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微生物,地球上真正的“主角”如果没它,地球将会被生物遗骸填满

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宇宙的小小百科 2021-11-27 17:46

静静地分布在地球上所有地方的微生物在物质循环中起着主导作用,这样我们的地球就不会充满生物残骸。已知1亿到10亿种微生物栖息在1克土壤中,其中大部分是未知微生物。

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我们人类只有微生物总数的1%,无论分解物质有多么困难,地球上一定有能够分解它们的微生物。受此启发,科学家们正在考虑利用生物修复来净化地球环境,即利用人工手段增强微生物分解有毒有害污染物的能力,缩短净化时间。

地球受到严重污染

目前,地球的环境污染已经非常严重,污染的范围还在扩大。主要原因是人口的快速增长和经济的快速发展带来了大量的煤炭和石油消费,大量的新化合物被废弃。特别是大气中二氧化碳的增加是严重的,导致地球总体变暖。此外,人类在不考虑环境保护的情况下,为了自身的便利而产生的各种化合物严重污染土壤和地下水,给地球生物带来灾难性的危害。

在三氯乙烯和多氯联苯等化合物中,即使人们摄入少量,也无法在体内消化,并会在体内富集和浓缩。三氯乙烯是一种有机氯化物,在世界各地的高科技工厂中广泛用作半导体清洁剂。怀疑它对动物有致癌作用,然后从土壤或地下水中检测到。根据调查,仅在日本,三氯乙烯污染地下水超过环境标准的事件就有469起;此外,因常用作干洗溶剂的四氯乙烯造成的污染事件有629起。在调查的地下水中,约20%的三氯乙烯和27%的四氯乙烯超标。

另外一个例子是多氯联苯(polychlorinatedbiphenyls简称polychlorinatedbiphenyls),它不易溶解,不易燃烧,绝缘性好,化学性质稳定,因此被广泛用作电机的绝缘油和热交换器的热介质。

然而,科学家发现,多氯联苯在体内含量丰富,可导致肝脏疾病。多氯联苯进入环境的数量估计为41万吨,在全世界造成污染。科学家甚至在海豚或海豹等海洋哺乳动物体内检测到高浓度的多氯联苯。

此外,原油污染也是一个大问题。近年来,油轮事故造成大量原油泄漏到海洋,给海洋生态系统带来了巨大的破坏。这正成为一个世界性的问题。

净化三氯乙烯实验

人类造成的有害污染物很难单靠自然分解。即使它们能够分解,它们的净化能力也赶不上污染的速度,而且需要很长时间。科学家提出的生物修复的主要目标是净化这些难以分解的物质。

生物修复一般分为“生物激活”法和“扩展微生物”法,前者激活最初生活在污染现场的微生物,后者培养外来微生物。此外,根据处置方法,可分为现场净化的“就地处置”和运输至处置设施的“移动处置”。

下面介绍一些实用的生物修复技术。一是地下水三氯乙烯净化实验。其方法是将现场的地下水打散并放入装置中,然后向装置中添加甲烷和营养物质(氮和磷),激活现场的“产甲烷细菌”,并将其返回地面分解三氯乙烯。这是一个典型的微生物活化污染控制的例子。

因此,在注入甲烷40天后,三氯乙烯的浓度从每升0.8毫克降至0.5毫克。此外,即使停止注射,三氯乙烯的浓度也会受到有效抑制。

三氯乙烯污染的地方很多,但由于成本高,利用甲烷进行三氯乙烯生物修复尚未普及。当然,现在所谓的“监测自然净化”是指没有任何人为干预的自然净化,所谓的“增加自然净化”是指有人为干预的净化。

生物复原油污染

1997年,俄罗斯油轮“Nakhodka”在日本海触礁,泄漏的原油漂流到日本海沿岸。当时,人们对原油毒性的认识并不深刻。取而代之的是,鸟类的翅膀被油污覆盖,沿海大量藻类和生物死亡,这成为人们关注的焦点。此外,海上漂浮的石油无法进行生物修复,除了回收利用外,没有好的计划。因此,本实验以漂浮在海岸上的原油为对象。

方法是现场将原油和海砾石混合,放入网中,然后分为两组。一组添加营养素,另一组不添加营养素。实验结果表明,添加营养素组原油确实被分解,对海上小动物没有不良影响。

让海洋大量吸收CO2

为了减少全球温室气体二氧化碳,科学家们正在考虑一种生物修复方法,利用占地球表面70%的海洋来固化二氧化碳。海洋中的植物和浮游生物可以吸收大气中的大量二氧化碳。但是仅由于缺乏生长所需的“铁”,植物和浮游生物无法生存的海洋面积通常占10%左右,即约3600万平方公里,比亚洲大陆还要大。如果在这些海域种植铁来繁殖植物和浮游生物,并利用它们的光合作来吸收二氧化碳,这相当于增加陆地上的植物数量。这实际上增强了海洋原本独特的自然疗愈能力,因此对环境也是有益的。

该实验自1993年以来一直在加拉帕戈斯群岛的海面上进行。科学家从船上撒下铁,并用飞机和卫星对其进行监测。结果表明,它确实增加了植物和浮游生物,海水中的二氧化碳含量也减少了。此外,科学家还将煤灰或焚烧灰制成块状物,喷洒微藻和营养物质,并将其漂浮在海面上进行二氧化碳吸收实验。这不仅可以有效地固化二氧化碳,而且作为副产品的微藻可以被制成有用的物质,如紫外线吸收剂或回收的杀虫剂。海洋可以被称为未知微生物和基因的宝库。专家们正在探索各种有用的基因。建立海洋生物修复系统对于恢复海洋独特的自净能力、防止海洋污染恶化、恢复海洋应有状态具有重要意义。

制造超级微生物

目前,科学家正在利用转基因超级微生物进行生物修复研究。

超级微生物的发展始于多氯联苯的分解。多氯联苯是非常稳定的化合物。在此之前,科学家并没有发现能分解多氯联苯的微生物。后来,他们发现食用联苯的细菌也能分解多氯联苯。

美国和日本使用两种多氯联苯分解菌进行基因操作。这些分解细菌的基因通过所谓的“DNA转换”方法相互关联。让它进化。理论上,多氯联苯可以产生209种化合物。这两种分解细菌的酶有95%相似,但它们分解多氯联苯的能力不同。

取两株分解菌的基因,用聚合酶链反应(PCR)进行扩增。首先,用酶解基因链,然后用PCR进行扩增。此时,一个称为“引物”的DNA片段被放入,片段被连接,两个基因被混合。其次,为了扩大该基因的全长,再次加入“引物”进行PCR。在混合基因中,能力较强的超级基因与原多氯联苯分解菌的基因交换,形成超级微生物。

制备的微生物对多氯联苯的分解能力远高于原分解菌。科学家还利用所谓的“分子模拟实验”来预测分解酶的结构,分解酶只能改变与多氯联苯分解有关的氨基酸。因此,它甚至可以繁殖分解二恶英和甲苯的分解细菌。以前,这两种物质不能分解。

科学家们还开发了能有效分解三氯乙烯的超级微生物,并培育了分解三氯乙烯的细菌。就实用性而言,如果你使用自然微生物,当然。然而,在今天追求高效率的过程中,需要更强的分解细菌。地球的未来可能就是这些微生物的世界。

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