细菌仅仅需要足够的空间，来保存其至关重要的酶类、蛋白和遗传机制。进化已清除细菌所有无关的结构。而且一种微小又简单的构造可允许快速繁殖，这有助于适应环境。细菌的新陈代谢是高效率的典范，因为细菌很小，产生的表面积一体积比率很大。在细菌细胞中，一切构成部分都与表面相距不远，经过表面，营养物质进入细胞而有毒废物排出。人类、藻类、红木、原生动物都由真核细胞构成，它们的细胞里有各种各样的细胞器，每种细胞器上都有膜包裹。真核细胞的表面积一体积比率是细菌的十分之一，所以物质穿梭通过细胞器的膜、细胞质、外膜时，都消耗能量。相比之下，细菌结构耗能更少，效率更高。最后，更小的体积有利于规模宏大的细菌种群，这让其他所有的生物群体都相形见细。

体积庞大的多细胞生物，孕育幼仔得要很长的生命周期—想想鲸、大象和人类—它们以漫长的时间改良基因组。昆虫进化得更快，它们可以在数年内发展出一种新的性状。在细菌，进化仅发生于一夜之间。通常，其子代就包含着某种新的性状，这为它们的生存奠定了更好的基础。

没人知道究竟有多少种细菌。人们已经描述了大约5000种细菌的特征，还有10 000种已被部分地鉴别出来。生物多样性的权威爱德华•威尔逊(Edward 0. Wilson）估测，生物学里已经被鉴定的物种，不超过所有物种的10%，可能才1%。根据威尔逊的推论，细菌菌种的总数是100000种，而真正的菌种总数很有可能是这个推论的10倍。大多数环境微生物学家认为，在全部细菌的1%里，当前只有不到十分之一的菌种能在实验室条件下培养。而只有培养了细菌，我们才能对它们进行鉴别。

致力于研究微生物多样性的微生物遗传学家克雷格•温特( J. Craig Venter）非常恰当地指出，细菌在地球生物圈里的多样性，以及其功能作用，要比它们物种的数目更重要。通过一个为时两年的海洋微生物的研究，温特得出结论说，通过测定细菌独有的基因序列，发现每间隔320千米的海域，有85％的细菌物种都发生了变化。海洋似乎包含着数百万种亚环境系统，而不是某个巨大的海洋环境系统，每一毫升海水里都包含着数百万个细菌。单单是海洋里细菌的真实数目，可能已经超过先前对整个地球上细菌物种总数的估计。在将来的地球微生物生态学的研究中，细菌物种的绝对数目可能依然无法确定。

微生物学家起初定义微生物世界，是通过从环境中采集样本，并确定其中的细菌类型来进行的。这种界定方式，首先要回答的一个问题是：这些细菌都是新的、从来没有被发现过的物种吗？为了回答这个问题，微生物学家必须认识在生物学中已经被鉴定、命名并得到认可的菌种，比如大肠杆菌。

分类学家根据生物的外在特征和遗传学，把现存的所有生物分成属和种。一直到20世纪70年代后期，微生物学家还是通过酶的活性、终产物、营养需求和显微镜下的外观来鉴定微生物。1977年，伊利诺伊大学的卡尔•伍斯（Carl Woese）提出用细胞合成蛋白的一个组分的片段—核糖体核糖核酸（rRNA）来进行鉴别。细胞的rRNA携带有基因的信息，并帮助把这种信息转换成具有特定结构和功能的蛋白质。因为每个物种的rRNA的遗传信息都是独一无二的，其可以作为细菌指纹图谱的一种而发挥作用。伍斯提出的鉴别方法，具体来说，用的是被称为16S rRNA的组分，这和16S亚基有关，16S亚基是构成核糖体的亚基之一。这种分析方法，给现存的生物带来新的分类体系（这让传统的分类学家大为震惊），分成了细菌，古细菌和真核生物3个域。

在新的rRNA分类出现之前，生物学的学生曾被教导，植物、动物和微生物被划分成5个、6个，甚至8个界。第一次上生物课的时候，课上教给我的五界系统是这样的：

．原核生物界，包括细菌；

．原生生物界，包括原生生物和藻类；

．植物界，包括绿色植物，这是藻类的后代；

．真菌，祖先是原生生物界的特定成员；

．动物界，其祖先是原生生物界的特定成员。

当试图给世界上的生物群编组的时候，生物分类的新技术的产生，并没有能终止这种混淆，问题还是接踵而来，这其中是有原因的。分类学家和哲学家试着去确定生物彼此之间的亲缘关系，亚里士多德一马当先。还有，自从20世纪70年代DNA分析技术出现以来，遗传学家发现生物群具有更复杂的多样性，还有生物之间共享的基因非常之多，而细菌之间共享的尤为多。伍斯所引入的rRNA分析方法，表明了不同的物种之间的基因共享的程度。研究显示，物种之间具有大量的水平基因转移（horizontalgene transfer )，即许多不相关的物种具有共同基因的现象。

