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什么是微生物
到目前为止，绿色的地球是唯一为人类所认知的一块生命的栖息地。在地球的陆地和海洋，与人类相依相存的是另一个缤纷多彩的生命世界。在这个目前对人类仍有太多未知的生命世界里，除了我们熟知的动物、植物，还有一个神秘的群体。它们太微小了，以至用肉眼看不见或看不清楚，它们的名字叫微生物。
下一个科学的定义，微生物是一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。它们是一些个体微小、构造简单的低等生物。大多为单细胞，少数为多细胞，还包括一些没有细胞结构的生物。主要有古菌；属于原核生物类的细菌、放线菌、蓝细菌、枝原体、立克次氏体；属于真核生物类的真菌、原生动物和显微藻类。以上这些微生物在光学显微镜下可见。蘑菇和银耳等食、药用菌是个例外，尽管可用厘米表示它们的大小，但其本质是真菌，我们称它们为大型真菌。而属于非细胞生物类的病毒、类病毒和朊病毒（又称朊粒）等则需借助电子显微镜才能看到。
其实，微生物“出生”最早，地球诞生至今已有46亿多年，最早的微生物35亿年前就已出现在地球上，人类出现在地球上则只有几百万年的历史。但微生物与人类"相识"甚晚，人类认识微生物只有短短的几百年。1676年荷兰人列文虎克用自制的显微镜观察到了细菌，从而揭示出一个过去从未有人知晓的微生物世界。
虽然我们用肉眼看不到单个的微生物细胞，但是当微生物大量繁殖在某种材料上形成一个大集团时，或是把微生物培养在某些基质上，我们就能看到它们了。我们把这一团由几百万个微生物细胞组成的集合体称为菌落。例如腐败的馒头和面包上长的毛，烂水果上的斑点，皮鞋上的霉点，皮肤上的藓块等就是许多微生物形成的菌落。
微生物虽小，但它们和人类的关系非常密切。有些对人类有益，是人类生活中不可缺少的伙伴；有些对人类有害，对人类生存构成了威胁；有的虽然和人类没有直接的利害关系，但在生物圈的物质循环和能流中具有关键作用。
微生物的生物多样性
微生物是地球上生物多样性最为丰富的资源。微生物的种类仅次于昆虫，是生命世界里的第二大类群。然而由于微生物的微观性，以及研究手段的限制，许多微生物的种群还不能分离培养，其已知种占估计种的比例仍很小。从下面的两张统计表中可以看出。
中国微生物已知物种数与世界已知物种数的比较
类群 中国的物种数 世界的物种数 中国/世界（％）
病毒 400 5000 8.0
细菌 500 4760 10.5
真菌 8000 72000 11.6
微生物的已知种数和估计总种数
类群 已知种数 估计总种数 已知种百分数（％）
病毒 5000 130000 4
细菌 4760 40000 12
真菌 72000 1500000 5
微生物是生物中一群重要的分解代谢类群，没有微生物的活动地球上的生命是不可能存在的。它们是地球上最早出现的生命形式，其生物多样性在维持生物圈和为人类提供广泛而大量的未开发资源方面起着主要的作用。
微生物的多样性包括所有微生物的生命形式、生态系统和生态过程以及有关微生物在遗传、分类和生态系统水平上的知识概念。
物种是生物多样性的表现形式，与其它生物类群相比，人类对微生物物种多样性的了解最为贫乏。以原核生物界为例，除少数可以引起人类、家畜和农作物疾病的物种外，对其它物种知之甚少。人们甚至不能对世界上究竟存在多少种原核生物作出大概的估计。真菌是与人类关系比较密切的生物类群，目前已定名的真菌约有8万种，但据估计地球上真菌的数量约为150万种，也就是说人们已经知道的真菌仅为估计数的5％。
