智力並不是一種可以輕易歸於微生物的品質。

　沒有理由認為細菌、粘液黴菌和類似的單細胞生命形式具有意識、理解力或其他真正智力所蘊含的能力。

　但特別是當這些細胞大量交流時，它們解決問題和控制環境的驚人集體才能就會出現。

　這些行為可能是透過數十億年的進化而被基因編碼到這些細胞中的，但從這個意義上說，這些細胞與被程式設計為以複雜的方式對環境做出反應的機器人並沒有什麼不同。

　如果我們可以為後者談論人工智慧的話，也許用前者的細胞智慧未被重視來指代也不為過。

　在顯微鏡下，細胞集體智慧的不可思議的發揮，以壯觀的美感展現出來。

　自1983年以來，哈佛大學醫學院微生物學和免疫生物學教授、微生物科學計劃聯合主任羅伯託-科爾特領導的實驗室一直在研究這些現象。

　近年來，它還開發了將它們視覺化的技術。

　在出版的攝影散文集《視線邊緣的生命--微生物世界的攝影探索》中，科特爾和他的合著者、實驗室研究員兼影像專家斯科特·奇米斯基對微生物進行了科學和藝術的欣賞，讓人們看到了腳下實實在在的細胞奇蹟。實驗室的影象也在哈佛自然歷史博物館的“一滴水裡的世界“展覽中展出。

　粘液黴不能算是一種微生物。

　當它在其生命週期的活躍期，變形蟲階段滲入森林地面的葉子上時它看起來就像一灘黃色的粘液，直徑在一英寸到一米之間

　然而，儘管體型龐大，卻是一個巨大的單細胞，數以萬計的細胞核漂浮在不間斷的細胞質中。在這種形態下，而是一個效率極高的獵手。

　不僅僅是反射性地湧向食物。當它向一個方向移動時，整個細胞中傳遞的訊號會阻止它沿著不太有前途的路線進行反作用的推進。

　此外，粘液黴菌已經進化出一套系統，基本上可以繪製出它們的地形圖，並記住不應該去的地方。

　　當它們移動時，會留下半透明的化學痕跡告訴它們哪些地方不值得再去。

　當細菌第一次透過顯微鏡被觀察到時，懸浮在載玻片上的液體中，在它們的簡單中，它們似乎是原始的、孤獨的細胞的典型。

　事實是，在野外，大多數細菌都是高度群居的。

　有些細菌確實是作為孤獨的個體在環境中游動，但大多數細菌細胞--以及大多數種類的細菌--更喜歡生活在緊湊的社會中，稱為固定在表面的生物膜。

　個體通常代表生物膜的分支，尋求新的殖民地點。

　此外，生物膜不僅僅是細菌細胞的密集堆積。

　它們有複雜的功能結構，從裡到外，為細胞的集體命運服務，從下面銅綠假單胞菌的圖片中可以看出。

　生物膜用剛果紅染料染色，它與細菌分泌的細胞外基質蛋白結合，作為其群體的支架。

　生物膜深皺的表面最大限度地增加了細菌吸收氧氣的面積；它還可能幫助它們收集營養物質並有效地釋放廢物。

　在生物膜內，細菌分工維持菌群，並分化成專門發揮其功能的形式。

　例如，在這種普通土壤細菌枯草芽孢桿菌的生物膜中，一些細胞分泌細胞外基質並固定在原地，而一些細胞則保持運動狀態。

　生物膜邊緣的細胞可能會分裂生長，而中間的其他細胞則會釋放孢子，以便在惡劣的條件下生存，並在新的地點定居。

　人們可能會想，為什麼自然選擇會青睞這種集體行為，而不是在細胞中更加猖獗的個人主義。

　部分答案可能是進化理論家所說的包容性健身。

　只要生物膜中的細菌是相互關聯的個體的犧牲就會被每個細胞的幾百萬個表親的適應性的增加所抵消。

　但也可能是生物膜內的每個角色都有其優勢。

　邊緣的細胞最容易暴露在危險之中必須瘋狂地繁殖以擴大生物膜但它們也能獲得最多的營養和氧氣．

　內側的細胞依靠其他細胞獲得重要的口糧，但它們可能存活得更久。

　生物膜生長的表面並不總是堅實的。這些枯草芽孢桿菌正在形成一種細胞膜--一種漂浮在水和空氣介面的生物膜。

　形成細胞膜的遺傳途徑與在石頭上生長的遺傳途徑基本相同，儘管它們可能會根據需要改變細胞外基質中蛋白質的精確組合，以應對其棲息地的變化。

　擴張性生長並不是微生物群落移動的唯一方式。

　枯草芽孢桿菌正在進行一種叫做樹枝狀蜂群的行為，在這種行為中，細胞以分支柱狀的方式迅速向外推進，可以有效地鋪設一個表面。

　當生物膜檢測到自己處於富含營養物質的環境中時，就會蜂擁而至。

　蜂群幫助生物膜在任何競爭群落之前搶先開發這片寶貴的領土。

　生物膜中的細胞分化至少有兩個重要的變化，才能實現群聚。

　首先，膜外圍的運動細胞發展出額外的鞭毛，這使它們能夠更有活力地游泳。其次，一些邊緣細胞也開始分泌表面活性劑，這是一種滑膩的物質，可以幫助運動細胞更快地在表面滑動。

