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超级细菌解救环境灾难

2010年4月发生的墨西哥湾原油泄漏事件引发了环境灾难,肇事方英国石油公司投入巨资,想尽各种办法清除油污。据称,目前墨西哥湾已有近80%的漏油被清理干净。不过,这份胜利背后有一种神奇的“吃油细菌”的功劳。美国《大众科学》杂志日前载文称,科学家们最近在墨西哥湾找到了几种细菌,它们能清理从气态碳氢化合物到液态油污在内的一系列污染物。 


细菌与原油的立体战争 


  治理原油泄漏是个令人头痛的复杂工程,泄漏产生两大类污染:油污和气态碳氢化合物。前者能像“魔毯”一样铺满大片海面,甚至沿河流上溯,冲击河流三角洲以至内陆,威胁海鸟、鱼类、海藻等各种海洋生物的生存;后者虽然相对低调,但也不是省油的灯。气态碳氢化合物(烃类)如甲烷、乙烷、丙烷等产生数量很大,直接散发到空中,常规治理油污的办法无能为力。因此,治理原油泄漏的过程不啻于一场立体战争。 


然而,这场立体战争中的重要角色气态烃类通常处在被忽视的位置。例如此次原油泄漏中产生的大片油污是给世人留下的最深刻印象,大群海鸟在油污中溺死的图片让人触目惊心,这就很容易让人觉得,油污是最主要的泄漏产物。 


这里存在一个误解,据美国权威学术刊物《科学》杂志报道,甲烷是此次泄漏中产生量最大的污染物。甲烷以及相关的乙烷、丙烷等气体污染物,能严重扰乱海洋生态环境,甲烷逃逸到空气中还会加剧温室效应(甲烷对臭氧层的破坏力约为二氧化碳的20倍)。在气态烃类进攻下受伤最大的是微生物、海藻这些“小个子”。去年7月美国“科学新闻”网报道,从北极海床释放的大量甲烷可能造成缺氧死区、海洋酸化,并扰乱北部海洋广大地区的生态系统。 


油污可以通过拦油栅栏、燃烧等方法处理,而气态烃就不那么容易对付了。它们无色无味,不溶于水,不容易收集。正当治理油污的技术人员束手无策之时,传来一个意外惊喜:美国研究人员报告说,这种来去无形的污染物几乎被全部消灭,而这一过程是自然完成的,治理方一分钱也没花。这一发现已经刊登在刚刚出版的《科学》杂志上。 


这项研究主要是由得克萨斯州农工大学海洋学系教授约翰·科斯勒与加州大学圣巴巴拉分校海洋学研究所教授戴维·瓦伦丁合作完成的。他们的研究团队在油气渗漏期间及在油井井口封闭后对墨西哥湾海水进行勘测,结果发现,在爆炸之后的120天内,从油井释放出的几乎所有甲烷已全部被降解,这主要是因为原油泄漏后,嗜食甲烷的细菌经历了一波爆炸式生长。研究人员共对污染区的207个站点进行测量(细菌呼吸甲烷时氧含量会下降),甲烷和氧的分布数据、水样本基因测序数据,均支持了他们的结论。 


研究人员当时估测,污染区的高甲烷含量至少会维持一年,但细菌吸收甲烷效率之高远远超过了他们的预料。他们的结论是,甲烷在海洋深处的大规模自然释放会激起嗜甲烷细菌的猛烈阻击,这意味着海洋生态环境并不像我们想象的那样脆弱。在去年秋季的一项研究中,该小组报告了类似的测量结果:细菌在快速地消化着乙烷和丙烷,这些反应甚至出现在对甲烷的主要反应发生前。 


