海洋中的微生物

廣袤的海面占據地球面積的70.8%，雖然人類很多食物和資源取自海洋，但人類對海洋既熟悉又陌生。浩瀚的海洋之中生活著多少種生物，至今依然是未解之謎。

海洋是個極為精彩又多樣的生物世界。調查發現，神秘的海洋幾乎到處都有動物、植物和微生物，構成復雜的生物群落。隨著地理位置、海床結構、海洋深度等因素變化，不同環境的海洋中，生物群落的種類、結構、數量、個體大小、形態、生理特性等都不同。

人們在關注海洋生物和環境的時候，往往重視的是動物和植物，而忽略了微生物。客觀地說，海洋微生物是海洋生態系統不可或缺的組成部分。

0.1毫米以下，只能用顯微鏡才能看到的生物，稱為微生物。微生物的種類有病毒、細菌、真菌、原生蟲、藻類和大型真菌。

海洋微生物的特點可以用“個子小”“吃得多”“繁殖快”來概括。最小的病毒有20納米，最小的細菌有1000納米。1010個細菌堆在一起的體積只有1立方厘米大小。像大腸桿菌1小時可消耗其體重2000倍的糖。理論上，如果營養充足，1個細菌48小時可變成2.2×1043個。

海洋微生物大多數是生產者。參與海洋物質生產、消費、傳遞、沉降、分解和轉化的全過程，為海洋動植物的生存提供良好的環境和資源。

除此之外，海洋多數微生物具有分解有機物質的能力，能將有機物分解成氨、硝酸鹽、磷酸鹽以及二氧化碳等，為海洋植物提供營養物，對海洋無機營養再生起了重要的作用。海洋中具有光合作用的微生物利用簡單無機物合成有機物和氧，有利于其他生物生存。

地球上近乎一半的光合作用由海洋微生物完成。微生物使碳滲透到深層海洋，和大氣分離數千年。

由此看來，海洋微生物在海洋的物質循環、環境維護和食物鏈中起到關鍵作用。

與陸地相比，海洋環境具有高鹽、高壓、低溫和營養稀少的特點，海洋微生物長期在復雜的極端環境繁衍生息，形成了嗜鹽性、嗜冷性、嗜壓性、低營養性、趨化性、附生性、發光性等獨有特性。具有以上特性的微生物稱為海洋極端微生物。

海水平均鹽度為3.5%，這就造就了海洋微生物的嗜鹽性，沒有鉀、鈉、鈣、鎂、硫、磷、鹵和其他微量元素則不能生長。

由于90%的海洋水溫度在5℃以下，多數海洋微生物生活在較低溫度下。超過37℃即停止生長或死亡。

在O℃以下能夠生長繁殖的微生物稱為嗜冷菌，0～5℃生長繁殖的微生物稱為耐冷菌。這些嗜冷菌和耐冷菌一般生活在高緯度海洋、極地和深海中。

俄羅斯南極科考站的科學家曾從3500米的冰層中取得冰芯，在嚴格的無菌條件下分離。發現了細菌、酵母、真菌和藻類，證明在低溫環境存在嗜冷的微生物。這些微生物中有許多從融冰和冰層下的巖石及沉積物中獲得營養源。

世界56%的海洋環境處于100～1100大氣壓下，嗜壓是海洋微生物獨有的特性。淺海微生物一般只能耐受較低的壓力，而深海嗜壓真菌只能在高壓環境中生長。

海水營養物質稀薄，大部分海洋微生物不能培養，少部分需在營養貧乏的培養基上培養。在營養豐富的培養基上有的根本不能生長。

嗜熱菌通常被用于生產乙醇。這項技術通常有以下應用：用熱纖梭菌和乙醇嗜熱厭氧菌混合發酵生產乙醇；將嗜熱芽孢桿菌敲除乳酸脫氫酶基因，用于高溫乙醇發酵。

此外，極端嗜酸和嗜熱菌可用于去除煤炭中有機和無機硫化物，減少煤炭燃燒產生的二氧化硫，減少空氣污染和酸雨酸霧的影響。

在石油開采方面，一般石油開采的采出率只有30%～40%，而將具有分解石蠟能力的嗜熱、耐壓、嗜鹽、厭氧菌的培養物與水一同注入油井中，可使石油采出率增加50%。

正是這一特點使得嗜壓菌可以應用于石油開采。嗜壓菌可以產生酸，增加巖石空隙和滲透性，從而提高地下壓力、降低原油黏度、提高原油滲透力；它可以產生表面活性物質和乳化劑，降低巖石、水、油的表面張力，形成原油和水乳濁液；它還可以產生醇、酮、醛，溶解巖石空隙中的原油，降低原油黏度。

面對日益增加的海洋石油污染風險，海洋微生物還能發揮降解石油，解除污染的作用。能夠降解石油的微生物有200多種，分屬于70多個屬，其中細菌約占40個屬，在海洋生態系統中占主導地位。

嗜酸菌能夠將硫化物或硫氧化成硫酸，硫酸即可以將礦石中的鐵、銅、鈷、鎳、鋅、錫、鈾等金屬溶解提取出來，進行回收。嗜酸菌的這一“冶金”特性對貧礦和多組分礦的綜合利用做出了貢獻。同理，嗜酸菌還可以處理重金屬污染的土壤，銅、鋅、鎳、鎘的去除率可達80%以上，成本比傳統的酸處理法低得多。

在過去幾十年間，學術界相繼展開了海洋微生物抗腫瘤、抗病毒、抗心血管病、抗艾滋病等活性成分研究，從中發現了6000多種產物。事實證明，海洋微生物將成為開發新型藥物的重要資源。