微生物的多样性除物种多样性外，还包括生理类群多样性、生态类型多样性和遗传多样性。
微生物的生理代谢类型之多，是动植物所不及的。微生物有着许多独特的代谢方式，如自养细菌的化能合成作用、厌氧生活、不释放氧的光合作用、生物固氮作用、对复杂有机物的生物转化能力、分解氰、酚、多氯联苯等有毒物质的能力，抵抗热、冷、酸、碱、高渗、高压、高辐射剂量等极端环境的能力，以及病毒的以非细胞形态生存的能力等。微生物产生的代谢产物种类多，仅大肠杆菌一种细菌就能产生2000－3000种不同的蛋白质。天然抗生素中，2/3（超过4000种）是由放线菌产生的。微生物所产酶的种类也是极其丰富的，从各种微生物中发现，仅II型限制性内切酶就有1443种。
微生物与生物环境间的相互关系也表现出多样性，主要有互生（和平共处，平等互利或一方受益，如自生固氮菌与纤维分解细菌）、共生（相依为命，结成整体，如真菌与蓝细菌共生形成地衣）、寄生（敌对，如各种植物病原菌与宿主植物）、拮抗（相克、敌对，如抗生素产生菌与敏感微生物）和捕食（如原生动物吞食细菌和藻类）等关系。
与高等生物相比，微生物的遗传多样性表现的更为突出，不同种群间的遗传物质和基因表达具有很大的差异。全球性的微生物基因组计划已经展开，截止2000年4月的统计，已有27个原核生物的全基因组序列全部完成发表，另有95个正在进行中；4个真核生物的全基因组序列已完成发表，21个正在进行中。基因组时代的到来，必然将一个崭新的、全面的和内在的微生物世界展现在人们面前。
微生物资源的开发，是21世纪生命科学生命力之所在。由于动植物物种消失是可以估计的，这就意味着微生物多样性的消失现象也在发生，如何利用和保护微生物多样性已成为亟待解决的问题。近年来，世界各国和国际组织已对此做了许多努力，并提出了一项微生物多样性行动计划，随着这项计划的逐步实施，人类将从微生物生物多样性的利用和保护中受益。这项计划包括：
建立推动微生物多样性研究的国际组织；
召开关于微生物“种”的概念和分类指征研讨会；
提出已知种的目录；
发展微生物分离、培养和保藏的技术；
发展微生物群落取样的标准；
提出选择自然保护区和其它需要长期保护的生态系等。
微生物在整个生命世界中的地位
人类在发现和研究微生物之前，把一切生物分成截然不同的两大界－动物界和植物界。随着人们对微生物认识的逐步深化，从两界系统经历过三界系统、四界系统、五界系统甚至六界系统，直到70年代后期，美国人Woese等发现了地球上的第三生命形式－古菌，才导致了生命三域学说的诞生。该学说认为生命是由古菌域（Archaea）、细菌域（Bacteria）和真核生物域（Eucarya）所构成。在图示“生物的系统进化树”中，左侧的**分枝是细菌域；中间的褐色和紫色分枝是古菌域；右侧的绿色分枝是真核生物域。
古菌域包括嗜泉古菌界（Crenarchaeota）、广域古菌界（Euryarchaeota）和初生古菌界（Korarchaeota）；细菌域包括细菌、放线菌、蓝细菌和各种除古菌以外的其它原核生物；真核生物域包括真菌、原生生物、动物和植物。除动物和植物以外，其它绝大多数生物都属微生物范畴。由此可见，微生物在生物界级分类中占有特殊重要的地位。
生命进化一直是人们关注的热点。Brown等依据平行同源基因构建的“Cenancestor”生命进化树，认为生命的共同祖先Cenancestor是一个原生物。原生物在进化过程中产生两个分支，一个是原核生物（细菌和古菌），一个是原真核生物，在之后的进化过程中细菌和古菌首先向不同的方向进化，然后原真核生物经吞食一个古菌，并由古菌的DNA取代寄主的RNA基因组而产生真核生物。
