級細菌是指帶有NDM-1(NewDelhiMetallo-beta-lactamase?1)基因的腸道菌,NDM-1存在於細菌的質體當中,帶有這個基因的細菌,對於多種抗生素具有抗藥性,因此被視為治療上的大麻煩(也是因為人類濫用抗生素而導致細菌產生抗藥性)。
包括新聞媒體和網路媒介,不少資訊提到NDM-1存在於細菌的粒線體當中,在此必須澄清:NDM-1存在於質體而非粒線體,且細菌等原核生物不帶有粒線體(mitochondria)!
粒線體和細菌的大小差不多,存在於真核生物(例如動植物和真菌等生物)的細胞中,主流觀點認為粒線體是源自於寄生於細胞中的細菌。
延伸閱讀:
Google搜尋粒線體跟超級細菌,會發現很多錯誤報導。
衛生署疾病管制局NDM-1疫情解析
超級細菌NDM-1
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Hsiao-TingChen
2011/01/19
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慷慨英雄VS.保守小卒──社會心理學剖析助人行為的深層秘密
研之有物│中央研究院
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本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。
採訪撰文/劉韋佐、田偲妤美術設計/蔡宛潔
熱心助人背後隱藏什麼樣的內心劇場?
臺灣民眾熱心公益,世界有目共睹,不論是日本311大地震、防疫物資捐贈,還是烏俄戰爭,都可見到臺灣人的無私捐獻。
然而,當援助者數量遠多於待援者時,你依然願意慷慨相助嗎?中央研究院「研之有物」專訪院內社會學研究所江彥生研究員,以社會心理學剖析助人行為的群眾效應。
經由「獨裁者遊戲」揭露「英雄/小卒效應」,到底多數人是樂於當慷慨的英雄?還是甘為保守的小卒?一起揭開助人行為的內心劇場吧!
圖/iStock
搭公車時,目睹身邊的乘客受到他人無端騷擾,你會怎麼做?
見義勇為,立即出手援助!深怕第一個出手反而招來麻煩,還是先觀察一下好了。
當作沒看到,少一事是一事。
這樣的場景常在公共場合發生,多數人會忖量他人行為來評估是否出手助人,這正是社會心理學所關注的「旁觀者效應」(BystanderEffect)。
面對單一的待援者時,作為一個旁觀者的「我」,往往會等待他人搶先一步伸出援手。
或許是出於自利心態,也可能是「責任分擔」心理作祟,這樣的旁觀者效應在不同狀態下對助人行為的影響與衝突,引發社會心理學家想進一步探究人類社會行為的動機。
為何有人在公共場合受傷、被騷擾,多數人選擇旁觀?並非我們沒有同理心或助人之力,主要是在場的人正在觀察,看有沒有人先我一步伸出援手。
圖/研之有物
社會心理學(SocialPsychology)是一門研究人類社會行為的學科,以科學方法研究在不同情境下,人們會採取的行動,以及這些行動所造成的後果。
上述提到的旁觀者效應是社會心理學的經典案例,通常是數名援助者面對單一待援者會產生的現象,那麼若是單一援助者面對數名待援者,又會發生什麼樣的狀況呢?
來玩獨裁者遊戲,英雄、小卒現身!
江彥生提到,許多研究證據指出,當單一援助者面對數名待援者,這名援助者更願意展現「英雄氣概」,援助通常會給得很霸氣!但是,當有好幾名援助者面對單一待援者,此時似乎沒有展現英雄氣概的機會,若只能當「小卒」,那還是先等看看其他人會不會出手吧!
