造福人类的细菌

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减缓全球变暖

在努力解决全球变暖的课题中，微生物学家发现一种以甲烷为食的深海细菌，可以为此做出贡献。

作为一种温室气体，甲烷对气温升高的影响程度是同体积的二氧化碳的21倍。大气中能够产生甲烷的细菌叫做甲烷菌，它们生活在沼泽中静止不动的水下，以无氧环境中的植物和动物为食。与此同时，甲烷菌还大量存活在动物的消化系统中，帮助动物将草和其他有机物质降解为营养成分并同时产生甲烷。一个德法研究小组在格陵兰海域考察时，在海底的哈康莫斯比泥火山口发现了3种单细胞生物。其中，有一种细菌在氧气的作用下能够对甲烷进行分解。而且，它们的生存能力比普通土壤中吞吃甲烷的细菌要强得多。在此之前，科学家在黑海海底也同样发现过这种“吃”甲烷的细菌。

经过进一步的研究，人们发现，这些海底细菌已有40亿年历史，对恶劣环境的抵抗力很强，是一种地球上最古老的生物。许多甲烷冻结在两极地带的冰层下，随着全球变暖的加剧，它们会逐渐释放出来，使问题变得更为严重。现在，科学家计划大规模培育这种能够分解甲烷气体的海底细菌，然后把它们投放到世界各地，为减缓全球变暖做出贡献。预计完成这项宏伟计划大概还需要5年左右的时间。

“吞噬”辐射废料

位于美国佐治亚州萨瓦纳河畔的核试验基地，于20世纪50年代初建立。该基地拥有49个地下存储槽，存放了1.5亿升的放射性核废料。

1996年的一天，科学家将一根金属棒伸入存放核废料仓库，以测试其放射性强度。当他们把金属棒收回来时，发现在金属棒的末端竟然粘有闪闪发光的东西。在场的所有科学家都感到震惊。这种物质究竟是什么?科研人员采集了这种未知物质的部分样品，放到显微镜下观察，惊奇地发现发光物质竟然是一种活的微生物。他们又把少量样品涂抹到培养皿中，里面竟然长出了一种奇特的四处游动的橙黄色菌落。通过进一步的实验，科学家们发现这种细菌所能承受的放射剂量是我们人类所能承受的15倍，它们能够很健康地生活在强辐射和其他有毒环境下。于是，科学家把这种在萨瓦纳河畔发现的抗辐射细菌命名为“克里耶卡克斯”。目前，科学家已破解了这种细菌95％的基因结构。他们知道这种细菌喜欢吃麦芽糖，但它们的生存之道至今仍然是一个谜。放射性物质可以破坏生物的基因结构，但“克里耶卡克斯”却能在几个小时之内将放射物质彻底“消化”掉。

事实上，“克里耶卡克斯”并非人类发现的第一种超级抗辐射菌。早在1956年，科学家们就在美国俄勒冈州的科瓦利斯发现了一种名叫“底叶尼卡克斯”的超级抗辐射菌。当时，研究人员利用辐射处理马肉罐头，来杀灭食物中的有害菌。结果科学家们发现，一种粉红色的细菌仍然存活下来，这种细菌就是“底叶尼卡克斯”。它的抗辐射能力远远超过地球上已知的其他任何生物。

科学家研究认为，超级抗辐射细菌可以在地球上一些人类无法居住的环境下存活，它们能够承受惊人的辐射，在沸点以上繁衍，并与那些足以杀死其他任何生物的有毒化学物质相融合。它们的这些特殊功能，足可以在人类社会的众多领域发挥作用。以美国为例，他们除了在佐治亚州的萨瓦纳河畔存有大量的核废料以外，在华盛顿州的汉福德也存放了许多核废料。如果采用普通的化学手段和机器人来处理，清除费用将高达2600亿美元，而利用超级抗辐射菌则可以大大降低成本。此外，超级抗辐射菌在航天和医疗方面也大有用武之地。利用超级抗辐射菌的机理，可以研制生产出抵抗强辐射的宇航服，使宇航员在太空飞行中免受侵害。医学家则可以运用超级抗辐射菌的独特威力，帮助癌症患者适应辐射剂量较高的化学疗法，更为有效地战胜疾病。

制造“光脑”

现在人们使用的计算机，一般都是由电子来传递和处理信息。电子在导线中的运动速度，虽然比我们看到的任何运载工具运动的速度都快，但是，从发展高速率计算机来说，采用电子做传输信息载体还不能满足要求。如果采用光中的粒子来做传递信息的载体，就能制造出性能更优异的计算机。这是因为，光子不带电荷，它们之间不存在电磁场相互作用，因此可以更加快速地传递信息，而不会相互干扰。利用光子取代电子进行运算和存储的光子计算机，用不同波长的光代表不同数据，从而能够快速完成复杂计算。

在制造光子计算机的过程中，需要开发可以用一条光束控制另一条光束变化的光学晶体管。然而，我们现有的光学晶体管，体积庞大而笨拙，用其制造的光子计算机，会有一辆汽车那么大。使用起来非常不便。因此，若使光子计算机进入实用阶段，就必须在制造纳米光学晶体管方面取得新的突破。美国奥斯汀大学的布伦特・埃维逊及其同事，尝试利用大肠杆菌充当纳米晶体管的生产“工厂”，让大肠杆菌使用自身的离子通道吸收单独的离子，在内部制造出纳米晶体。实验中，研究人员将大肠杆菌放在氯化镉溶液中，然后加入硫化钠。结果，镉和硫的离子进入大肠杆菌内部并发生反应，形成半导体材料硫化镉的纳米晶体。经实验，每个大肠杆菌能产生约1万个纳米晶体，每个纳米晶体的直径为2-5纳米。

细菌电池

1984年，美国科学家设计出一种太空飞船使用的细菌电池，其电极的活性物质是宇航员的尿液和活细菌。随后，发达国家争相研究细菌发电，成果各有千秋。美国设计出一种综合细菌电池，由电池里的单细胞藻类利用太阳光将二氧化碳和水转化为糖，然后再让细菌利用这些糖来发电。日本将两种细菌放入电池的特制糖浆中，让一种细菌吞食糖浆产生醋酸和有机酸，而让另一种细菌将这些酸类转化成氢气，氢气再进入磷酸燃料电池发电。英国则发明出一种以甲醇为电池液，以醇脱氢酶铂金为电极的细菌电池。据报道，美国科学家在死海和大盐湖里找到一种嗜盐杆菌，它们含有一种紫色素，在把所接受的大约10％的阳光转化成化学物质时，即可产生电荷。现在，有的科学家还在探索利用嗜盐性细菌来发电。这种用盐代糖的转换，可以使成本大大降低。由此可见，让细菌为人类供电已不是遥不可及的梦想，而是不久的现实。