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万物简史英文版

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20    SMALL WORLD

书籍名:《万物简史英文版》    作者:比尔·布莱森
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In  fact,  there  is  no  point  in  trying  to  hide  from  your  bacteria,  for  they  are  on  and  around  youalways,  in  numbers  you  can’t  conceive.  If  you  are  in  good  health  and  averagely  diligent  abouthygiene,  you  will  have  a  herd  of  about  one  trillion  bacteria  grazing  on  your  fleshy  plains—about  a  hundred  thousand  of  them  on  every  square  centimeter  of  skin.  They  are  there  to  dineoff  the  ten  billion  or  so  flakes  of  skin  you  shed  every  day,  plus  all  the  tasty  oils  and  fortifyingminerals  that  seep  out  from  every  pore  and  fissure.  You  are  for  them  the  ultimate  food  court,with  the  convenience  of  warmth  and  constant  mobility  thrown  in.  By  way  of  thanks,  they  giveyou  B.O.

And  those  are  just  the  bacteria  that  inhabit  your  skin.  There  are  trillions  more  tucked  awayin  your  gut  and  nasal  passages,  clinging  to  your  hair  and  eyelashes,  swimming  over  thesurface  of  your  eyes,  drilling  through  the  enamel  of  your  teeth.  Your  digestive  system  alone  ishost  to  more  than  a  hundred  trillion  microbes,  of  at  least  four  hundred  types.  Some  deal  withsugars,  some  with  starches,  some  attack  other  bacteria.  A  surprising  number,  like  theubiquitous  intestinal  spirochetes,  have  no  detectable  function  at  all.  They  just  seem  to  like  tobe  with  you.  Every  human  body  consists  of  about  10  quadrillion  cells,  but  about  100quadrillion  bacterial  cells.  They  are,  in  short,  a  big  part  of  us.  From  the  bacteria’s  point  ofview,  of  course,  we  are  a  rather  small  part  of  them.

Because  we  humans  are  big  and  clever  enough  to  produce  and  utilize  antibiotics  anddisinfectants,  it  is  easy  to  convince  ourselves  that  we  have  banished  bacteria  to  the  fringes  ofexistence.  Don’t  you  believe  it.  Bacteria  may  not  build  cities  or  have  interesting  social  lives,but  they  will  be  here  when  the  Sun  explodes.  This  is  their  planet,  and  we  are  on  it  onlybecause  they  allow  us  to  be.

Bacteria,  never  forget,  got  along  for  billions  of  years  without  us.  We  couldn’t  survive  a  daywithout  them.  They  process  our  wastes  and  make  them  usable  again;  without  their  diligentmunching  nothing  would  rot.  They  purify  our  water  and  keep  our  soils  productive.  Bacteriasynthesize  vitamins  in  our  gut,  convert  the  things  we  eat  into  useful  sugars  andpolysaccharides,  and  go  to  war  on  alien  microbes  that  slip  down  our  gullet.

We  depend  totally  on  bacteria  to  pluck  nitrogen  from  the  air  and  convert  it  into  usefulnucleotides  and  amino  acids  for  us.  It  is  a  prodigious  and  gratifying  feat.  As  Margulis  andSagan  note,  to  do  the  same  thing  industrially  (as  when  making  fertilizers)  manufacturers  mustheat  the  source  materials  to  500  degrees  centigrade  and  squeeze  them  to  three  hundred  timesnormal  pressures.  Bacteria  do  it  all  the  time  without  fuss,  and  thank  goodness,  for  no  larger organism  could  survive  without  the  nitrogen  they  pass  on.  Above  all,  microbes  continue  toprovide  us  with  the  air  we  breathe  and  to  keep  the  atmosphere  stable.  Microbes,  including  themodern  versions  of  cyanobacteria,  supply  the  greater  part  of  the  planet’s  breathable  oxygen.

Algae  and  other  tiny  organisms  bubbling  away  in  the  sea  blow  out  about  150  billion  kilos  ofthe  stuff  every  year.

And  they  are  amazingly  prolific.  The  more  frantic  among  them  can  yield  a  new  generationin  less  than  ten  minutes;  Clostridium  perfringens,  the  disagreeable  little  organism  that  causesgangrene,  can  reproduce  in  nine  minutes.  At  such  a  rate,  a  single  bacterium  could  theoreticallyproduce  more  offspring  in  two  days  than  there  are  protons  in  the  universe.  “Given  an  adequatesupply  of  nutrients,  a  single  bacterial  cell  can  generate  280,000  billion  individuals  in  a  singleday,”  according  to  the  Belgian  biochemist  and  Nobel  laureate  Christian  de  Duve.  In  the  sameperiod,  a  human  cell  can  just  about  manage  a  single  division.

About  once  every  million  divisions,  they  produce  a  mutant.  Usually  this  is  bad  luck  for  themutant—change  is  always  risky  for  an  organism—but  just  occasionally  the  new  bacterium  isendowed  with  some  accidental  advantage,  such  as  the  ability  to  elude  or  shrug  off  an  attack  ofantibiotics.  With  this  ability  to  evolve  rapidly  goes  another,  even  scarier  advantage.  Bacteriashare  information.  Any  bacterium  can  take  pieces  of  genetic  coding  from  any  other.

Essentially,  as  Margulis  and  Sagan  put  it,  all  bacteria  swim  in  a  single  gene  pool.  Anyadaptive  change  that  occurs  in  one  area  of  the  bacterial  universe  can  spread  to  any  other.  It’srather  as  if  a  human  could  go  to  an  insect  to  get  the  necessary  genetic  coding  to  sprout  wingsor  walk  on  ceilings.  It  means  that  from  a  genetic  point  of  view  bacteria  have  become  a  singlesuperorganism—tiny,  dispersed,  but  invincible.