為了驗證上述心理狀態,江彥生借用行為經濟學(BehavioralEconomics)中的「獨裁者遊戲」(DictatorGame)來設計實驗。
實驗以匿名方式進行,先支付每位受試者新臺幣200元酬勞,再請受試者擔任援助者的角色。
在絕對自由的情境下,觀察受試者會選擇獨享這200元,抑或將部分所得捐給其他待援者。
實驗結果顯示,手上握有酬勞的人或多或少都願意捐款。
此外,江彥生也發現,比起面對單一待援者,若面對數名待援者時,受試者通常願意捐得更多。
然而,當知道有其他握有酬勞的援助者時,受試者就不會這麼大方了,原因可能出自「責任分擔」心理,甚至可能在援助者之間產生社經地位的比較心態,不想因捐款而讓自己的經濟狀況趨於劣勢。
研究結果與「英雄/小卒效應」可說是不謀而合。
慷慨英雄VS.保守小卒,選擇是「對稱」的嗎?
「英雄/小卒效應」獲得驗證後,江彥生更想進一步探究的是:在面對眾多援助者時,一個人所減少的慷慨度,比起面對眾多待援者所增加的慷慨度,是否相同?換句話說,助人行為的群眾效應是否對稱?
為什麼會談到「對稱」呢?原來在認知心理學(CognitivePsychology)中,有一個著名的「不對稱理論」,源於2002年諾貝爾經濟學獎得主丹尼爾.康納曼(DanielKahneman)所提出的「展望理論」(ProspectTheory,或譯「前景理論」)。
展望理論指出,「損失」所帶來的負面情緒,比起「獲得」的正面感受,人們更在意損失所帶來的影響。
這說明了人類對於「得」與「失」的感受是不對稱的。
那麼英雄和小卒之間的助人行為會是對稱的嗎?在下列圖示中,援助者贈與待援者的金額為「縱軸」,而援助者與待援者的人數比例為「橫軸」。
來看看受試者得知援助者和待援者的人數變化時,捐款行為會產生什麼樣的改變。
受試者得知援助者和待援者的人數變化時,捐款行為會產生的改變。
圖/研之有物(資料來源|江彥生)
實驗結果顯示,當援助者的人數超過待援者時,贈與金額下滑的幅度(小卒效應),比起援助者少於待援者時,贈與金額上升的幅度(英雄效應),竟足足多出了一倍之多!
「小卒效應」是「英雄效應」的兩倍強!
換句話說,當我們發現自己當不了英雄,選擇「縮手」的程度反而更快!即便有當英雄的機會,「出手」也不盡然闊綽。
「英雄/小卒效應」不僅揭露人在面對弱勢者的心理變化,更能運用在線上捐款或募資活動的設計上。
江彥生以「Kiva」平台為例,這是一個和全球微型貸款合作的網站,讓每個人都有機會捐款幫助他人,減緩貧窮問題。
平台上的待援者會寫出自己的背景和財務需求,供援助者瀏覽後決定要給予多少經濟支援。
若能利用上述的「英雄效應」,透過調整演算法,調配出最適當的瀏覽分配比例,應能激發援助者最大的英雄氣概,盡量不遺漏每一個需要幫助的人!
想當社會心理學家?你必須先是個好導演
圖/研之有物
社會心理學家常常遊走在不同的社群之間,藉由精心設計的實驗,發掘人性的各種衝突與複雜層面。
江彥生談到,一名社會心理學家要對組織或社群互動感興趣,關注人格、社會影響力,以及群體的行為狀態。
除此之外,你還需具備設計實驗的想像力。
江彥生笑著說,做實驗的時候覺得自己好像導演!設計實驗有點像在編寫劇本,要先在腦海中沙盤推演角色可能的行為舉止,思考如何讓角色之間產生互動。
接著還要讓角色投入實驗情境,然後觀察這些人在情境中的反應。
正統的社會學像是紀錄片,而社會心理學就像電影,透過劇本的編寫,設計一個實驗情境,觀察個人或群體的互動關係、心理反應,以科學研究分析其中的因果關係。
江彥生的研究室有佔滿整片牆的黑板,上頭用粉筆畫了許多圖式及演算公式,是在反覆推敲不對稱助人行為等研究計畫所留下的思考軌跡。
面對我們習以為常的日常情景,江彥生卻以銳利的眼光探究每個行為背後更深層的心理狀態。
雖然自嘲是「談話殺手」,但在訪談之間,卻處處顯露江彥生對研究的熱情,藉由剖析當前複雜的社會系統,讓我們更了解芸芸眾生難以言說的內心劇場。
延伸閱讀
Chiang,Y-S.,Hsu,Y-F.(2019).Theasymmetryofaltruisticgivingwhengiversoutnumberrecipientsandviceversa.JOURNALOFECONOMICPSYCHOLOGY73,152-160.江彥生(2021)。
【專欄】英雄氣短,小卒氣長?淺談助人行為的群眾效應。
中研院訊。
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研之有物│中央研究院
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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。
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網頁:研之有物
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有細胞核的真核細胞,究竟從何而來?
