海洋中的微生物

廣袤的海面占據(jù)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(duì)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(gè)極為精彩又多樣的生物世界。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，神秘的海洋幾乎到處都有動(dòng)物、植物和微生物，構(gòu)成復(fù)雜的生物群落。隨著地理位置、海床結(jié)構(gòu)、海洋深度等因素變化，不同環(huán)境的海洋中，生物群落的種類、結(jié)構(gòu)、數(shù)量、個(gè)體大小、形態(tài)、生理特性等都不同。

人們?cè)陉P(guān)注海洋生物和環(huán)境的時(shí)候，往往重視的是動(dòng)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(tài)系統(tǒng)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(xì)菌、真菌、原生蟲、藻類和大型真菌。

海洋微生物的特點(diǎn)可以用“個(gè)子小”“吃得多”“繁殖快”來概括。最小的病毒有20納米，最小的細(xì)菌有1000納米。1010個(gè)細(xì)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(shí)可消耗其體重2000倍的糖。理論上，如果營(yíng)養(yǎng)充足，1個(gè)細(xì)菌48小時(shí)可變成2.2×1043個(gè)。

海洋微生物大多數(shù)是生產(chǎn)者。參與海洋物質(zhì)生產(chǎn)、消費(fèi)、傳遞、沉降、分解和轉(zhuǎn)化的全過程，為海洋動(dòng)植物的生存提供良好的環(huán)境和資源。

除此之外，海洋多數(shù)微生物具有分解有機(jī)物質(zhì)的能力，能將有機(jī)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(yíng)養(yǎng)物，對(duì)海洋無機(jī)營(yíng)養(yǎng)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(jiǎn)單無機(jī)物合成有機(jī)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(shù)千年。

由此看來，海洋微生物在海洋的物質(zhì)循環(huán)、環(huán)境維護(hù)和食物鏈中起到關(guān)鍵作用。

與陸地相比，海洋環(huán)境具有高鹽、高壓、低溫和營(yíng)養(yǎng)稀少的特點(diǎn)，海洋微生物長(zhǎng)期在復(fù)雜的極端環(huán)境繁衍生息，形成了嗜鹽性、嗜冷性、嗜壓性、低營(yíng)養(yǎng)性、趨化性、附生性、發(fā)光性等獨(dú)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(zhǎng)。

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

在O℃以下能夠生長(zhǎng)繁殖的微生物稱為嗜冷菌，0～5℃生長(zhǎng)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(xué)家曾從3500米的冰層中取得冰芯，在嚴(yán)格的無菌條件下分離。發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌、酵母、真菌和藻類，證明在低溫環(huán)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(yíng)養(yǎng)源。

世界56%的海洋環(huán)境處于100～1100大氣壓下，嗜壓是海洋微生物獨(dú)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(huán)境中生長(zhǎng)。

海水營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)稀薄，大部分海洋微生物不能培養(yǎng)，少部分需在營(yíng)養(yǎng)貧乏的培養(yǎng)基上培養(yǎng)。在營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基上有的根本不能生長(zhǎng)。

嗜熱菌通常被用于生產(chǎn)乙醇。這項(xiàng)技術(shù)通常有以下應(yīng)用：用熱纖梭菌和乙醇嗜熱厭氧菌混合發(fā)酵生產(chǎn)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(fā)酵。

此外，極端嗜酸和嗜熱菌可用于去除煤炭中有機(jī)和無機(jī)硫化物，減少煤炭燃燒產(chǎn)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?zāi)芰Φ氖葻?、耐壓、嗜鹽、厭氧菌的培養(yǎng)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(diǎn)使得嗜壓菌可以應(yīng)用于石油開采。嗜壓菌可以產(chǎn)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(chǎn)生表面活性物質(zhì)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(chǎn)生醇、酮、醛，溶解巖石空隙中的原油，降低原油黏度。

面對(duì)日益增加的海洋石油污染風(fēng)險(xiǎn)，海洋微生物還能發(fā)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(gè)屬，其中細(xì)菌約占40個(gè)屬，在海洋生態(tài)系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位。

嗜酸菌能夠?qū)⒘蚧锘蛄蜓趸闪蛩?，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(jìn)行回收。嗜酸菌的這一“冶金”特性對(duì)貧礦和多組分礦的綜合利用做出了貢獻(xiàn)。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(dá)80%以上，成本比傳統(tǒng)的酸處理法低得多。

在過去幾十年間，學(xué)術(shù)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(fā)現(xiàn)了6000多種產(chǎn)物。事實(shí)證明，海洋微生物將成為開發(fā)新型藥物的重要資源。