They  will  live  and  thrive  on  almost  anything  you  spill,  dribble,  or  shake  loose.  Just  givethem  a  little  moisture—as  when  you  run  a  damp  cloth  over  a  counter—and  they  will  bloom  asif  created  from  nothing.  They  will  eat  wood,  the  glue  in  wallpaper,  the  metals  in  hardenedpaint.  Scientists  in  Australia  found  microbes  known  as  Thiobacillus  concretivorans  that  livedin—indeed,  could  not  live  without—concentrations  of  sulfuric  acid  strong  enough  to  dissolvemetal.  A  species  called  Micrococcus  radiophilus  was  found  living  happily  in  the  waste  tanksof  nuclear  reactors,  gorging  itself  on  plutonium  and  whatever  else  was  there.  Some  bacteriabreak  down  chemical  materials  from  which,  as  far  as  we  can  tell,  they  gain  no  benefit  at  all.

They  have  been  found  living  in  boiling  mud  pots  and  lakes  of  caustic  soda,  deep  insiderocks,  at  the  bottom  of  the  sea,  in  hidden  pools  of  icy  water  in  the  McMurdo  Dry  Valleys  ofAntarctica,  and  seven  miles  down  in  the  Pacific  Ocean  where  pressures  are  more  than  athousand  times  greater  than  at  the  surface,  or  equivalent  to  being  squashed  beneath  fiftyjumbo  jets.  Some  of  them  seem  to  be  practically  indestructible.  Deinococcus  radiodurans  is,according  to  theEconomist  ,  “almost  immune  to  radioactivity.”  Blast  its  DNA  with  radiation,and  the  pieces  immediately  reform  “like  the  scuttling  limbs  of  an  undead  creature  from  ahorror  movie.”

Perhaps  the  most  extraordinary  survival  yet  found  was  that  of  a  Streptococcus  bacteriumthat  was  recovered  from  the  sealed  lens  of  a  camera  that  had  stood  on  the  Moon  for  two  years.

In  short,  there  are  few  environments  in  which  bacteria  aren’t  prepared  to  live.  “They  arefinding  now  that  when  they  push  probes  into  ocean  vents  so  hot  that  the  probes  actually  startto  melt,  there  are  bacteria  even  there,”  Victoria  Bennett  told  me.

In  the  1920s  two  scientists  at  the  University  of  Chicago,  Edson  Bastin  and  Frank  Greer,announced  that  they  had  isolated  from  oil  wells  strains  of  bacteria  that  had  been  living  at depths  of  two  thousand  feet.  The  notion  was  dismissed  as  fundamentally  preposterous—therewas  nothing  to  live  on  at  two  thousand  feet—and  for  fifty  years  it  was  assumed  that  theirsamples  had  been  contaminated  with  surface  microbes.  We  now  know  that  there  are  a  lot  ofmicrobes  living  deep  within  the  Earth,  many  of  which  have  nothing  at  all  to  do  with  theorganic  world.  They  eat  rocks  or,  rather,  the  stuff  that’s  in  rocks—iron,  sulfur,  manganese,and  so  on.  And  they  breathe  odd  things  too—iron,  chromium,  cobalt,  even  uranium.  Suchprocesses  may  be  instrumental  in  concentrating  gold,  copper,  and  other  precious  metals,  andpossibly  deposits  of  oil  and  natural  gas.  It  has  even  been  suggested  that  their  tireless  nibblingscreated  the  Earth’s  crust.

Some  scientists  now  think  that  there  could  be  as  much  as  100  trillion  tons  of  bacteria  livingbeneath  our  feet  in  what  are  known  as  subsurface  lithoautotrophic  microbial  ecosystems—SLiME  for  short.  Thomas  Gold  of  Cornell  has  estimated  that  if  you  took  all  the  bacteria  out  ofthe  Earth’s  interior  and  dumped  it  on  the  surface,  it  would  cover  the  planet  to  a  depth  of  fivefeet.  If  the  estimates  are  correct,  there  could  be  more  life  under  the  Earth  than  on  top  of  it.

At  depth  microbes  shrink  in  size  and  become  extremely  sluggish.  The  liveliest  of  them  maydivide  no  more  than  once  a  century,  some  no  more  than  perhaps  once  in  five  hundred  years.

As  the  Economist  has  put  it:  “The  key  to  long  life,  it  seems,  is  not  to  do  too  much.”  Whenthings  are  really  tough,  bacteria  are  prepared  to  shut  down  all  systems  and  wait  for  bettertimes.  In  1997  scientists  successfully  activated  some  anthrax  spores  that  had  lain  dormant  foreighty  years  in  a  museum  display  in  Trondheim,  Norway.  Other  microorganisms  have  leaptback  to  life  after  being  released  from  a  118-year-old  can  of  meat  and  a  166-year-old  bottle  ofbeer.  In  1996,  scientists  at  the  Russian  Academy  of  Science  claimed  to  have  revived  bacteriafrozen  in  Siberian  permafrost  for  three  million  years.  But  the  record  claim  for  durability  so  faris  one  made  by  Russell  Vreeland  and  colleagues  at  West  Chester  University  in  Pennsylvaniain  2000,  when  they  announced  that  they  had  resuscitated  250-million-year-old  bacteria  calledBacillus  permians  that  had  been  trapped  in  salt  deposits  two  thousand  feet  underground  inCarlsbad,  New  Mexico.  If  so,  this  microbe  is  older  than  the  continents.

The  report  met  with  some  understandable  dubiousness.  Many  biochemists  maintained  thatover  such  a  span  the  microbe’s  components  would  have  become  uselessly  degraded  unless  thebacterium  roused  itself  from  time  to  time.  However,  if  the  bacterium  did  stir  occasionallythere  was  no  plausible  internal  source  of  energy  that  could  have  lasted  so  long.  The  moredoubtful  scientists  suggested  that  the  sample  may  have  been  contaminated,  if  not  during  itsretrieval  then  perhaps  while  still  buried.  In  2001,  a  team  from  Tel  Aviv  University  argued  thatB.  permians  were  almost  identical  to  a  strain  of  modern  bacteria,  Bacillus  marismortui,  foundin  the  Dead  Sea.  Only  two  of  its  genetic  sequences  differed,  and  then  only  slightly.

“Are  we  to  believe,”  the  Israeli  researchers  wrote,  “that  in  250  million  years  B.  permianshas  accumulated  the  same  amount  of  genetic  differences  that  could  be  achieved  in  just  3–7days  in  the  laboratory?”  In  reply,  Vreeland  suggested  that  “bacteria  evolve  faster  in  the  labthan  they  do  in  the  wild.”