當渥易斯去世時,還在爭議中的最大謎團之一便是真核細胞的起源,也就是說,我們生命最深處的開端,直至今日仍然沒有定論。
當時真核細胞的起源目前還沒有一個定論,不過可以確定的是,粒線體扮演著相當關鍵的角色。
圖/Pixabay
如果像渥易斯在一九七七年宣布的那樣,存在三個生命領域,其中一個領域是真核生物,包括所有動物、植物、真菌,和所有細胞裡面含有細胞核的微生物,那麼這個最終演化出人類和我們可見的所有其他生物的譜系的基礎故事是什麼?是什麼讓真核生物如此不同?
是什麼讓牠們走上如此不同的道路,從細菌和古菌的微小和相對簡單,走向巨大而複雜的紅杉、藍鯨和白犀牛,更不用說人類和我們對地球的所有特殊貢獻,像是美國職棒、抑揚五步格和葛利果聖歌?哪些部分以及哪些過程組合在一起,形成了第一個真核細胞?
如此重大的事件大概發生在16億到21億年前之間。
這個足足有5億年之久的窗口,反映當前科學不確定性的程度。
最關鍵的線索?粒線體與「內共生理論」
不同陣營的意見強烈分歧,都提供了一些假設。
岩石中早期微生物形式的化石證據,並沒能提供多少解答,科學家還是從基因體序列中發掘出更精確多樣的線索,並且其中一些線索仍然來自S核糖體RNA,這要歸功於渥易斯當初的洞察力,以及後來四十多年間他的追隨者的心血。
但是這些數據的涵義為何則見仁見智。
現在所有的專家都同意,當年內共生作用發揮了重要作用:不知何故,某個細菌被另一個細胞(宿主)捕獲並且在體內被馴化,然後成為粒線體。
它們一旦存在早期真核細胞中並且數量變多後,就會提供大量能量,遠遠超出當時可用的任何能量,讓這些新細胞可以增加體積與複雜性,進而演化成多細胞生物。
粒線體的構造,成為了生物學家探索原生生物起源的重要線索。
圖/ElementsEvato
複雜性增加的一個顯著特徵,就是控制,特別是對遺傳材料的控制。
從生命的起源之地尋找答案——前往深海
更具體地說,這意味著將每個細胞的大部分DNA包裝在一個內部胞器中,也就是由膜包圍住的細胞核。
因此,真核生物起源之謎包含三個主要問題:
一,原始宿主細胞是什麼?
二,粒線體的獲取是否觸發了最關鍵的變化?或者,是由它引起的嗎?
三,細胞核是從何而來的?
更簡化的提問方式則是:一個東西跑到另一個東西裡面,形成複雜之類的東西?這些「東西」到底是什麼?
