細菌與金屬

　　細菌與金屬似乎是兩種“風馬牛不相及”的東西，但在科學家的眼中卻是有關系的，它們或互為克星、或相互利用，科學家們也從它們的關系中獲得很多啟示，并利用它們的關系為人類造福。
　　
　　在砷中生長的細菌
　　
　　最近，美國航空航天局(NAsA)發現了可在砷中生長的細菌。這項新發現不僅推翻了科學界對生命本質的看法，還有助于全新地看待生命形式，拓展外星生物探測領域的研究。
　　科學家第一次發現地球生命能利用砷代替磷，無疑是生命探索領域的一個突破，但它與外太空生物探測有什么關系呢?一直以來，我們對外太空生物的猜測都是以地球上的生命形式作為出發點的。在外太空科學研究中，也多數以地球生命的結構和生存環境為條件去尋找外太空的生命。例如，我們一直覺得土星太冷，金星太熱，那上面是不可能有生物存在的。但是，是否有可能外太空生物的生命形式與地球完全不同，可以生活在完全不適合地球生物生存的環境下呢?在天馬行空的科幻小說中曾描述過這種生物，但科學家卻沒有找到可靠的證據。
　　細菌可以在砷環境中生長的發現給了我們新的啟示。目前被命名的生物有兩百萬種左右，在已知生命形式中，認為具有劇毒的砷是危害生命的毒素，生物無法生活在這種條件下。但是，美國航空航天局贊助的研究卻找到了一種只依靠砷就可以生存的細菌。這樣，至少在探索其他星球是否有生命存在的條件時，不再將砷排除在外，這是宇宙生命形式上的突破。
　　
　　使細菌致命的鎵
　　
　　抗生素的濫用，使很多細菌產生了耐藥性，“超級細茵”就是臨床上出現的多重耐藥茵，普通的殺菌藥物——抗生素藥物對它不起作用，病人會因為感染，出現可怕的炎癥，高燒、痙攣、昏迷直到最后死亡。因此，人類尋求一種戰勝超級病菌的新藥物，但一直沒有奏效。
　　如今，科學家們發現金屬有可能成為消滅這些耐藥病菌的有力武器。一種稀有金屬鎵可能成為抗藥性細菌銅綠假單胞茵(即綠膿桿菌)的克星。綠膿桿菌是醫院內感染的主要病原茵之一。患代謝性疾病、血液病和惡性腫瘤的患者，以及術后或某些治療后的患者很容易感染上這種細菌。此茵引起的感染病灶可使患者發生茵血癥和敗血癥，甚至死亡。由于廣譜抗生素、激素以及免疫抑制劑的廣泛使用，綠膿桿菌對多種抗生素快速產生耐藥性，使得臨床的抗感染治療越來越困難。
　　然而，綠膿桿菌有一個致命的弱點：它在合成脫氧核糖核酸(DNA)、傳輸能量以及保護自己免受氧化時需要大量的鐵。科學家于是想是否能夠利用綠膿桿菌的這個“死穴”來消滅它呢?他們在稀有金屬中發現了一匹“特洛伊木馬”——鎵。鎵的離子大小和攜帶的電荷都與鐵類似，但卻無法執行鐵的重要任務。于是，他們以假亂真，用分子結構和分子量與鐵相似的鎵來代替鐵，讓細茵將它當作鐵攝取進去。由于鎵攻擊細茵的模式非常獨特，細菌對這種稀有金屬并不會產生抗耐性。因此，細菌在攝取了大量的鎵后，等待它的將是“自取滅亡”。通過實驗他們得到理想的結果。當研究人員向培養綠膿桿茵的培養皿中添加少量鎵后，細茵的數量競減少只有最初的千分之一。最新的研究顯示，除了鎵以外，銅也有“消滅”超級細菌的作用。
　　
　　“吃”金屬的細菌
　　
　　在自然界有一群具有“特異功能”的細菌，它們以“吃”金屬為生。首先發現的是二些“吃”銅的細菌。在20世紀初，一件奇特的事情引起了科學家們的注意：在美國和墨西哥已開采完、并被水淹沒的舊銅礦中，發現了大量的銅!這些銅不像是有人放進去的，那么來自何處呢?科學家們猜想，可能是廢礦渣中殘留的銅，在某種因素的作用下“跑”了出來。經過科學家的進一步觀察和研究，將銅從舊礦渣中“請”出來的是一類對銅有著特別喜好的嗜金屬細菌。這些細菌以銅為食，進行自身的代謝，生長繁殖，同時促使銅從含銅的硫化物中游離出來，富集到一起，使廢礦“死而復生”。
　　以上發現可幫了冶金業的大忙。科學家們認為，有著“鐵齒銅牙”的細菌，可以幫助人們采礦和提煉金屬，并解決了人們多年來未解決的礦渣再提煉的難題。把含有金屬的礦石或廢礦渣浸泡在含有嗜金屬細菌的水中，就可以達到提煉金屬的目的。由于細茵在探測、采集、提煉金屬方面特殊的功效，導致了一種新興冶金工業——生物冶金業的發展。
　　首先，可用細菌來“尋金”。某些芽孢桿茵，如蠟樣芽孢桿菌，對黃金有特殊的“敏感性”，它們可以嗅出黃金的氣味。因此，人們可以根據這類細菌的分布、增殖數量、與黃金發生的特殊顏色反應等，作為探測黃金礦的依據。人們甚至做成微生物探針，帶到野外去用來標示黃金的潛在儲量。
　　第二步就是利用細菌來“吃”黃金了。黃金是一種十分貴重的金屬，雖然在世界上分布很廣，但絕大部分地區的黃金礦產含量非常低。用化學的方法來提煉黃金，成本很高，幾噸金礦石只能提煉出幾克的黃金。然而，棲息于自然界中的嗜金細菌具有采金和煉金的本領，這些細菌們披掛上陣，利用小巧的身軀隨水鉆進巖石和礦渣的每一個微小縫隙中，將分散的黃金金屬微粒聚集起來，形成天然的黃金礦床。人們就可以從細菌液浸提物中收集到濃度比較高的金子。
　　細茵這種“吃”金屬的“特異功能”不僅為冶金業帶來了新的生機和希望，而且還有凈化環境，清除污染作用。例如，全球大量的核廢料正在蠶食著人類的生存空間，清潔這些有毒廢料的常規辦法通常非常昂貴，而且效果不佳，人類必須尋求一種新的途徑來解決核廢料對環境的破壞。德國科學家發現了能夠在核廢料中生存的球形芽孢茵，它們能夠清潔核廢棄場中的有毒金屬。
　　
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