Maybe.

It  is  a  remarkable  fact  that  well  into  the  space  age,  most  school  textbooks  divided  the  worldof  the  living  into  just  two  categories—plant  and  animal.  Microorganisms  hardly  featured.

Amoebas  and  similar  single-celled  organisms  were  treated  as  proto-animals  and  algae  as proto-plants.  Bacteria  were  usually  lumped  in  with  plants,  too,  even  though  everyone  knewthey  didn’t  belong  there.  As  far  back  as  the  late  nineteenth  century  the  German  naturalistErnst  Haeckel  had  suggested  that  bacteria  deserved  to  be  placed  in  a  separate  kingdom,  whichhe  called  Monera,  but  the  idea  didn’t  begin  to  catch  on  among  biologists  until  the  1960s  andthen  only  among  some  of  them.  (I  note  that  my  trusty  American  Heritage  desk  dictionaryfrom  1969  doesn’t  recognize  the  term.)Many  organisms  in  the  visible  world  were  also  poorly  served  by  the  traditional  division.

Fungi,  the  group  that  includes  mushrooms,  molds,  mildews,  yeasts,  and  puffballs,  were  nearlyalways  treated  as  botanical  objects,  though  in  fact  almost  nothing  about  them—how  theyreproduce  and  respire,  how  they  build  themselves—matches  anything  in  the  plant  world.

Structurally  they  have  more  in  common  with  animals  in  that  they  build  their  cells  from  chitin,a  material  that  gives  them  their  distinctive  texture.  The  same  substance  is  used  to  make  theshells  of  insects  and  the  claws  of  mammals,  though  it  isn’t  nearly  so  tasty  in  a  stag  beetle  as  ina  Portobello  mushroom.  Above  all,  unlike  all  plants,  fungi  don’t  photosynthesize,  so  theyhave  no  chlorophyll  and  thus  are  not  green.  Instead  they  grow  directly  on  their  food  source,which  can  be  almost  anything.  Fungi  will  eat  the  sulfur  off  a  concrete  wall  or  the  decayingmatter  between  your  toes—two  things  no  plant  will  do.  Almost  the  only  plantlike  quality  theyhave  is  that  they  root.

Even  less  comfortably  susceptible  to  categorization  was  the  peculiar  group  of  organismsformally  called  myxomycetes  but  more  commonly  known  as  slime  molds.  The  name  no  doubthas  much  to  do  with  their  obscurity.  An  appellation  that  sounded  a  little  more  dynamic—“ambulant  self-activating  protoplasm,”  say—and  less  like  the  stuff  you  find  when  you  reachdeep  into  a  clogged  drain  would  almost  certainly  have  earned  these  extraordinary  entities  amore  immediate  share  of  the  attention  they  deserve,  for  slime  molds  are,  make  no  mistake,among  the  most  interesting  organisms  in  nature.  When  times  are  good,  they  exist  as  one-celled  individuals,  much  like  amoebas.  But  when  conditions  grow  tough,  they  crawl  to  acentral  gathering  place  and  become,  almost  miraculously,  a  slug.  The  slug  is  not  a  thing  ofbeauty  and  it  doesn’t  go  terribly  far—usually  just  from  the  bottom  of  a  pile  of  leaf  litter  to  thetop,  where  it  is  in  a  slightly  more  exposed  position—but  for  millions  of  years  this  may  wellhave  been  the  niftiest  trick  in  the  universe.

And  it  doesn’t  stop  there.  Having  hauled  itself  up  to  a  more  favorable  locale,  the  slimemold  transforms  itself  yet  again,  taking  on  the  form  of  a  plant.  By  some  curious  orderlyprocess  the  cells  reconfigure,  like  the  members  of  a  tiny  marching  band,  to  make  a  stalk  atopof  which  forms  a  bulb  known  as  a  fruiting  body.  Inside  the  fruiting  body  are  millions  ofspores  that,  at  the  appropriate  moment,  are  released  to  the  wind  to  blow  away  and  becomesingle-celled  organisms  that  can  start  the  process  again.

For  years  slime  molds  were  claimed  as  protozoa  by  zoologists  and  as  fungi  by  mycologists,though  most  people  could  see  they  didn’t  really  belong  anywhere.  When  genetic  testingarrived,  people  in  lab  coats  were  surprised  to  find  that  slime  molds  were  so  distinctive  andpeculiar  that  they  weren’t  directly  related  to  anything  else  in  nature,  and  sometimes  not  evento  each  other.

In  1969,  in  an  attempt  to  bring  some  order  to  the  growing  inadequacies  of  classification,  anecologist  from  Cornell  University  named  R.  H.  Whittaker  unveiled  in  the  journalScience  aproposal  to  divide  life  into  five  principal  branches—kingdoms,  as  they  are  known—calledAnimalia,  Plantae,  Fungi,  Protista,  and  Monera.  Protista,  was  a  modification  of  an  earlier term,  Protoctista,  which  had  been  suggested  a  century  earlier  by  a  Scottish  biologist  namedJohn  Hogg,  and  was  meant  to  describe  any  organisms  that  were  neither  plant  nor  animal.

Though  Whittaker’s  new  scheme  was  a  great  improvement,  Protista  remained  ill  defined.

Some  taxonomists  reserved  it  for  large  unicellular  organisms—the  eukaryotes—but  otherstreated  it  as  the  kind  of  odd  sock  drawer  of  biology,  putting  into  it  anything  that  didn’t  fitanywhere  else.  It  included  (depending  on  which  text  you  consulted)  slime  molds,  amoebas,and  even  seaweed,  among  much  else.  By  one  calculation  it  contained  as  many  as  200,000different  species  of  organism  all  told.  That’s  a  lot  of  odd  socks.