關於前兩個問題,最近的新證據來自一個意想不到的地點:大西洋底部。
它來自於格陵蘭和挪威之間,一個近兩千四百多公尺深的區域所挖掘出的海洋沉積物,這地區附近有一個稱為洛基城堡的深海熱泉。
洛基是北歐神話中既狡猾又會變形的神;挪威主導團隊在發現這個熱泉後取了這個名字,因為這個礦化的噴口看起來就像一座城堡,而且所在位置難以尋找。
為了尋找證據,科學家將目光投向了一般生物無法安然生長的海底熱泉,而科學家也把這個發現洛基古菌的地點命名為「洛基城堡」(Loki’sCastle)。
圖/Youtube
他們與其他科學家一起分析這些海洋沉積物裡面所包含的DNA,發現這代表了一個全新的古菌譜系,這些細菌的基因體與已知的任何東西都截然不同,似乎代表一個獨特的分類門(門是非常高的分類位階;比方說,所有脊椎動物都同屬於一個門)。
帶領這項基因體研究的生物學家,是任職於瑞典一所大學的年輕荷蘭人,名叫艾特瑪。
他結合深處城堡和狡猾神祇的語義,將這個族群命名為洛基古菌。
延伸閱讀:洛基、索爾可能是我們的兄弟!
全新的發現!最接近真核生物的古菌:洛基古菌
艾特瑪團隊於二〇一五年公布這項發現。
這項發現具有廣泛報導的價值,因為洛基古菌的基因體,似乎與我們人類譜系起源的宿主細胞非常接近。
實驗室培養出來的洛基古菌在顯微鏡底下的樣貌。
圖/H.Imachietal.
《華盛頓郵報》的一則標題說:「新發現的『失落的環節』顯示人類如何從單細胞生物演化而來。
」這些從深海軟泥中提取的古菌,真的是二十億年前那些,自身譜系在經過激烈分化後,變成現代真核生物的古菌的表親嗎?這些古菌是我們最親近的微生物親戚嗎?也許真的是。
這一點引起大眾的注意。
但是,使艾特瑪的研究在早期演化專家當中引發爭議的,還有另外兩點。
首先,艾特瑪團隊提出證據,表明洛基古菌等細胞在獲得粒線體之前,就已經開始發展出複雜性。
也許是重要的蛋白質、內部結構、可以包圍並吞噬細菌的能力。
若是如此,那麼偉大的粒線體捕獲事件,就是生命史上最大轉變的結果,或一連串變化其中之一的事件,而不是原因。
某些人,例如馬丁,會強烈反對。
雖然科學家發現了洛基古菌,但也引起了許多爭議和討論,真核生物的演化謎團仍然沒有被完全解答。
圖/Pixabay
其次,艾特瑪團隊將真核生物的起源置於古菌中,而不是古菌旁邊。
如果這個論點正確的話,便意味著我們又回到一棵兩個分支的生命樹,而兩大分支不管哪一支,都不是我們長久以來珍而重之、視為己有的。
這也就是說,我們人類就是古菌這種獨立生命形式的後代,這在一九七七年之前是無法想像的。
(這種情況會產生錯綜複雜的糾葛,牽扯到在我們的譜系開始之前,細菌的基因水平轉移到我們的古菌祖先中,結果導致細菌也混入我們的基因體內,但本質仍然是:喔,我們就是它們!)
某些人,例如佩斯,會強烈反對。
渥易斯也不會同意,只是他在世的時間不夠長,無緣被艾特瑪二〇一五年發表在《自然》期刊上的論文激怒。
六月的一個早晨,在多倫多的一間會議室裡,艾特瑪向一屋子全神貫注的聽眾描述這項研究,其中包括杜立德和幾十名研究人員,還有我。
當我之後與杜立德碰面時,他用一貫的自嘲式幽默說:「我有點被洗腦了。
」也是後來,我坐下來與艾特瑪對談。
我們談到他當時仍未發表的最新研究,這會把同樣的涵義推得更進一步:粒線體是大轉變的次要因素,人類祖先植根於古菌中,位於兩分支的生命樹上。
他很清楚反對的觀點,也清楚自己將會遭遇何等激烈的爭論。
他說:「我真的有在為某些可能迎面撲來的風暴做準備。
」
——本文摘自《纏結的演化樹》,2022年7月,貓頭鷹,未經同意請勿轉載。
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最近在《科學》(Science)期刊中刊出了一篇震驚微生物界的新發現!科學家們發現肉眼可見的超大細菌!
