制造超級微生物凈化地球

地球受到嚴重污染

目前地球環(huán)境污染已經(jīng)十分嚴重，而且污染范圍還在擴大，其主要原因是人口急劇增加、經(jīng)濟飛速發(fā)展帶來煤炭、石油的大量消耗，大量新的化學(xué)合成物被廢棄。特別是大氣中二氧化碳的增加嚴重，導(dǎo)致地球全面變暖。另外，人類為了自身方便，不考慮環(huán)境保護而制造出來的各種化學(xué)合成物嚴重污染了土壤和地下水，給地球生物帶來災(zāi)難性危害。

在化學(xué)合成物中，像三氯乙烯和多氯化聯(lián)苯即使攝入少量，在體內(nèi)也不能被消化，而且還會在體內(nèi)富集、濃縮。三氯乙烯在全世界的高技術(shù)工廠中是作為半導(dǎo)體的洗凈劑被大量使用的有機氯化物，因懷疑它對動物有致癌作用，其后從土壤或地下水中被檢測出來。據(jù)調(diào)查，僅日本超過環(huán)境標準的三氯乙烯污染地下水事件已達到469起；另外，作為干洗溶劑常用的四氯乙烯引起的污染事件達629起。被調(diào)查的地下水中，三氯乙烯超標的約占20％，四氯乙烯超標的約占27％。

又如多氯化聯(lián)苯(聚氯聯(lián)苯)，由于它難以溶解，不容易燃燒，絕緣性好，而且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，所以廣泛用作電機的絕緣油、熱交換器的熱介質(zhì)等。但是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，多氯化聯(lián)苯在體內(nèi)富集，會引起肝臟疾病。現(xiàn)在，在日本國內(nèi)已經(jīng)禁止使用。但是，多氯化聯(lián)苯已經(jīng)進入環(huán)境的量估計有41萬噸，對世界各地均造成污染。科學(xué)家甚至從海洋哺乳類海豚或海豹的身體中也檢測到高濃度的多氯化聯(lián)苯。

另外，原油污染也是個大問題。近年來，由于油船事故造成大量原油向海洋泄漏的事件屢屢發(fā)生，給海洋生態(tài)系統(tǒng)帶來極大破壞，正成為世界性的問題。

凈化三氯乙烯實驗

人類造成的有害污染物質(zhì)單靠自然界難以分解，即使能夠分解，其凈化能力也趕不上人類的污染速度，而且所需時間很長。科學(xué)家提出的生物修復(fù)辦法的主要目標是凈化這些難以分解的物質(zhì)。

生物修復(fù)大體上分為激活原本生息在污染現(xiàn)場的微生物的“生物激活”法和培養(yǎng)外來微生物的“擴大微生物”法。另外，按處置的方式還能分類為在現(xiàn)場凈化的“原地處置”和運到有處置設(shè)施的“移動處置”。

下面介紹一些實際進行的生物修復(fù)技術(shù)。首先是地下水的三氯乙烯凈化實驗。其方法是在現(xiàn)場把地下水打上來放入裝置中，再在裝置中添加甲烷和營養(yǎng)鹽(氮、磷)，激活現(xiàn)場的“甲烷生成菌”，將其返回地下分解三氯乙烯。這是很經(jīng)典的微生物激活治理污染的例子。

實驗的結(jié)果是在注入甲烷40天后，三氯乙烯的濃度從每升0.8毫克減少到0.5毫克。另外，即使停止注入，三氯乙烯的濃度也得到有效的抑制。

被三氯乙烯污染的地方很多，但是因為成本較高，使用甲烷來進行三氯乙烯的生物修復(fù)至今尚未普及。當(dāng)然，現(xiàn)在所謂的“監(jiān)視自然凈化”是指不加任何人為干預(yù)監(jiān)視的自然凈化；所謂“增強自然凈化”是指有人為干預(yù)的凈化。

生物修復(fù)原油污染

1997年俄國的油船“納霍德卡號”在日本海上觸礁，泄漏的原油漂到了日本海沿岸。當(dāng)時，前來推銷用生物藥劑進行修復(fù)的同行十分積極，但缺乏有關(guān)法律上的明文規(guī)定，因為把那些制劑投放到環(huán)境中將產(chǎn)生什么后果，誰也不知道，所以，大家都不敢貿(mào)然使用。最后，只能給原油中存在的微生物加些營養(yǎng)鹽，最終對生物修復(fù)進行評價。

當(dāng)時對原油的毒性認識還沒那么深刻，倒是鳥的翅膀沾滿油污、沿岸的海藻類和生物大量死亡成為人們關(guān)注的焦點。另外，漂浮在海面上的油污無法生物修復(fù)，除了回收外別無良策。為此，實驗以漂到了沿岸的原油為對象。