Ironically,  just  as  Whittaker’s  five-kingdom  classification  was  beginning  to  find  its  wayinto  textbooks,  a  retiring  academic  at  the  University  of  Illinois  was  groping  his  way  toward  adiscovery  that  would  challenge  everything.  His  name  was  Carl  Woese  (rhymes  with  rose),  andsince  the  mid-1960s—or  about  as  early  as  it  was  possible  to  do  so—he  had  been  quietlystudying  genetic  sequences  in  bacteria.  In  the  early  days,  this  was  an  exceedingly  painstakingprocess.  Work  on  a  single  bacterium  could  easily  consume  a  year.  At  that  time,  according  toWoese,  only  about  500  species  of  bacteria  were  known,  which  is  fewer  than  the  number  ofspecies  you  have  in  your  mouth.  Today  the  number  is  about  ten  times  that,  though  that  is  stillfar  short  of  the  26,900  species  of  algae,  70,000  of  fungi,  and  30,800  of  amoebas  and  relatedorganisms  whose  biographies  fill  the  annals  of  biology.

It  isn’t  simple  indifference  that  keeps  the  total  low.  Bacteria  can  be  exasperatingly  difficultto  isolate  and  study.  Only  about  1  percent  will  grow  in  culture.  Considering  how  wildlyadaptable  they  are  in  nature,  it  is  an  odd  fact  that  the  one  place  they  seem  not  to  wish  to  live  isa  petri  dish.  Plop  them  on  a  bed  of  agar  and  pamper  them  as  you  will,  and  most  will  just  liethere,  declining  every  inducement  to  bloom.  Any  bacterium  that  thrives  in  a  lab  is  bydefinition  exceptional,  and  yet  these  were,  almost  exclusively,  the  organisms  studied  bymicrobiologists.  It  was,  said  Woese,  “like  learning  about  animals  from  visiting  zoos.”

Genes,  however,  allowed  Woese  to  approach  microorganisms  from  another  angle.  As  heworked,  Woese  realized  that  there  were  more  fundamental  divisions  in  the  microbial  worldthan  anyone  suspected.  A  lot  of  little  organisms  that  looked  like  bacteria  and  behaved  likebacteria  were  actually  something  else  altogether—something  that  had  branched  off  frombacteria  a  long  time  ago.  Woese  called  these  organisms  archaebacteria,  later  shortened  toarchaea.

It  has  be  said  that  the  attributes  that  distinguish  archaea  from  bacteria  are  not  the  sort  thatwould  quicken  the  pulse  of  any  but  a  biologist.  They  are  mostly  differences  in  their  lipids  andan  absence  of  something  called  peptidoglycan.  But  in  practice  they  make  a  world  ofdifference.  Archaeans  are  more  different  from  bacteria  than  you  and  I  are  from  a  crab  orspider.  Singlehandedly  Woese  had  discovered  an  unsuspected  division  of  life,  so  fundamentalthat  it  stood  above  the  level  of  kingdom  at  the  apogee  of  the  Universal  Tree  of  Life,  as  it  israther  reverentially  known.

In  1976,  he  startled  the  world—or  at  least  the  little  bit  of  it  that  was  paying  attention—byredrawing  the  tree  of  life  to  incorporate  not  five  main  divisions,  but  twenty-three.  These  hegrouped  under  three  new  principal  categories—Bacteria,  Archaea,  and  Eukarya  (sometimesspelled  Eucarya)—which  he  called  domains.

Woese’s  new  divisions  did  not  take  the  biological  world  by  storm.  Some  dismissed  them  asmuch  too  heavily  weighted  toward  the  microbial.  Many  just  ignored  them.  Woese,  according to  Frances  Ashcroft,  “felt  bitterly  disappointed.”  But  slowly  his  new  scheme  began  to  catchon  among  microbiologists.  Botanists  and  zoologists  were  much  slower  to  admire  its  virtues.

It’s  not  hard  to  see  why.  On  Woese’s  model,  the  worlds  of  botany  and  zoology  are  relegatedto  a  few  twigs  on  the  outermost  branch  of  the  Eukaryan  limb.  Everything  else  belongs  tounicellular  beings.

“These  folks  were  brought  up  to  classify  in  terms  of  gross  morphological  similarities  anddifferences,”  Woese  told  an  interviewer  in  1996.  “The  idea  of  doing  so  in  terms  of  molecularsequence  is  a  bit  hard  for  many  of  them  to  swallow.”  In  short,  if  they  couldn’t  see  a  differencewith  their  own  eyes,  they  didn’t  like  it.  And  so  they  persisted  with  the  traditional  five-kingdom  division—an  arrangement  that  Woese  called  “not  very  useful”  in  his  mildermoments  and  “positively  misleading”  much  of  the  rest  of  the  time.  “Biology,  like  physicsbefore  it,”  Woese  wrote,  “has  moved  to  a  level  where  the  objects  of  interest  and  theirinteractions  often  cannot  be  perceived  through  direct  observation.”

In  1998  the  great  and  ancient  Harvard  zoologist  Ernst  Mayr  (who  then  was  in  his  ninety-fourth  year  and  at  the  time  of  my  writing  is  nearing  one  hundred  and  still  going  strong)  stirredthe  pot  further  by  declaring  that  there  should  be  just  two  prime  divisions  of  life—“empires”

he  called  them.  In  a  paper  published  in  the  Proceedings  of  the  National  Academy  of  Sciences,Mayr  said  that  Woese’s  findings  were  interesting  but  ultimately  misguided,  noting  that“Woese  was  not  trained  as  a  biologist  and  quite  naturally  does  not  have  an  extensivefamiliarity  with  the  principles  of  classification,”  which  is  perhaps  as  close  as  onedistinguished  scientist  can  come  to  saying  of  another  that  he  doesn’t  know  what  he  is  talkingabout.

