生物学是干什么的？生物学是自然科学吗？

微生物学是对通常太小而无法在没有显微镜的情况下用人眼看到的微生物的研究。微生物（也称为微生物）对地球上的生命至关重要；复杂的生物体（包括人类）会发现没有它们几乎不可能生存。这些微小的有机体塑造了营养物质在环境中的移动方式，控制着生态系统的运作方式。例如，它们负责生物材料如何分解和腐烂。微生物影响我们的气候，决定食物如何变质，并导致和控制疾病。我们还可以利用微生物来帮助我们生产救命药物、制造生物燃料、清理污染和种植农作物。

这张细菌细胞的图像显示了细胞壁外部的脂滴。脂质已通过经过修饰以增加脂质产量的细胞包膜逸出。图片由威斯康星大学麦迪逊分校和美国能源部大湖生物能源研究中心 (GLBRC) 提供

微生物可以是单细胞的（单细胞）、多细胞的（细胞集落）或无细胞的（缺乏细胞）。它们包括细菌、古生菌、真菌、原生动物、藻类和病毒。

• 细菌是没有细胞核的单细胞微生物。
• 古生菌就像细菌，但它们具有不同的结构和特性。这使他们能够在极端环境条件下生活。
• 原生动物是具有细胞核的单细胞微生物。他们通过用细胞膜包围食物来获取食物。它们存在于广泛的环境中，其中一些可以吃细菌来生存。
• 藻类是具有细胞核并通过光合作用获得能量的单细胞或多细胞生物，类似于植物。
• 真菌包括蘑菇、霉菌和酵母。它们的细胞有细胞核，许多真菌是多细胞的。
• 病毒是由蛋白质包围的DNA或RNA核心组成的非细胞实体。并非所有生物学家都认为病毒是活的有机体。没有已知的病毒能够自我繁殖——它们需要来自其他生物体的细胞才能自我复制。

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速览

• 科学家们认为，一杯土壤中的细菌比地球上的人还多。那是很多细菌——世界上大约有 78 亿人。
• 微生物可以从土壤中释放氮和磷并将其释放出来，这样植物就可以利用这些养分生长并减少肥料的使用。
• 微生物可以对其 DNA 进行修饰，以生产各种不同的产品——从生物燃料到塑料再到其他有用的化学品。

美国能源部科学办公室：对微生物学研究的贡献

能源部 (DOE) 支持帮助我们维持能源安全和可持续环境的微生物学研究。美国能源部生物与环境研究 (BER) 计划支持旨在了解复杂生物、地球和环境系统的科学研究和设施。除了学术机构和国家实验室资助的研究之外，DOE BER 还支持两个进行微生物学研究的设施。环境分子科学实验室 (EMSL) 为科学家提供了解细胞过程和相互作用的工具和技术。研究人员使用这些信息来构建生物系统模型。

美国能源部基础能源科学 (BES) 计划支持基础研究，以了解、预测并最终控制电子、原子和分子水平的物质和能量。BES 资助微生物生物化学和微生物用于能量捕获、转换和储存的机制的研究。关于这些自然机制的知识可以帮助激发能源技术更有效的组件和反应的设计。

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新的成像技术可以更好地治疗癌症和病毒感染

休斯顿大学的两名研究人员正在开发一种光谱学，以帮助了解核糖体如何在细胞深处制造蛋白质，这一发现可能会指导药物设计以治疗癌症和病毒感染。光谱学测量光和物质之间的相互作用，以确定细胞物质的特征和体积。

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