造福人類的細菌

減緩全球變暖

在努力解決全球變暖的課題中，微生物學家發現一種以甲烷為食的深海細菌，可以為此做出貢獻。

作為一種溫室氣體，甲烷對氣溫升高的影響程度是同體積的二氧化碳的21倍。大氣中能夠產生甲烷的細菌叫做甲烷菌，它們生活在沼澤中靜止不動的水下，以無氧環境中的植物和動物為食。與此同時，甲烷菌還大量存活在動物的消化系統中，幫助動物將草和其他有機物質降解為營養成分并同時產生甲烷。一個德法研究小組在格陵蘭海域考察時，在海底的哈康莫斯比泥火山口發現了3種單細胞生物。其中，有一種細菌在氧氣的作用下能夠對甲烷進行分解。而且，它們的生存能力比普通土壤中吞吃甲烷的細菌要強得多。在此之前，科學家在黑海海底也同樣發現過這種“吃”甲烷的細菌。

經過進一步的研究，人們發現，這些海底細菌已有40億年歷史，對惡劣環境的抵抗力很強，是一種地球上最古老的生物。許多甲烷凍結在兩極地帶的冰層下，隨著全球變暖的加劇，它們會逐漸釋放出來，使問題變得更為嚴重。現在，科學家計劃大規模培育這種能夠分解甲烷氣體的海底細菌，然后把它們投放到世界各地，為減緩全球變暖做出貢獻。預計完成這項宏偉計劃大概還需要5年左右的時間。

“吞噬”輻射廢料

位于美國佐治亞州薩瓦納河畔的核試驗基地，于20世紀50年代初建立。該基地擁有49個地下存儲槽，存放了1.5億升的放射性核廢料。

1996年的一天，科學家將一根金屬棒伸入存放核廢料倉庫，以測試其放射性強度。當他們把金屬棒收回來時，發現在金屬棒的末端竟然粘有閃閃發光的東西。在場的所有科學家都感到震驚。這種物質究竟是什么?科研人員采集了這種未知物質的部分樣品，放到顯微鏡下觀察，驚奇地發現發光物質竟然是一種活的微生物。他們又把少量樣品涂抹到培養皿中，里面竟然長出了一種奇特的四處游動的橙黃色菌落。通過進一步的實驗，科學家們發現這種細菌所能承受的放射劑量是我們人類所能承受的15倍，它們能夠很健康地生活在強輻射和其他有毒環境下。于是，科學家把這種在薩瓦納河畔發現的抗輻射細菌命名為“克里耶卡克斯”。目前，科學家已破解了這種細菌95％的基因結構。他們知道這種細菌喜歡吃麥芽糖，但它們的生存之道至今仍然是一個謎。放射性物質可以破壞生物的基因結構，但“克里耶卡克斯”卻能在幾個小時之內將放射物質徹底“消化”掉。

事實上，“克里耶卡克斯”并非人類發現的第一種超級抗輻射菌。早在1956年，科學家們就在美國俄勒岡州的科瓦利斯發現了一種名叫“底葉尼卡克斯”的超級抗輻射菌。當時，研究人員利用輻射處理馬肉罐頭，來殺滅食物中的有害菌。結果科學家們發現，一種粉紅色的細菌仍然存活下來，這種細菌就是“底葉尼卡克斯”。它的抗輻射能力遠遠超過地球上已知的其他任何生物。

科學家研究認為，超級抗輻射細菌可以在地球上一些人類無法居住的環境下存活，它們能夠承受驚人的輻射，在沸點以上繁衍，并與那些足以殺死其他任何生物的有毒化學物質相融合。它們的這些特殊功能，足可以在人類社會的眾多領域發揮作用。以美國為例，他們除了在佐治亞州的薩瓦納河畔存有大量的核廢料以外，在華盛頓州的漢福德也存放了許多核廢料。如果采用普通的化學手段和機器人來處理，清除費用將高達2600億美元，而利用超級抗輻射菌則可以大大降低成本。此外，超級抗輻射菌在航天和醫療方面也大有用武之地。利用超級抗輻射菌的機理，可以研制生產出抵抗強輻射的宇航服，使宇航員在太空飛行中免受侵害。醫學家則可以運用超級抗輻射菌的獨特威力，幫助癌癥患者適應輻射劑量較高的化學療法，更為有效地戰勝疾病。

制造“光腦”

現在人們使用的計算機，一般都是由電子來傳遞和處理信息。電子在導線中的運動速度，雖然比我們看到的任何運載工具運動的速度都快，但是，從發展高速率計算機來說，采用電子做傳輸信息載體還不能滿足要求。如果采用光中的粒子來做傳遞信息的載體，就能制造出性能更優異的計算機。這是因為，光子不帶電荷，它們之間不存在電磁場相互作用，因此可以更加快速地傳遞信息，而不會相互干擾。利用光子取代電子進行運算和存儲的光子計算機，用不同波長的光代表不同數據，從而能夠快速完成復雜計算。

在制造光子計算機的過程中，需要開發可以用一條光束控制另一條光束變化的光學晶體管。然而，我們現有的光學晶體管，體積龐大而笨拙，用其制造的光子計算機，會有一輛汽車那么大。使用起來非常不便。因此，若使光子計算機進入實用階段，就必須在制造納米光學晶體管方面取得新的突破。美國奧斯汀大學的布倫特·埃維遜及其同事，嘗試利用大腸桿菌充當納米晶體管的生產“工廠”，讓大腸桿菌使用自身的離子通道吸收單獨的離子，在內部制造出納米晶體。實驗中，研究人員將大腸桿菌放在氯化鎘溶液中，然后加入硫化鈉。結果，鎘和硫的離子進入大腸桿菌內部并發生反應，形成半導體材料硫化鎘的納米晶體。經實驗，每個大腸桿菌能產生約1萬個納米晶體，每個納米晶體的直徑為2-5納米。

細菌電池

1984年，美國科學家設計出一種太空飛船使用的細菌電池，其電極的活性物質是宇航員的尿液和活細菌。隨后，發達國家爭相研究細菌發電，成果各有千秋。美國設計出一種綜合細菌電池，由電池里的單細胞藻類利用太陽光將二氧化碳和水轉化為糖，然后再讓細菌利用這些糖來發電。日本將兩種細菌放入電池的特制糖漿中，讓一種細菌吞食糖漿產生醋酸和有機酸，而讓另一種細菌將這些酸類轉化成氫氣，氫氣再進入磷酸燃料電池發電。英國則發明出一種以甲醇為電池液，以醇脫氫酶鉑金為電極的細菌電池。據報道，美國科學家在死海和大鹽湖里找到一種嗜鹽桿菌，它們含有一種紫色素，在把所接受的大約10％的陽光轉化成化學物質時，即可產生電荷。現在，有的科學家還在探索利用嗜鹽性細菌來發電。這種用鹽代糖的轉換，可以使成本大大降低。由此可見，讓細菌為人類供電已不是遙不可及的夢想，而是不久的現實。