科學家找到了用肉眼就可以觀察到的細菌。
圖/RossHelen
從國中的生物課我們就學過,細菌是肉眼看不到的,必須透過顯微鏡才能觀察。
細菌的大小,一般而言的認知是微米級(micrometer,μm),多數細菌的單一細胞直徑約為2微米左右。
然而,科學家們從美國紅樹(Rhizophoramangle)腐爛的葉子表面發現了一種很特殊的細菌CandidatusThiomargaritamagnifica,它的細胞直徑平均大於9000微米(0.9公分)那麼這個「公分級(centimeter,cm)」的超巨大細菌究竟是何方神聖?
為什麼這個細菌可以這麼大?這麼大的細菌還算是微生物嗎?讓我們來一探究竟!
巨大細菌家族
其實早在20世紀中期就有許多巨大細菌的紀錄,例如芽孢桿菌綱(Bacilli)中的幾種細菌、Sporospirillum屬和梭孢菌屬(Fusosporus)的細菌。
然而,許多菌株在保存中遭到污染或是遺失,導致許多菌株沒辦法再取得,使得先前對於巨大細菌的研究資料非常有限。
目前已知的巨大細菌家族,包含:
螺旋菌門(Spirochaetes),最長菌株紀錄為300微米。
厚壁菌門(Firmicutes)中Epulopiscium屬的細菌,最長菌株紀錄為600微米左右。
藍菌門(Cyanobacteria),最長菌株紀錄為100微米。
除此之外,許多硫化菌也常為巨超大細菌,例如變形菌門(Proteobacteria)中的Beggiatoa屬與Thiomargarita屬,也分別有超過200微米與、300微米的紀錄。
細菌雖然有很多200、300微米的紀錄,但能夠長到9000微米是首次觀察到。
圖/maxxyustas
到此,你應該清楚地發現,在CandidatusThiomargaritamagnifica被發現以前,在已知的細菌中,幾乎沒有長度超過1000微米,甚至接近10000微米的紀錄。
為什麼巨大細菌可以這麼大?
許多巨大細菌都有一個共通點:在細胞中央有一個超大的液胞(vacuole),這個液胞內儲存的物質目前學界推測主要是硝酸鹽(nitrate)。
細菌的細胞生長往往高度依賴化學滲透作用,所以距離越遠,滲透作用越受限,因此細菌細胞沒辦法長得太大;然而,超大的液胞擋在細胞中央的話,這樣一來,化學滲透的傳導媒介的空間變小,細菌生長的限制就變小了!
既然這個新發現的超巨大細菌有辦法長得這麼大,細胞大小比一般的真核生物細胞(真核生物的細胞大小一般為10-20微米左右)還大,甚至還具有類似真核生物的液胞胞器(多數原核生物沒有液胞)。
那麼,這樣的細菌在演化上是否和真核生物具有某些相似之處呢?
超大液胞的巨大細菌:擁有真核生物特色的原核生物
從許多方面來看,巨大細菌確實具有許多類似真核生物的構造和特色。
除了細胞中央具有超大液胞之外,有趣的是,在許多巨大細菌中經常會發現,細胞之中具有特化獨立細胞膜的胞器(organelle),這個胞器內具有遺傳物質(如DNA)和核醣體,科學家們推斷這疑似是原始的內共生構造(putativesymbiont/intracytoplasmicstructures)。
穿透式電子顯微鏡下菌大細菌的細胞:細胞膜(大箭頭)外為細胞壁(星形)、每個胞器被膜區隔(小箭頭),胞器內有多個囊泡(米字)。
圖/參考資料3
在此之前,基本上未曾在細菌或古菌的細胞中發現這種類似於真核細胞才具有的,可以同時獨立儲存遺傳物質和核醣體的有膜胞器。
註:細菌是原核生物,理論上不具有獨立細胞膜的胞器。
不僅是細胞內結構類似於真核生物,這個超巨大細菌CandidatusThiomargaritamagnifica的基因體非常的大,大小約為1150萬到1220萬個鹼基左右。
其基因體大小幾乎和屬於真核生物的酵母菌(Saccharomycescerevisiae,基因體大小約為1210萬個鹼基)所差無幾。
更甚者,在這株細菌上觀察到具有兩種不同的生長階段:生長期和傳播期(dispersivestage)。
生長期會慢慢長成細長類似於菌絲(filament)的形式,而傳播期間菌絲尖端(apicalbud)的細胞會開始脫落以利散佈到環境之中,這樣的狀況和許多真菌傳播孢子(spore)的方式極為類似。
至於巨大細菌會不會是原核細胞演化成真核細胞過程中的過渡階段,可能還需要更多的研究進一步證實;但無庸置疑的是,巨大細菌確實擁有許多真核生物所具有的特色。
這麼大的細菌,還算是微生物嗎?
