前面提到的微生物个头算是大的，细菌与真菌不同，一般个头都不大，最不同的地方是细菌没有细胞核，它们都是原核生物。细菌跟真菌一样，也是有各种各样的形状。从形状上来说，细菌可以分为球状、杆状、链状、螺旋状等，长短大小都不一样。实际上，只要知道细菌的名字，我们通常就能知道它们的形状，比如大肠杆菌、幽门螺杆菌和嗜热链球菌。细菌中还有一个类群是古细菌，从名字上就能知道它们是非常古老而独特的一个分支，主要分布于人类几乎到达不到的极端环境中，但在人的肠道和皮肤上也有分布。
无论什么形状的细菌，实际上都是“圆头圆脑”的，并且大部分都长着毛，就像绝大多数动物一样。这些毛的作用可不是防寒保暖，有些毛可以帮助细菌运动，有些则帮助细菌与细菌直接交换信息。
小细菌，能长成地球大小？
由于细菌通常只有零点几到几微米大小，而人的头发直径有50~80微米，几十个细菌摞起来才够一个头发丝的大小，所以，人类仅凭肉眼是根本看不到它们的。球菌一般长的都比较小，直径在1微米左右，而杆菌通常大一些，宽0.2~1.25微米，长度可以达到5微米。杆菌是典型的电线杆型，也是细菌中最常见、数量最多的类型。虽然，细菌都很小，但是如果细菌的数量多了，组团在一起的时候我们也是可以看到的。当然微生物的世界总有特例。并不是所有细菌人类凭肉眼都看不到，据称德国科学家在非洲的海底发现了一种世界上最大的细菌，单个细菌的直径有0.1~0.75毫米，几乎有果蝇的头那么大，完全可以用肉眼看到。
细菌的繁殖速度非常快。它们的繁殖方式跟动物不一样，动物是有性繁殖，而细菌的繁殖方式是分裂，直接复制自己就可以了。当一个细菌生长到一定阶段就会从中间分开，变成两个，然后这两个再分别继续生长，到一定阶段又分别开始分裂，周而复始地重复复制和分裂，差不多每隔十几分钟一个细菌就能分裂成两个，两个再分裂成四个，进行指数级分裂。更形象一点来说，这个过程就像一个鸡蛋慢慢地可以长成双黄蛋，然后，从中间切开（分裂）后变成了各有一个黄的鸡蛋，再等每一个鸡蛋都长大变成双黄后再切开，没多长时间，细菌的数量就变得非常多了。有人测算过，如果营养充足，一个大肠杆菌可以在一天内变成一百亿个，在两三天的时间里，重量就能从1毫克增加到跟地球差不多。当然了，这都是理论上的，实际上细菌永远也不能长成地球的大小和重量，因为它们也会衰老和死亡，营养也不会无限制地供应。虽说如此，细菌还是很容易长到人类肉眼可见的尺寸的。当人们把细菌放在富含营养的培养基上，细菌们就开始生长和繁殖。差不多24小时后就能在培养基上看到大小不同的斑点。这些斑点就是约100万个细菌堆叠在一起形成的，人们给这种斑点起了个名字，叫做菌落（colony）。由于一个细菌就能形成一个菌落，人们就用菌落形成单位（colony-forming unit，CFU）来计数细菌的多少。不同的细菌可以形成不同形状、不同颜色的菌落。有的菌落鼓成一个包，有的形成平面，有的菌落长得像一张网，有的菌落长得像八爪鱼。有经验的研究人员仅仅通过菌落的不同就可以分辨不同的细菌。
细菌还可以做画？
如果读者想看看菌落长什么样子，可以在网上买一个加了培养基的培养皿，自己印个手印或者哈一口气在里面，放在室温下一两天，然后，你就能看到培养基上生长的不同菌落了。红色、油亮、圆珠型的菌落像极了红宝石，应该会讨得女孩子的喜欢；金黄色，呈放射状铺开的菌落更像太阳。国际上还有一个琼脂板绘画大赛（Agar Art Contest），就是用这些肉眼看不到的细菌培养出一幅幅美丽的艺术作品，其中还有一些经典的名画，比如用变形杆菌、鲍曼不动杆菌、粪肠球菌、肺炎克雷伯菌创作的凡·高的《星月夜》。这样的画作不仅好看，还具有生命力，唯一的不足就是无法固定下来，除非细菌们在某一时刻都死掉，并且不会再有新的细菌生长。有创意的各位还可以发挥想象力，用不同的细菌来做自己喜欢的细菌画。
杀人无数的病菌
别看细菌画好看，人们对大多数细菌可没有好印象，一提到细菌，所有人都会避而远之，生怕被它们感染了。我们听到的细菌的名字经常跟疾病联系在一起，比如肺炎链球菌、肺炎克雷伯菌、鼠疫杆菌、结核杆菌、霍乱弧菌、痢疾杆菌等。
人们害怕细菌是根深蒂固的，历史上，因为细菌感染致死的人数非常多，比如鼠疫杆菌引起的黑死病是人类历史上最严重的瘟疫。因为症状是腹股沟或腋下的淋巴有肿块，然后皮肤会出现青黑色的斑块，所以，被称为黑死病。这种菌致死率极高，染病后几乎所有的患者都活不过3天。据统计，因为感染黑死病死亡的总人数超过2亿人，肆虐全球至少超过了300年。遗憾的是，当年人们并不知道什么动物是传染源，欧洲人曾经把瘟疫的爆发迁怒于犹太人，他们杀死了大量犹太人。少数头脑清醒的人意识到动物才是传播疾病的源头，于是，他们杀死了所有的家畜，大街上满是猫狗的死尸。人们并不知道老鼠才是真正的传染源，而教会认为猫是幽灵和邪恶的化身，鼓动人们捕杀猫，这几乎导致猫濒临灭绝，没有了天敌的老鼠肆意繁殖，传播了更多的鼠疫杆菌。
黑死病使欧洲约2500万人死亡，占当时欧洲总人口的1/3。一个小小的鼠疫杆菌就能引发这么大面积的破坏，人类没有理由不害怕细菌，特别是致病菌。在细菌与人类的战争史中，为了消灭细菌，人类付出了惨重的代价。