　當生物膜在平坦的實驗皿中生長時，蜂擁而至的生物膜的樹枝狀柱子仍然整齊劃一。

　它們互相延伸和盤繞但它們不會交叉

　這似乎部分是因為表面活性劑堆積在生物膜分支周圍作為屏障。同樣，在實驗室條件下，一些細菌可以在更多的梯形結構中蜂擁而至。

　這種選擇對自然界中的細菌有什麼影響還是個謎。

　在實驗室條件下生長的生物膜所表現出的另一種行為是螺旋式遷移，下面的時間推移影片中展示的是芽孢桿菌。

　這些細菌細胞以長鏈或長絲的形式生長，順時針或逆時針捲曲。

　這種螺旋運動的具體優勢仍在調查中，但它們一定是相當大的，因為芽孢杆擅長佔領可用環境。

　芽孢杆是最容易從土壤中培養的細菌種類之一。當科學家從土壤中分離出微生物，並將其種植在瓊脂皿上，特別是在室溫下。黴菌經常會在整個板塊上蔓延，並超越所有其他生物。因此，對於許多微生物學家來說，它被認為是一種若有若無的'滋擾物種'。

　令人好奇的是，螺旋式遷移的方向--順時針或逆時針--似乎是一種遺傳性特徵。

　不同菌株的細菌，即使是同一物種，也會有不同的螺旋方向。

　這又是一個例子，說明細菌如何服從其個體DNA中的指令，在生物膜的集體水平上表現出令人驚訝的複雜和適應性的解決問題的行為。

　生物膜在培養過程中產生的這些幾何圖案和推測的功能圖案是耐人尋味的美麗。大多數天然生物膜是多物種的生態系統，天然生物膜內的細胞通常生長比較緩慢。

　在實驗室條件下，研究人員可以研究哪些基因參與了複雜的多細胞行為，他們可以測量對細菌物種的適應性的好處。

　但在自然環境中，由於營養物質有限或與其他物種的競爭，生物膜通常無法形成與實驗室中完全相同的模式。所以同樣的生物學可能會在你後院的一粒土壤上以較小的尺寸尺度和較長的時間段發生。

　生物膜行為證明了細菌形成集體的能力和開放性--但這種開放性是有限度的，正如這種具有幾個同居生物膜的培養物所示。

　在這裡，由相同細菌或密切相關菌株組成的相鄰生物膜可以舒適地合併。但由更多分歧的細菌組成的相鄰生物膜卻保持著自己的特色，甚至可能試圖消除或控制對方。

　生物膜之所以對其他菌株和物種如此不容忍，是因為它們在表面活性劑、細胞外基質和其他分子的生產上投入了大量的資金，細菌學家將這些分子歸類為公共產品--細菌為其社群的其他成員分泌的分子。

　細菌嫉妒地守護著這些，因為無關的自由遊離細胞可以透過首先使用它們而強烈受益。

　生物膜以不同的方式回絕這種自由遊離者。

　例如，枯草芽孢桿菌菌落採取了一種“親緣歧視“的策略，它們分泌的抗生素化合物對其他物種有毒，但對自己的物種沒有毒性。變形桿菌以不同的方式捍衛自己的利益，基於“自我識別“。米拉比桿菌的生物膜會檢查入侵的細胞用矛狀結構刺穿任何來自不同物種的細胞然後給它們注射毒藥，除了關係密切的物種外，幾乎所有的物種都會被殺死。

　輔酶鏈黴菌的生物膜培養中出現的顏色反映了細菌產生的天然色素。這些色素對生物膜的價值並不完全清楚，但可能與它們的顏色無關。相反，這些色素分子往往以各種方式具有生物活性。生長抑制通常只發生在相對於自然界中出的非常高的濃度下。一種新的觀點認為，殺戮可能不是許多或大多數抗生素的生態功能。相反，這些生物活性分子是作為訊號或發育提示“給其他細胞。

　一個有趣的可能性是，在自然生態系統中，鏈黴菌以較低的濃度使用色素和其他生物活性分子“作為多種類微生物群落之間交換的訊號。

　這些色素可能會幫助同居的各種細菌控制住彼此的不太相鄰的本能，從而維持一種更加合作和富有成效的共同生活。