The  specifics  of  Mayr’s  criticisms  are  too  technical  to  need  extensive  airing  here—theyinvolve  issues  of  meiotic  sexuality,  Hennigian  cladification,  and  controversial  interpretationsof  the  genome  of  Methanobacterium  thermoautrophicum,  among  rather  a  lot  else—butessentially  he  argues  that  Woese’s  arrangement  unbalances  the  tree  of  life.  The  bacterialrealm,  Mayr  notes,  consists  of  no  more  than  a  few  thousand  species  while  the  archaean  has  amere  175  named  specimens,  with  perhaps  a  few  thousand  more  to  be  found—“but  hardlymore  than  that.”  By  contrast,  the  eukaryotic  realm—that  is,  the  complicated  organisms  withnucleated  cells,  like  us—numbers  already  in  the  millions.  For  the  sake  of  “the  principle  ofbalance,”  Mayr  argues  for  combining  the  simple  bacterial  organisms  in  a  single  category,Prokaryota,  while  placing  the  more  complex  and  “highly  evolved”  remainder  in  the  empireEukaryota,  which  would  stand  alongside  as  an  equal.  Put  another  way,  he  argues  for  keepingthings  much  as  they  were  before.  This  division  between  simple  cells  and  complex  cells  “iswhere  the  great  break  is  in  the  living  world.”

The  distinction  between  halophilic  archaeans  and  methanosarcina  or  between  flavobacteriaand  gram-positive  bacteria  clearly  will  never  be  a  matter  of  moment  for  most  of  us,  but  it  isworth  remembering  that  each  is  as  different  from  its  neighbors  as  animals  are  from  plants.  IfWoese’s  new  arrangement  teaches  us  anything  it  is  that  life  really  is  various  and  that  most  ofthat  variety  is  small,  unicellular,  and  unfamiliar.  It  is  a  natural  human  impulse  to  think  ofevolution  as  a  long  chain  of  improvements,  of  a  never-ending  advance  toward  largeness  andcomplexity—in  a  word,  toward  us.  We  flatter  ourselves.  Most  of  the  real  diversity  inevolution  has  been  small-scale.  We  large  things  are  just  flukes—an  interesting  side  branch.  Ofthe  twenty-three  main  divisions  of  life,  only  three—plants,  animals,  and  fungi—are  largeenough  to  be  seen  by  the  human  eye,  and  even  they  contain  species  that  are  microscopic.

Indeed,  according  to  Woese,  if  you  totaled  up  all  the  biomass  of  the  planet—every  living thing,  plants  included—microbes  would  account  for  at  least  80  percent  of  all  there  is,  perhapsmore.  The  world  belongs  to  the  very  small—and  it  has  for  a  very  long  time.

So  why,  you  are  bound  to  ask  at  some  point  in  your  life,  do  microbes  so  often  want  to  hurtus?  What  possible  satisfaction  could  there  be  to  a  microbe  in  having  us  grow  feverish  orchilled,  or  disfigured  with  sores,  or  above  all  expire?  A  dead  host,  after  all,  is  hardly  going  toprovide  long-term  hospitality.

To  begin  with,  it  is  worth  remembering  that  most  microorganisms  are  neutral  or  evenbeneficial  to  human  well-being.  The  most  rampantly  infectious  organism  on  Earth,  abacterium  called  Wolbachia,  doesn’t  hurt  humans  at  all—or,  come  to  that,  any  othervertebrates—but  if  you  are  a  shrimp  or  worm  or  fruit  fly,  it  can  make  you  wish  you  had  neverbeen  born.  Altogether,  only  about  one  microbe  in  a  thousand  is  a  pathogen  for  humans,according  to  National  Geographic  —though,  knowing  what  some  of  them  can  do,  we  couldbe  forgiven  for  thinking  that  that  is  quite  enough.  Even  if  mostly  benign,  microbes  are  still  thenumber-three  killer  in  the  Western  world,  and  even  many  less  lethal  ones  of  course  make  usdeeply  rue  their  existence.

Making  a  host  unwell  has  certain  benefits  for  the  microbe.  The  symptoms  of  an  illnessoften  help  to  spread  the  disease.  Vomiting,  sneezing,  and  diarrhea  are  excellent  methods  ofgetting  out  of  one  host  and  into  position  for  another.  The  most  effective  strategy  of  all  is  toenlist  the  help  of  a  mobile  third  party.  Infectious  organisms  love  mosquitoes  because  themosquito’s  sting  delivers  them  directly  to  a  bloodstream  where  they  can  get  straight  to  workbefore  the  victim’s  defense  mechanisms  can  figure  out  what’s  hit  them.  This  is  why  so  manygrade-A  diseases—malaria,  yellow  fever,  dengue  fever,  encephalitis,  and  a  hundred  or  soother  less  celebrated  but  often  rapacious  maladies—begin  with  a  mosquito  bite.  It  is  afortunate  fluke  for  us  that  HIV,  the  AIDS  agent,  isn’t  among  them—at  least  not  yet.  Any  HIVthe  mosquito  sucks  up  on  its  travels  is  dissolved  by  the  mosquito’s  own  metabolism.  Whenthe  day  comes  that  the  virus  mutates  its  way  around  this,  we  may  be  in  real  trouble.

It  is  a  mistake,  however,  to  consider  the  matter  too  carefully  from  the  position  of  logicbecause  microorganisms  clearly  are  not  calculating  entities.  They  don’t  care  what  they  do  toyou  any  more  than  you  care  what  distress  you  cause  when  you  slaughter  them  by  the  millionswith  a  soapy  shower  or  a  swipe  of  deodorant.  The  only  time  your  continuing  well-being  is  ofconsequence  to  a  pathogen  is  when  it  kills  you  too  well.  If  they  eliminate  you  before  they  canmove  on,  then  they  may  well  die  out  themselves.  This  in  fact  sometimes  happens.  History,Jared  Diamond  notes,  is  full  of  diseases  that  “once  caused  terrifying  epidemics  and  thendisappeared  as  mysteriously  as  they  had  come.”  He  cites  the  robust  but  mercifully  transientEnglish  sweating  sickness,  which  raged  from  1485  to  1552,  killing  tens  of  thousands  as  itwent,  before  burning  itself  out.  Too  much  efficiency  is  not  a  good  thing  for  any  infectiousorganism.

A  great  deal  of  sickness  arises  not  because  of  what  the  organism  has  done  to  you  but  whatyour  body  is  trying  to  do  to  the  organism.  In  its  quest  to  rid  the  body  of  pathogens,  theimmune  system  sometimes  destroys  cells  or  damages  critical  tissues,  so  often  when  you  areunwell  what  you  are  feeling  is  not  the  pathogens  but  your  own  immune  responses.  Anyway,getting  sick  is  a  sensible  response  to  infection.  Sick  people  retire  to  their  beds  and  thus  areless  of  a  threat  to  the  wider  community.  Resting  also  frees  more  of  the  body’s  resources  toattend  to  the  infection.