从进化的角度，微生物是一切生物的老前辈。如果把地球的年龄比喻为一年的话，则微生物约在3月20日诞生，而人类约在12月31日下午7时许出现在地球上。
事实上这个世界往往比我们认识到的更加精彩。首先我们的三观基础是建立在我们对日常生活中现象的观察，科学其实也起源于此，那么再进一步，科学家们对日常生活中的现象加以研究，摸索出理论并进行预测以及验证，其中的一些现象可以说是非常的amazing。下面我由浅入深简要地展示几个颠覆我们三观的科学知识。
一、自然界很多动物的性别并不是固定的
这里说的并非雌雄同体。譬如我们最常见的黄鳝，黄鳝在幼年时期呈现雌性，等待其成年达到一定体长后会发生性逆转，由雌性转变为雄性。与此相似的还有红鲷鱼等等。
还有一种神奇的虫子——海扁虫，这是一种雌雄同体的生物，由于作为雌性母体的能量消耗是成为父体的好几倍，这种生物往往通过打架来决定彼此的性别。
打架中的海扁虫
二、光并不一定是按照直线传播的
也就是光的干涉衍射，即光通过狭窄缝隙后后在后续的光屏上呈现一条一条的竖纹，通常来说干涉呈现等间距的条纹而衍射条纹不等距，话不多说直接上图。
光的干涉简化图，干涉条纹是等间距的
衍射中比较特殊的一种叫泊松亮斑，是由一束激光打在一个尺寸很小的不透明圆盘上，投射在后续光屏上的圆盘影子中心会有一个明亮的光点，即泊松亮斑。
中心亮点即泊松亮斑
三、物质波
前面提到光的衍射，衍射是波特有的一种现象，光同时具有波以及粒子的各种特性，即波粒二象性。而根据德布罗意提出的物质波理论（这里采取易于读者理解的通俗解释必然存在漏洞，请不要在意）实物粒子同样具有波动性，也就是说任何微观粒子既是粒子又是波。那么由微观的电子构成的电子束自然也可以发生衍射现象（实验也证实了一点）。
物质波颠覆了以往我们对物质的认知
如果以上的话饶老绕去不够清楚的话，所谓物质波说大白话就是。构成你我的基本粒子在某个时间点所在的位置是不确定的，但它们有一个极大的概率出现在某个地方。也就是，由千千万万个粒子构成的你我，理论上有可能出现在任何地方，但整体而言我们在宏观世界的位置是相对确定的。一个有意思的说法：如果你拥有无限的时间，一直去撞一个不会被破坏的墙壁，没准撞到天荒地老，有一天你就可以穿墙而过！
四、“不可观测的实验”
我们已经谈过物质波，电子束是可以发生双缝干涉的，经过双缝的电子会在后续的荧光屏上打出一条条等间距的痕迹，那么如果我们不用电子束，而是一次发射一个电子，来来回回发射很多遍呢？有意思的现象出现了。
如果我们发射一个电子，不管它从双缝的哪一个缝出去，另一个缝是完全没东西的，理论上也就不会发生干涉射现象——自己没办法跟自己发生干涉，这是一个显而易见的事情，那么实验现象就一定是两条由无数光点构成的竖纹。
事实并非如此，经过无数次发射后，荧光屏上显示出了清晰的干涉条纹，也就是很多等间距的竖纹。这说明这个电子同时出现在了两个缝的地方，并且自己与自己进行了干涉！
电子自己与自己发生了干涉
然而更加神奇的一幕出现了——当科学家在两个缝的地方安装了观测仪器后再进行重复实验后，之前的神奇现象消失了，荧光屏上只有两条由点构成的竖纹。一旦不进行观测，那么单个电子又会开始自己与自己干涉。
这其实与“薛定谔的猫”是一个原理。当我们不进行观测的时候，电子处于通过缝1与通过缝2的叠加态，一旦进行观测，这个叠加的状态就会坍缩，成为一个确定的状态。
薛定谔的猫处于生与死的叠加态
我们常笑称“遇事不决，量子力学”事实上，量子力学绝不是什么玄学，只不过他的结论往往与我们的常识不符罢了。
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