什麼是微生物(microorganisms/microbes)?
在很早以前的微生物定義一般而言是:需要透過顯微鏡才能觀察到的微小生物,稱之「微生物」。
隨著科學演進,定義持續在修正,廣義的微生物包含:細菌(bacteria)、古菌(archaea)、真菌(fungi)、原生生物(protists)、病毒(viruses)等的微小生物。
其中,尤其是原核生物,之所以會這麼小,有很大的原因和細胞內營養傳遞受限於化學擴散作用,如果細胞太大,那養分運送時間就相對會拖得很長,不太可能在短期內快速繁衍,因此多數原核生物的細胞都非常的小。
但是,讓科學家意想不到的是,細菌竟然演化出了克服化學擴散作用,並且在高硫化物環境下生存的方式,進而演化出超大的細菌細胞。
從親緣關係上來看,這樣的巨大細菌是這些身為「微生物」的一般細菌的近親,理論上也算是「微生物」;但如果是從最早的微生物定義來看,這樣的細菌已經不再是「小到需要透過顯微鏡才能觀察到的生物」。
除了巨大細菌以外,其實,像是我們常見的麵包上的黑黴菌(breadmold,一種真菌)、或是森林裡的黏菌(slimemold,一種原生生物)我們也都可以直接看到,但是兩者也都是普遍被認為的「微生物」。
麵包上會長一些黴菌。
圖/維基百科
這麼大的細菌、真菌、和原生生物,「既可以是微生物,也不是微生物」,主要取決於定義的角度。
讀到這裡的你,也許會重新反思我們從小學習的細菌認知。
細菌依舊無所不在,但卻不一定是看不到的存在。
參考資料
LevinPA.(2022).Abacteriumthatisnotamicrobe.Science376(6600):1379-1380,doi:10.1126/science.adc9387Ionescu,DannyandBizic,Mina(July2019).GiantBacteria.In:eLS.JohnWiley&Sons,Ltd:Chichester.doi:10.1002/9780470015902.a0020371.pub2VollandJ-M,Gonzalez-RizzoS,GrosO,TymlT,IvanovaN,SchulzF,GoudeauD,ElisabethNH,NathN,UdwaryD,MalmstromRR,Guidi-Rontani,Bolte-KlugeS,DaviesKM,JeanMR,MansotJ-L,MounceyNJ,AngertER,WoykeT&DateSV.(2022).Acentimeter-longbacteriumwithDNAcontainedinmetabolicallyactive,membrane-boundorganelles. Science376:1453-1458,doi:10.1126/science.abb2634Willey,J.,Sherwood,L.andWoolverton&C.(2013).Prescott’sMicrobiology:9thRevisededition.London:MCGRAWHILLHIGHEREDUCATION.
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#1
lenyachang
2022/07/27
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很酷耶!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
#2
lenyachang
2022/07/27
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直接拿當暑假作業寫!
細菌姐姐
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一位熱愛細菌學和微生物生態學研究的研究生,尤其喜歡細菌和其他微生物或動植物之間的互相依靠或是激烈戰爭。
總覺得微生物和動植物的互動和人類的社會很像。
期待透過科普的文字將更多人感染成細菌學和微生物學愛好者。
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