对人类有益的细菌
还是那句话，微生物的世界并不都是不好的，但也不都是好的。从对人类的影响上，细菌被分为三类：有害菌、有益菌和中性菌。上面提到的致病菌就是典型的有害菌，人类的多种疾病都跟这类细菌有关。相比有害菌，人们对有益菌的了解并不多，人类发现的少数几种对人体有益的细菌主要有乳酸杆菌、双歧杆菌和芽孢杆菌，这也是目前最常见的益生菌。在食品和健康领域应用最多的细菌应当是乳酸杆菌了，人们饮用的酸奶就是主要由乳酸杆菌发酵制作的。
大多数细菌属于中性菌，始终保持中立，在适当的条件下或者变为有益菌或者变成有害菌。限于我们对细菌的了解，有害菌、有益菌和中性菌的界定并不十分清晰，同一种细菌可能游走于这三类之间，有益菌也许会叛变变成有害菌，有害菌也可能良心发现变成有益菌，还有左右摇摆的中性菌。
到底有多少种细菌？
细菌的数量是否多到数都数不清，时至今日学界仍没有统一的结论。尽管有人估计地球上有1000亿种微生物，海洋中有2000万到10亿种微生物，数量达到1030，占据海洋生物重量的一半以上。地球上的绝大多数细菌是人类无法培养的，因此，人类对这些细菌的了解还非常少，具体的种类和数量也都是人们估算出来的。
目前，并没有什么好的办法来对细菌做个统计，因此，这个数字并不准确。实际上，依靠基因测序技术估计地球上的细菌只有数百万种。截至2016年，我们有效命名的细菌和古细菌数量将超过13 000个。即使不能培养，人们还是找到了不依赖培养的细菌分类或命名方法，这就是1980年实施的“细菌编码（bacteriological code）”国际规则。根据这个国际规则，清单中公布的有效原核生物种和属的数量分别从原来估计的30 000个下降到约1800个和300个，其中大部分的种类后来被证明是一样的，在分类上只能归并到一起。自那时起，微生物分类学家每年只能分离描述几百个新物种。
16S rRNA——细菌的“姓名标签”
由于传统的分类方法很难鉴定不同种类的细菌，而微生物分类学的根本革命是通过分子生物学方法，或者说基因测序的方法。这种方法是细菌核糖体小亚基rRNA的比较序列分析，也称为16S rRNA基因序列分析。当然，鉴定真菌的方法与之类似，称作18S rRNA和ITS基因序列分析。在后文中，我将会提到很多细菌名称，这些细菌的名称绝大多数都是通过这种技术鉴定出来的。
在介绍这种方法前，有几个知识点需要普及一下。细菌是原核生物，虽然它们没有细胞核，但是它们的DNA还是有专门的结构，其中，核糖体就是DNA上的主要部件。这个核糖体也不是一个整体，它实际上是含有3种类型的rRNA小亚基：分别是23S、16S和5S rRNA。这三种rRNA就像三条刻有密码的铁链子。其中，16S这条链子含有1540个铁环，有一些铁环上带有重要的身份信息，就像狗链子上拴的铭牌一样，代表了每一种细菌的名字，其铁环的排列和构成与细菌的分类地位一致，且非常稳定。
在细菌基因组中，编码16S rRNA的序列包含9~10个可变区（variable region）和11个保守区（constant region）。保守区反映了物种间的亲缘关系，而可变区则体现了物种间的差异。通过对可变区的检测就能够将不同的细菌区分开，正是由于16S rRNA具有良好的进化保守性，适宜分析的长度，以及与进化距离相匹配的良好变异性，使之成为当之无愧的细菌分子鉴定的标准标识序列。目前，16S rRNA的基因序列信息已经广泛应用于菌种鉴定和系统发生学研究。
16S rRNA基因测序，解码细菌
在实际应用中，一般在细菌16S rRNA编码基因中V3~V5的可变区设计一段细菌通用引物，通过PCR（聚合酶链式反应，polymerase chain reaction）的方式扩增出所有细菌的16S rRNA片段，然后，把所有细菌含有密码的铁链子中的其中一段信息通过高通量基因测序的方式给读取出来，再对每种细菌的这段信息进行分析就能把细菌的名字给翻译出来了。随着基因测序技术的发展，这种16S rRNA基因分析技术已经变得非常快捷方便，越来越多细菌的16S rRNA基因序列被测定并收入国际基因数据库中。
现在，数以亿计的16S rRNA基因序列已经存放在公共数据库中了。2015年7月，SILVA数据库（arb-silva.de，国际知名微生物核糖体RNA数据库）发布了1 411 234个近全长细菌和53 546个古细菌16S rRNA基因序列，即使这样，仍存在相当多的未知细菌需要被探索。正是由于这么庞大的数据库存在，我们才能快速和方便地对检测到的细菌进行命名，这无疑加速了我们认识人体微生物的进程。只要花费几百元钱就能对一个样本中的所有细菌进行测序和分析，未来，这种测序技术的价格会越来越便宜，我们对这些微生物的了解也会越来越多。
我的一部分工作是对这一段序列进行基因测序，通过测序和数据比对分析就可以知道每个人肠道中都有哪些微生物。我经常把自己的工作形象地说成是“细菌名字解读师”，就是利用基因测序的方法给每一个检测到的细菌贴上正确的名字标签。