方法是把現(xiàn)場的原油與海礫攪拌后放入網(wǎng)中，然后分成兩組，一組添加營養(yǎng)鹽，一組不添加營養(yǎng)鹽。

實驗結(jié)果證明，加進營養(yǎng)鹽的一組，原油確實被分解了，而且也沒有看到對海上的小動物造成任何不良影響。但是，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，由于場所不同效果也不一樣。這次實驗為制訂處理海上原油泄漏的指導(dǎo)方針積累了一些數(shù)據(jù)。

讓海洋大量吸收CO₂

為了減少全球溫室氣體二氧化碳，科學(xué)家正在考慮用占地球表面70％的海洋來固化二氧化碳的生物修復(fù)辦法。海洋中的植物、浮游生物可吸收大氣中大量的二氧化碳。但是，僅因生長所必須的“鐵質(zhì)”不足，致使植物、浮游生物不能正常存在的海洋面積約占10％，即大約為3600萬平方千米，比亞洲大陸還要大。如果在這些海域播撒鐵，繁殖植物、浮游生物，通過它們的光合作用來吸收二氧化碳，就相當(dāng)于增加了陸地上的植物。這樣做實際上是增強了大海原來特有的自然治愈力，所以對環(huán)境也是有利的。

以美國為主，自1993年起在加拉帕戈斯群島海面上進行實驗。科學(xué)家從船上灑下鐵，用飛機和衛(wèi)星監(jiān)測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，確實引起植物、浮游生物的增加，海水中所含的二氧化碳量也減少了。另外，科學(xué)家還將煤灰或焚燒灰做成塊狀，灑上微細藻類和營養(yǎng)鹽，把它漂浮在海上做吸收二氧化碳的實驗。這么做不但有效地固化二氧化碳，而且微細藻類作為副產(chǎn)品還可制成紫外線吸收劑或回收農(nóng)藥等有用物質(zhì)。

另一方面，海洋可稱是未知微生物、基因的寶庫，專家正進行各種有用基因的探尋。目前一些發(fā)達國家特別是關(guān)于深海，正以海洋研究所為主進行有用基因的探索和研究。為此構(gòu)建海洋的生物修復(fù)系統(tǒng)，讓海洋重新獲得特有的自凈化能力，防止大海污染惡化，讓大海回復(fù)到應(yīng)有的狀態(tài)是非常重要的。

制造超級微生物

目前科學(xué)家正把基因工程制造的超級微生物用于生物修復(fù)的研究。

超級微生物的開發(fā)，首先從多氯化聯(lián)苯分解菌開始。多氯化聯(lián)苯是非常穩(wěn)定的化合物，之前，科學(xué)家沒有發(fā)現(xiàn)能夠分解多氯化聯(lián)苯的微生物，后來才發(fā)現(xiàn)吃聯(lián)苯的菌也可以分解多氯化聯(lián)苯。

美國和日本使用各自發(fā)現(xiàn)的二種多氯化聯(lián)苯分解菌進行基因操作。用所謂“DNA倒換”方法使這些分解菌的基因彼此發(fā)生關(guān)系，使其進化。多氯化聯(lián)苯在氯制備理論上能制造209種化合物。被發(fā)現(xiàn)的兩種分解菌的酶有95％相似，但各自能夠分解的多氯化聯(lián)苯化合物不同。

取出2個分解菌的基因，用PCR(聚合酶鏈反應(yīng))方法繁殖，首先各自通過酶將基因鏈拆開。然后再用PCR繁殖，這是放入稱之“引子”的DNA斷片，斷片被連接，兩個基因被混合；其次為了放大基因的全長，放入“引子”再度進行PCR。在混合的基因中，把能力強的超基因與原先多氯化聯(lián)苯分解菌的基因交換，制成超級微生物。

制成的微生物對多氯化聯(lián)苯的分解能力遠遠超過原來的分解菌。再者他們還用所謂“分子模擬實驗”方法預(yù)測分解酶的構(gòu)造，能夠把僅與多氯化聯(lián)苯分解有關(guān)的氨基酸更改。由此，不但多氯化聯(lián)苯，甚至還能育出分解二噁英和甲苯的分解菌，而在此之前，這兩種物質(zhì)是無法分解的。

科學(xué)家還進行高效分解三氯乙烯的超級微生物的開發(fā)，以及三氯乙烯分解菌的育種研究。就實用化來說，如果使用自然界的微生物當(dāng)然也行。但是在人們追求高效率的情況下，將需要更強的分解菌。當(dāng)然，確保超級微生物的安全性是十分必要的。假定基因重組的超級菌在自然界增殖也必須確保安全性。微生物自35億年來一直在進化，造就生物適宜居住的地球環(huán)境。地球的未來，或許就是這些微生物們的天下。