强大细菌吃掉液态油污 


  嗜甲烷细菌粉碎了甲烷等烃类泄露物质进入大气的企图。这类细菌属于生物学中一类能呼吸烃类物质的细菌。它们在自然界较广泛地存在,使得人们不用费很大劲就能解决难缠的甲烷。可是在另一个战场,面对液态油污,情况就变得困难得多一般细菌都没有分解液态油污特别是重油的能力。幸运的是,此次原油泄漏事件中,一种能吃液态石油的细菌如救世主般降临。 


美国劳伦斯-伯克利国家实验室的研究人员特里·哈茨带领的研究团队在《科学》杂志上撰文称,一种新型的嗜油细菌正在帮助清洁墨西哥湾大量石油。研究人员在距泄漏地点大约9.6公里处发现了这种以碳为食的细菌,这种细菌的增长势头非常强劲,细菌吞噬石油的能力也非常强大,以至于每次科学家们回到实验室测试水样的时候,细菌都已经吃掉了所有的石油。 


这种细菌吃石油的速度也相当可观。去年6月,研究人员在距离漏油点9.6公里的一个漏油密集区域发现,一种嗜油菌正在大量繁殖。这种细菌会降解并“吃掉”油污中的碳元素,它们的食油速度非常快,能在极短的时间内消灭海水样本中的石油。去年8月初,研究人员再次对该区域的海水进行分析,发现漏油已经消失,只剩下大量的嗜油菌。研究人员目前还无法确定墨西哥湾中的油污有多少是被这种嗜油菌清除的。 


哈茨表示,新型的嗜油细菌属于γ-变形菌纲,与目前已知的嗜油细菌非常相近。它主要生活在水下,在其生长和分解石油的过程中,很少消耗氧气。DNA检测表明,这些细菌有着“加工石油”的基因。哈茨说,他们从来没有看到任何石油加工程序比这些细菌做得更好。研究人员正通过对这种细菌的研究来探索生物加工石油的前景。 


石油是怎样被吃掉的 


  甲烷等气态烃由于分子量小、分子结构简单,很容易被嗜甲烷细菌捕获并消化。整个过程类似燃烧气态烃在酶催化下与氧气反应,产生二氧化碳和水,这一过程可以一步完成。而细菌“吃”液态油污要复杂得多,它既不同于甲烷的消化过程,又不同于动物那样的吞掉然后消化、排泄的“五谷轮回”过程,实际上是一种“大化小,小化无”的降解过程。 


据美国阿拉斯加大学地球物理研究所公布的资料,石油的降解过程是一种多级消化的复杂过程。油分子通过主动运输(物质进入细胞体内的一种消耗能量的运输方式)的形式进入细胞体内,为它提供能量与食物。与细胞组成类似,细菌由一层类似油脂的膜包裹着,称作磷脂。油分子不溶于水,却能溶解在磷脂中,水分子间的吸引力又能对油分子产生挤压,从而加快了油分子的“弃水投磷脂”的过程。随后细菌开始了正式的“吃油”过程,内侧磷脂膜上的酶能促进油分子的氧化过程,氧化产物是二氧化碳和水。

按照一般原理,相当一部分细菌都可以多快好省地“吃油”,但事情没有这么简单。一般细菌运输油分子的过程中会存在缺陷,导致油分子特别是一些芳香烃(分子中含有苯环结构的碳氢化合物)在细菌体内氧化不完全,在第一次氧化过后,大部分油又重新回到环境中去。 

造成这种局面的主要原因是,初级氧化产物仍含有大量油分子,它们会通过细胞膜溜出去。要较彻底地吃掉石油,就必须有二级消化以及后面更次级的消化,这些过程使得吃油的过程十分复杂,只有极少一部分细菌能够很好地完成多级消化,这就使得能有效吃石油的细菌非常稀少,墨西哥湾漏油事件中出现的强大吃油菌十分珍贵。

 

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摘要
美国《大众科学》杂志日前载文称,科学家们最近在墨西哥湾找到了几种细菌,它们能清理从气态碳氢化合物到液态油污在内的一系列污染物。
关键字
超级细菌 环境灾难
 
 
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