Because  there  are  so  many  things  out  there  with  the  potential  to  hurt  you,  your  body  holdslots  of  different  varieties  of  defensive  white  cells—some  ten  million  types  in  all,  eachdesigned  to  identify  and  destroy  a  particular  sort  of  invader.  It  would  be  impossibly  inefficientto  maintain  ten  million  separate  standing  armies,  so  each  variety  of  white  cell  keeps  only  afew  scouts  on  active  duty.  When  an  infectious  agent—what’s  known  as  an  antigen—invades,relevant  scouts  identify  the  attacker  and  put  out  a  call  for  reinforcements  of  the  right  type.

While  your  body  is  manufacturing  these  forces,  you  are  likely  to  feel  wretched.  The  onset  ofrecovery  begins  when  the  troops  finally  swing  into  action.

White  cells  are  merciless  and  will  hunt  down  and  kill  every  last  pathogen  they  can  find.  Toavoid  extinction,  attackers  have  evolved  two  elemental  strategies.  Either  they  strike  quicklyand  move  on  to  a  new  host,  as  with  common  infectious  illnesses  like  flu,  or  they  disguisethemselves  so  that  the  white  cells  fail  to  spot  them,  as  with  HIV,  the  virus  responsible  forAIDS,  which  can  sit  harmlessly  and  unnoticed  in  the  nuclei  of  cells  for  years  before  springinginto  action.

One  of  the  odder  aspects  of  infection  is  that  microbes  that  normally  do  no  harm  at  allsometimes  get  into  the  wrong  parts  of  the  body  and  “go  kind  of  crazy,”  in  the  words  of  Dr.

Bryan  Marsh,  an  infectious  diseases  specialist  at  Dartmouth–Hitchcock  Medical  Center  inLebanon,  New  Hamphire.  “It  happens  all  the  time  with  car  accidents  when  people  sufferinternal  injuries.  Microbes  that  are  normally  benign  in  the  gut  get  into  other  parts  of  thebody—the  bloodstream,  for  instance—and  cause  terrible  havoc.”

The  scariest,  most  out-of-control  bacterial  disorder  of  the  moment  is  a  disease  callednecrotizing  fasciitis  in  which  bacteria  essentially  eat  the  victim  from  the  inside  out,  devouringinternal  tissue  and  leaving  behind  a  pulpy,  noxious  residue.  Patients  often  come  in  withcomparatively  mild  complaints—a  skin  rash  and  fever  typically—but  then  dramaticallydeteriorate.  When  they  are  opened  up  it  is  often  found  that  they  are  simply  being  consumed.

The  only  treatment  is  what  is  known  as  “radical  excisional  surgery”—cutting  out  every  bit  ofinfected  area.  Seventy  percent  of  victims  die;  many  of  the  rest  are  left  terribly  disfigured.  Thesource  of  the  infection  is  a  mundane  family  of  bacteria  called  Group  A  Streptococcus,  whichnormally  do  no  more  than  cause  strep  throat.  Very  occasionally,  for  reasons  unknown,  someof  these  bacteria  get  through  the  lining  of  the  throat  and  into  the  body  proper,  where  theywreak  the  most  devastating  havoc.  They  are  completely  resistant  to  antibiotics.  About  athousand  cases  a  year  occur  in  the  United  States,  and  no  one  can  say  that  it  won’t  get  worse.

Precisely  the  same  thing  happens  with  meningitis.  At  least  10  percent  of  young  adults,  andperhaps  30  percent  of  teenagers,  carry  the  deadly  meningococcal  bacterium,  but  it  lives  quiteharmlessly  in  the  throat.  Just  occasionally—in  about  one  young  person  in  a  hundredthousand—it  gets  into  the  bloodstream  and  makes  them  very  ill  indeed.  In  the  worst  cases,death  can  come  in  twelve  hours.  That’s  shockingly  quick.  “You  can  have  a  person  who’s  inperfect  health  at  breakfast  and  dead  by  evening,”  says  Marsh.

We  would  have  much  more  success  with  bacteria  if  we  weren’t  so  profligate  with  our  bestweapon  against  them:  antibiotics.  Remarkably,  by  one  estimate  some  70  percent  of  theantibiotics  used  in  the  developed  world  are  given  to  farm  animals,  often  routinely  in  stockfeed,  simply  to  promote  growth  or  as  a  precaution  against  infection.  Such  applications  givebacteria  every  opportunity  to  evolve  a  resistance  to  them.  It  is  an  opportunity  that  they  haveenthusiastically  seized.

In  1952,  penicillin  was  fully  effective  against  all  strains  of  staphylococcus  bacteria,  to  suchan  extent  that  by  the  early  1960s  the  U.S.  surgeon  general,  William  Stewart,  felt  confidentenough  to  declare:  “The  time  has  come  to  close  the  book  on  infectious  diseases.  We  havebasically  wiped  out  infection  in  the  United  States.”  Even  as  he  spoke,  however,  some  90percent  of  those  strains  were  in  the  process  of  developing  immunity  to  penicillin.  Soon  one  ofthese  new  strains,  called  Methicillin-Resistant  Staphylococcus  Aureus,  began  to  show  up  inhospitals.  Only  one  type  of  antibiotic,  vancomycin,  remained  effective  against  it,  but  in  1997a  hospital  in  Tokyo  reported  the  appearance  of  a  strain  that  could  resist  even  that.  Withinmonths  it  had  spread  to  six  other  Japanese  hospitals.  All  over,  the  microbes  are  beginning  towin  the  war  again:  in  U.S.  hospitals  alone,  some  fourteen  thousand  people  a  year  die  frominfections  they  pick  up  there.  As  James  Surowiecki  has  noted,  given  a  choice  betweendeveloping  antibiotics  that  people  will  take  every  day  for  two  weeks  or  antidepressants  thatpeople  will  take  every  day  forever,  drug  companies  not  surprisingly  opt  for  the  latter.

