無所不能的細菌

李津軍

以往，人們通常把細菌描繪成可怕的魔鬼。一提起它，大家往往會聯(lián)想到傳播疾病、危害健康的元兇。其實，在細菌大家族里，并不是所有的細菌都在危害人類，亦有許多像“硫磺細菌”一樣造益于人類的細菌。

細菌發(fā)電

1910年，英國植物學家馬克·皮特首先發(fā)現(xiàn)，若干種細菌的培養(yǎng)液能夠產生電流。于是，他以鉑作電極，將其放進大腸桿菌或普通酵母菌的培養(yǎng)液里，成功地制造出世界上第一個細菌電池。1984年，美國設計出一種供遨游太空使用的細菌電池，其電極的活性物質是宇航員的尿液和活細菌，不過其放電率較低。直到20世紀80年代末，英國化學家彼得·彭托在細菌發(fā)電研究方面才取得了重大進展。他讓細菌在電池組里分解分子，以釋放出電子向陽極運動而產生電能。在糖液中，他還添加了某些諸如染料之類的芳香族化合物作稀釋劑，用來提高生物系統(tǒng)中輸送電子的能力。在細菌發(fā)電期間，還要往電池里不斷充入空氣，用以攪拌細菌培養(yǎng)液和氧化物質的混合物。據(jù)計算，利用這種細菌電池，每100克糖可獲得13 5293 ×104庫侖的電，其效率可達40%。這已遠高于目前使用的電池的效率，何況其還有再提高10%的潛力可以挖掘。

利用細菌發(fā)電的原理，還可以建立細菌發(fā)電站。計算表明，一個功率為1 000千瓦的細菌發(fā)電站，僅需要1 000立方米體積的細菌培養(yǎng)液，每小時消耗200千克糖即可維持其運轉發(fā)電。而這種電站是一種不污染環(huán)境的綠色電站，其運轉產生的廢物基本上是二氧化碳和水。細菌發(fā)電所用的糖，可以用諸如鋸末、秸稈、落葉等廢棄的有機物來替代。

目前，獨具一格的各種細菌電池相繼問世。有人設計出一種綜合細菌電池，即由電池里的單細胞藻類首先利用太陽光將二氧化碳和水轉化成糖，再讓細菌自給自足地利用這些糖來發(fā)電。英國牛津大學則發(fā)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。人們還驚奇地發(fā)現(xiàn)，細菌還具有捕捉太陽能并把它直接轉化成電能的“特異功能”。美國加利福尼亞大學和美國國家航空航天局（NASA）的科學家們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，在其把所接受的大約10%的陽光轉化成化學能時，即可產生電荷。

細菌造冰

初秋的一天，天氣還沒有絲毫的涼意。在美國洛基山麓的一座人工冰場上，要進行一場滑冰比賽。看臺上已經坐滿了人，大家七嘴八舌地說：“沒有冰，在哪兒比賽呀？”話音剛落，只見十幾個工作人員走過來，有的灑水，有的往運動場上打氣。說也奇怪，轉眼工夫，運動場上結了厚厚的一層冰，滑冰比賽馬上就要開始。這是怎么回事？原來，工作人員用氣筒噴灑的是“冰核活性細菌”，用它來快速造冰。這種細菌喜歡在低溫環(huán)境下生存，還能快速地大量繁殖。在潮濕的環(huán)境里，它能充當結冰核心，造成低溫氣候，讓空氣中的水結成冰?？茖W家利用這種細菌進行人工降雨和人工造冰，解除田地的干旱或撲滅森林火災。

目前，科學家還能巧妙地利用它為民造福哩。一到秋末冬初，不是經常出現(xiàn)霜凍天氣，讓莊稼受害減產嗎！降霜也是這種細菌做核心引起的，科學家設法改變它的遺傳基因，讓它無法扮演“結霜核心”的角色，推遲降霜日期，提高農作物的產量。這種細菌是美國加州大學林特博士發(fā)現(xiàn)的，奧克蘭市的一家公司已能人工培養(yǎng)這種細菌。