我们都学过进化树，从树干上分出科、属和种的树枝来，这描绘的不是水平基因转移。进化树看起来可能更像是一个鸟巢，而非一株橡树。没有哪个物种比细菌更真实地反映了水平基因转移。如今人们知道，细菌中有基因共享，或者说基因转移；古细菌可能也有这种现象，数目之多超过人们之前的想象。在 2002年，通过对特定蛋白相关基因的集中研究，16S rRNA系统被进一步细化。不过，随着生物学家对细菌的基因构成有更深入的了解，他们发现了更多的共享基因。有些微生物学家开始觉得，说到细菌的时候，“物种”这个词没有什么意义。当前，利用16SrRNA分析进行鉴定，如果两种不同的细胞株的基因相似性小于97%，就可以认为它们属于不同的物种。有的生物学家提出，基因差异性达到1％就属于不同的菌种，而不是3%。

微生物学家最初发展细菌分组的概念的时候，也就是我们今天所说的物种，他们是利用细菌的共同特征来做标志。革兰氏反应、营养需求、独特的酶类或者运动特性都能作为区分细菌的特征，从而把细菌分为各不相同的物种。现代核酸分析已经说明，传统的分类系统是否还有意义。细菌之间共享基因的比例很高，而不同细胞之间的基因转移很容易，据此，有的微生物学家提出，以物种来给细菌分类是徒劳的。所有的细菌看起来都隶属于一个巨大的物种，在这个物种里，不同的株系的差异，乃是由于它们所表达和抑制的基因有所不同造成的。将细菌分成单独的菌种的时候，所有的细菌都应该符合1942年恩斯特•迈尔率先对物种进行的定义：同一个物种的成员之间可以进行杂交，不同的物种成员之间则不能。

基因分析模糊了细菌物种之间的界限，因此传统上用以给其他生物分类的标准，无法适用于细菌。为了保持头脑清醒，微生物学家需要某种分类学机制，这样他们在讨论微生物的时候，就有一种通用语言了。先不管DNA的结果，根据相似的性状来给细菌分类，事实证明这传统的方法方便易用。因此，微生物学家对细菌也使用同样的分类和命名系统，这和处理其他所有生物的方式一致。自19世纪中叶，植物学家们—卡尔•林奈（CarlLinnaeus）是其中最著名的一位—发展出这套系统以来，其几乎没有任何变化。物种的分类和命名使用双名法，即用一个特有的由两部分组成的拉丁名称来为每个物种命名。

同一个属的细菌共享着某些基因，如上所述，共享基因非常多，但是不同的物种各自都有一些独特的基因。比如说，芽孢杆菌属（Bacillus）是一类常见的土壤细菌的属名。这个属包括几个不同的种：枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis，缩写为B. subtilis )、炭疽芽孢杆菌（B. anthracis）、巨大芽孢杆菌（B. megaterium），等等。如果我是一个细菌，我的名字就会是Maczulak anne，或者M. Anne。

命名一种新的细菌，微生物学家有若干处理的方法。其中最要紧的是，新的名字要不同于生物学上的所有其他名字。表1-1显示了一般的命名方式。

不管科学上物种分类和再分类方法如何发展，细菌的命名不太可能会有更替。医学、环境科学、食品质量、制造业和生物技术，有赖于对引起某种疾病或感染的细菌物种的鉴别，生产有用的新产品也需要认识细菌物种。随着微生物学上的焦点从生物圈转移到人体，物种鉴定将变得愈发重要。

表1-1细菌名字的来源

命名方法 示例 命名的原因

某个历史事件 嗜肺军团菌 1976年，这个细菌在美国
退伍军人协会大会期间引发新
的病症

颜色 蓝细菌 蓝绿色
球状（-coccus）细胞组

细胞的形状和排列方式 化脓性链球菌 成的弯曲的长链（strepto-）

发现地 纳米比亚嗜硫珠菌 在纳米比亚海岸上发现

发现者 大肠埃希菌（大肠杆菌） 1885年，西奥多•冯•埃
舍利希发现

纪念著名的微生物学家 多杀巴斯德菌 菌属以路易•巴斯德命名

独一无二的特征 趋磁螺旋菌 螺旋状细菌，细胞内有具
有磁性的磁小体

极端的生长环境 水生栖热菌 生长于非常热的水中，比
如说温泉