Although  a  few  antibiotics  have  been  toughened  up  a  bit,  the  pharmaceutical  industry  hasn’tgiven  us  an  entirely  new  antibiotic  since  the  1970s.

Our  carelessness  is  all  the  more  alarming  since  the  discovery  that  many  other  ailments  maybe  bacterial  in  origin.  The  process  of  discovery  began  in  1983  when  Barry  Marshall,  a  doctorin  Perth,  Western  Australia,  found  that  many  stomach  cancers  and  most  stomach  ulcers  arecaused  by  a  bacterium  called  Helicobacter  pylori.  Even  though  his  findings  were  easily  tested,the  notion  was  so  radical  that  more  than  a  decade  would  pass  before  they  were  generallyaccepted.  America’s  National  Institutes  of  Health,  for  instance,  didn’t  officially  endorse  theidea  until  1994.  “Hundreds,  even  thousands  of  people  must  have  died  from  ulcers  whowouldn’t  have,”  Marshall  told  a  reporter  from  Forbes  in  1999.

Since  then  further  research  has  shown  that  there  is  or  may  well  be  a  bacterial  component  inall  kinds  of  other  disorders—heart  disease,  asthma,  arthritis,  multiple  sclerosis,  several  typesof  mental  disorders,  many  cancers,  even,  it  has  been  suggested  (inScience  no  less),  obesity.

The  day  may  not  be  far  off  when  we  desperately  require  an  effective  antibiotic  and  haven’tgot  one  to  call  on.

It  may  come  as  a  slight  comfort  to  know  that  bacteria  can  themselves  get  sick.  They  aresometimes  infected  by  bacteriophages  (or  simply  phages),  a  type  of  virus.  A  virus  is  a  strangeand  unlovely  entity—“a  piece  of  nucleic  acid  surrounded  by  bad  news”  in  the  memorablephrase  of  the  Nobel  laureate  Peter  Medawar.  Smaller  and  simpler  than  bacteria,  viruses  aren’tthemselves  alive.  In  isolation  they  are  inert  and  harmless.  But  introduce  them  into  a  suitablehost  and  they  burst  into  busyness—into  life.  About  five  thousand  types  of  virus  are  known,and  between  them  they  afflict  us  with  many  hundreds  of  diseases,  ranging  from  the  flu  andcommon  cold  to  those  that  are  most  invidious  to  human  well-being:  smallpox,  rabies,  yellowfever,  ebola,  polio,  and  the  human  immunodeficiency  virus,  the  source  of  AIDS.

Viruses  prosper  by  hijacking  the  genetic  material  of  a  living  cell  and  using  it  to  producemore  virus.  They  reproduce  in  a  fanatical  manner,  then  burst  out  in  search  of  more  cells  toinvade.  Not  being  living  organisms  themselves,  they  can  afford  to  be  very  simple.  Many,including  HIV,  have  ten  genes  or  fewer,  whereas  even  the  simplest  bacteria  require  severalthousand.  They  are  also  very  tiny,  much  too  small  to  be  seen  with  a  conventional  microscope.

It  wasn’t  until  1943  and  the  invention  of  the  electron  microscope  that  science  got  its  first  lookat  them.  But  they  can  do  immense  damage.  Smallpox  in  the  twentieth  century  alone  killed  anestimated  300  million  people.

They  also  have  an  unnerving  capacity  to  burst  upon  the  world  in  some  new  and  startlingform  and  then  to  vanish  again  as  quickly  as  they  came.  In  1916,  in  one  such  case,  people  inEurope  and  America  began  to  come  down  with  a  strange  sleeping  sickness,  which  becameknown  as  encephalitis  lethargica.  Victims  would  go  to  sleep  and  not  wake  up.  They  could  beroused  without  great  difficulty  to  take  food  or  go  to  the  lavatory,  and  would  answer  questionssensibly—they  knew  who  and  where  they  were—though  their  manner  was  always  apathetic.

However,  the  moment  they  were  permitted  to  rest,  they  would  sink  at  once  back  intodeepest  slumber  and  remain  in  that  state  for  as  long  as  they  were  left.  Some  went  on  in  thismanner  for  months  before  dying.  A  very  few  survived  and  regained  consciousness  but  nottheir  former  liveliness.  They  existed  in  a  state  of  profound  apathy,  “like  extinct  volcanoes,”  inthe  words  of  one  doctor.  In  ten  years  the  disease  killed  some  five  million  people  and  thenquietly  went  away.  It  didn’t  get  much  lasting  attention  because  in  the  meantime  an  even  worseepidemic—indeed,  the  worst  in  history—swept  across  the  world.

It  is  sometimes  called  the  Great  Swine  Flu  epidemic  and  sometimes  the  Great  Spanish  Fluepidemic,  but  in  either  case  it  was  ferocious.  World  War  I  killed  twenty-one  million  people  infour  years;  swine  flu  did  the  same  in  its  first  four  months.  Almost  80  percent  of  Americancasualties  in  the  First  World  War  came  not  from  enemy  fire,  but  from  flu.  In  some  units  themortality  rate  was  as  high  as  80  percent.

Swine  flu  arose  as  a  normal,  nonlethal  flu  in  the  spring  of  1918,  but  somehow  over  thefollowing  months—no  one  knows  how  or  where—it  mutated  into  something  more  severe.  Afifth  of  victims  suffered  only  mild  symptoms,  but  the  rest  became  gravely  ill  and  often  died.

Some  succumbed  within  hours;  others  held  on  for  a  few  days.

In  the  United  States,  the  first  deaths  were  recorded  among  sailors  in  Boston  in  late  August1918,  but  the  epidemic  quickly  spread  to  all  parts  of  the  country.  Schools  closed,  publicentertainments  were  shut  down,  people  everywhere  wore  masks.  It  did  little  good.  Betweenthe  autumn  of  1918  and  spring  of  the  following  year,  548,452  people  died  of  the  flu  inAmerica.  The  toll  in  Britain  was  220,000,  with  similar  numbers  dead  in  France  and  Germany.