細菌采礦

在英國倫敦北部，有一家名叫生命力量的公司。這家公司用一條管道把特殊的細菌，隨著水流送到油井下，然后再注入適當食物促進這種細菌的繁殖。結果，這些細菌不僅幫助消除了井下有毒的廢物，還從地下油層中“擠出”了許多石油，使一口幾乎枯竭的油井復活了。

自然界中，用肉眼無法看到的微生物，卻可在石油開采中發(fā)揮令人難以想象的巨大作用，真可謂之稀奇。其實，我國南開大學的科研人員與大港油田合作，也已成功地運用微生物采油技術，創(chuàng)下了可觀的經濟效益。據(jù)稱，我國的油藏雖然豐富，但原油含蠟、膠質、瀝青質較高，導致原油黏稠度高、流動性差，開采難度較大。為增加原油的流動性，我國許多油田在二次開采時大多采用了注水方法，然而采出液中含水量高達80%～90%，石油含量卻微乎其微。

1994年，南開大學與大港油田聯(lián)合開始進行微生物采油系列產品的開發(fā)和應用，幾年來成功地培育出了適合不同油藏條件、具有不同用途的系列菌種400株，而且將部分菌種投入礦場開展試驗，取得了良好的效果?？蒲腥藛T將這些菌種直接注入油藏，通過菌類在其中的活動，降低原油的活度，增加原油的流動性，從而大大提高了原油的采收率。此種技術成本低，設備簡單，不傷害地層，不污染環(huán)境，而且效益顯著。

如今要探尋黃金礦床，還并非一件容易的事情。目前最先進的探測法是借助電子感應探測器。不過，使用此類儀器，所要求的技術及財力物力是相當復雜龐大的。美國的兩位地質顯微生物學家發(fā)明了一種既費用低廉，又方法簡單的探礦法。他們利用探測表面泥土所凝聚的一種有機微生物的數(shù)量，便能確知礦藏是否存在。該種經常大量出現(xiàn)于金礦表面泥土的有機微生物，是一種名叫“仙影拳桿菌”的細菌。它們通常會大量地聚集在礦床上方的泥土中。

為了驗證這個推論，兩位科學家花了兩年的時間，分別去測算幾個礦場上泥土內所含的桿菌數(shù)目。研究結果表明，在每一座金礦上，表面泥土所含的仙影拳桿菌數(shù)量較礦場以外地區(qū)多達10萬倍。即使礦場深處于地下，距離地面極遠，細菌依然大量聚集。有一座金礦，礦床距地面深達100米，表面泥土仍然有桿菌聚集。兩位科學家認為，利用測算泥土中含桿菌的數(shù)量，來確定金礦之所在，是一個可行的方法。這種方法所需的工具非常簡單，而且費用極低。

眼下，兩位科學家正在進一步將測算細菌的技術加以改良。預計不久之后，任何尋金者都可以手持試管和試紙，輕而易舉地找到黃金礦床。

細菌美食

美國有一個叫作“化腐朽為神奇”的組織。其在華盛頓某飯店舉行了一次盛大宴會，赴宴者不乏達官貴人。餐桌上的佳肴美饌琳瑯滿目，一陣杯盤交錯之后，人們已酒足飯飽，此時這個組織的一名負責人站起來宣布：我們今天吃的東西，全都是從垃圾中提煉出來的！話音一落，赴宴者無不感到驚奇……原來，這個組織的科學家，可以從某些有機物垃圾中提煉出高蛋白質。其實方法并不復雜，先將垃圾氧化，然后用它去喂養(yǎng)一種需要特別培養(yǎng)的細菌，氧化過的垃圾經過這種細菌處理后，就轉化成蛋白質，再經過加工和烹調，就變成餐桌上的佳肴美饌了。

細菌探案

一疊旅行支票從銀行里失蹤了，可能為內部人員所竊。為了捕獲“家賊”，美國北卡羅來納州的警察使用了一種能很快暴露竊賊蹤跡的細菌。原來，警察再將另一疊旅行支票噴灑上一種含有某種細菌的無害的溶液，然后放入該銀行。在這些支票又失蹤之后，從每一個雇員所經手的票據(jù)上用一種特制工具取下化驗試樣，放入培養(yǎng)試管中。很快，在某一雇員的培養(yǎng)試管中出現(xiàn)了黑色的條紋，竊賊就是此人。