No  one  knows  the  global  toll,  as  records  in  the  Third  World  were  often  poor,  but  it  was  notless  than  20  million  and  probably  more  like  50  million.  Some  estimates  have  put  the  globaltotal  as  high  as  100  million.

In  an  attempt  to  devise  a  vaccine,  medical  authorities  conducted  tests  on  volunteers  at  amilitary  prison  on  Deer  Island  in  Boston  Harbor.  The  prisoners  were  promised  pardons  if  theysurvived  a  battery  of  tests.  These  tests  were  rigorous  to  say  the  least.  First  the  subjects  wereinjected  with  infected  lung  tissue  taken  from  the  dead  and  then  sprayed  in  the  eyes,  nose,  andmouth  with  infectious  aerosols.  If  they  still  failed  to  succumb,  they  had  their  throats  swabbedwith  discharges  taken  from  the  sick  and  dying.  If  all  else  failed,  they  were  required  to  sitopen-mouthed  while  a  gravely  ill  victim  was  helped  to  cough  into  their  faces.

Out  of—somewhat  amazingly—three  hundred  men  who  volunteered,  the  doctors  chosesixty-two  for  the  tests.  None  contracted  the  flu—not  one.  The  only  person  who  did  grow  illwas  the  ward  doctor,  who  swiftly  died.  The  probable  explanation  for  this  is  that  the  epidemichad  passed  through  the  prison  a  few  weeks  earlier  and  the  volunteers,  all  of  whom  hadsurvived  that  visitation,  had  a  natural  immunity.

Much  about  the  1918  flu  is  understood  poorly  or  not  at  all.  One  mystery  is  how  it  eruptedsuddenly,  all  over,  in  places  separated  by  oceans,  mountain  ranges,  and  other  earthly impediments.  A  virus  can  survive  for  no  more  than  a  few  hours  outside  a  host  body,  so  howcould  it  appear  in  Madrid,  Bombay,  and  Philadelphia  all  in  the  same  week?

The  probable  answer  is  that  it  was  incubated  and  spread  by  people  who  had  only  slightsymptoms  or  none  at  all.  Even  in  normal  outbreaks,  about  10  percent  of  people  have  the  flubut  are  unaware  of  it  because  they  experience  no  ill  effects.  And  because  they  remain  incirculation  they  tend  to  be  the  great  spreaders  of  the  disease.

That  would  account  for  the  1918  outbreak’s  widespread  distribution,  but  it  still  doesn’texplain  how  it  managed  to  lay  low  for  several  months  before  erupting  so  explosively  at  moreor  less  the  same  time  all  over.  Even  more  mysterious  is  that  it  was  primarily  devastating  topeople  in  the  prime  of  life.  Flu  normally  is  hardest  on  infants  and  the  elderly,  but  in  the  1918outbreak  deaths  were  overwhelmingly  among  people  in  their  twenties  and  thirties.  Olderpeople  may  have  benefited  from  resistance  gained  from  an  earlier  exposure  to  the  same  strain,but  why  the  very  young  were  similarly  spared  is  unknown.  The  greatest  mystery  of  all  is  whythe  1918  flu  was  so  ferociously  deadly  when  most  flus  are  not.  We  still  have  no  idea.

From  time  to  time  certain  strains  of  virus  return.  A  disagreeable  Russian  virus  known  asH1N1  caused  severe  outbreaks  over  wide  areas  in  1933,  then  again  in  the  1950s,  and  yet  againin  the  1970s.  Where  it  went  in  the  meantime  each  time  is  uncertain.  One  suggestion  is  thatviruses  hide  out  unnoticed  in  populations  of  wild  animals  before  trying  their  hand  at  a  newgeneration  of  humans.  No  one  can  rule  out  the  possibility  that  the  Great  Swine  Flu  epidemicmight  once  again  rear  its  head.

And  if  it  doesn’t,  others  well  might.  New  and  frightening  viruses  crop  up  all  the  time.

Ebola,  Lassa,  and  Marburg  fevers  all  have  tended  to  flare  up  and  die  down  again,  but  no  onecan  say  that  they  aren’t  quietly  mutating  away  somewhere,  or  simply  awaiting  the  rightopportunity  to  burst  forth  in  a  catastrophic  manner.  It  is  now  apparent  that  AIDS  has  beenamong  us  much  longer  than  anyone  originally  suspected.  Researchers  at  the  ManchesterRoyal  Infirmary  in  England  discovered  that  a  sailor  who  had  died  of  mysterious,  untreatablecauses  in  1959  in  fact  had  AIDS.  But  for  whatever  reasons  the  disease  remained  generallyquiescent  for  another  twenty  years.

The  miracle  is  that  other  such  diseases  haven’t  gone  rampant.  Lassa  fever,  which  wasn’tfirst  detected  until  1969,  in  West  Africa,  is  extremely  virulent  and  little  understood.  In  1969,  adoctor  at  a  Yale  University  lab  in  New  Haven,  Connecticut,  who  was  studying  Lassa  fevercame  down  with  it.  He  survived,  but,  more  alarmingly,  a  technician  in  a  nearby  lab,  with  nodirect  exposure,  also  contracted  the  disease  and  died.

Happily  the  outbreak  stopped  there,  but  we  can’t  count  on  such  good  fortune  always.  Ourlifestyles  invite  epidemics.  Air  travel  makes  it  possible  to  spread  infectious  agents  across  theplanet  with  amazing  ease.  An  ebola  virus  could  begin  the  day  in,  say,  Benin,  and  finish  it  inNew  York  or  Hamburg  or  Nairobi,  or  all  three.  It  means  also  that  medical  authoritiesincreasingly  need  to  be  acquainted  with  pretty  much  every  malady  that  exists  everywhere,  butof  course  they  are  not.  In  1990,  a  Nigerian  living  in  Chicago  was  exposed  to  Lassa  fever  on  avisit  to  his  homeland,  but  didn’t  develop  symptoms  until  he  had  returned  to  the  United  States.

He  died  in  a  Chicago  hospital  without  diagnosis  and  without  anyone  taking  any  specialprecautions  in  treating  him,  unaware  that  he  had  one  of  the  most  lethal  and  infectious  diseaseson  the  planet.  Miraculously,  no  one  else  was  infec