2008年11月30日
微生物虽然结构简单，体积微小，但对人类和环境往往是至关重要的。你可能知道它们对地球碳循环的贡献和分解废物的惊人能力。但是你有没有听说过腐蚀海底金属的微生物，或者保护铁不受腐蚀的微生物?有些甚至会让你惊叹于发电和净化污水的壮举!
钢在海水中浸泡2年后内层锈蚀的扫描电镜图。硫酸盐还原细菌和/或铁还原细菌附着在大大小小的绿色锈片上。(摘自J. Duan等/电化学学报54 (2008)22-28)
海洋腐蚀与防护研究中心的海洋化学家段吉舟表示，作为地球上发展的第一种生命形式，这些小生物绝不能被低估中国科学院海洋研究所．在国家自然科学基金的大力支持下，段、侯宝荣等人在微生物影响腐蚀及其抑制技术的广阔前沿领域进行了欧洲杯线上买球十多年的研究。
铁锈中的微生物群落
在占地球表面三分之二以上的海洋环境中，铁被广泛用于建造桥梁、船舶和管道。海底钢结构腐蚀不仅会增加建筑材料的成本，还可能导致灾难和人员伤亡。欧洲杯足球竞彩
在很长一段时间里，人们简单地把破坏过程看作是铁与氧反应的氧化过程。后来，科学家发现锈菌样本中存在微生物，并意识到这些微小生物所起的重要作用。
“铁锈为一些微生物提供了理想的栖息地，”段指出。2004年，德国专家获得了一种以铁提供的电子为食的新型细菌。后来，Duan等人从不同的铁锈层中发现了几种厌氧细菌和古菌。通过生物分析，他们甚至发现了一个微生物“群落”。
在生活在海洋中的大量微生物中，相当多的微生物倾向于附着在钢铁制品的表面，从而形成科学家们所说的“生物膜”。首先，生物膜主要由好氧细菌组成。渐渐地，好氧细菌开始扩散，并在很大程度上被厌氧细菌取代。
据Duan介绍，许多实验和观察已经证明了厌氧细菌在铁腐蚀中的能力，特别是一种名为硫酸盐还原菌(SRB)的细菌。在海水中，SRB可以利用它们的酶加速硫酸盐化合物还原为硫化氢，硫化氢对铁有很强的腐蚀性。
对于不锈钢，Duan的团队进行了现场实验和实验室模拟，研究SRB是如何在金属表面形成生物膜并侵蚀部分金属的。他们还研究了锈蚀钢从金属氧化物到金属硫化物的转变。
呼吸离子的虫子?
铁锈层是微生物的宫殿。与此同时，这些小生物需要像我们人类一样找到吃的和呼吸的东西。
“海洋中有足够的营养物质供它们生长。所以问题是他们呼吸的是什么。”
段教授的研究小组最近的一项分析表明，在他们的铁锈样品中至少有两种相关微生物:SRB和铁还原菌(IRB)。当SRB吸收硫酸盐并释放腐蚀性的硫化氢时，IRB在呼吸过程中将电子传递到铁上。
“我们推测这些微生物的呼吸机制与电子转移密切相关。它们把电子给铁离子，并把它们还原成铁离子。这只是这些细菌生存的一种方式，它们不需要知道，通过吸入和排出电子，它们已经完成了铁锈的矿化，”段如此解释他的新发现。
这一特殊特性可用来保护铁。在工业实践中，人们经常给活性较低的金属涂上活性较高的金属，以保护前者免受电子丢失和腐蚀。从这个意义上说，呼吸离子的细菌，通过将电子传递到钢铁上，只是起到了阻止铁氧化的屏障作用。也许在不久的将来，科学家们能够在这种细菌的存在下开发出各种各样的生物活性膜来进行阴极保护。
细菌可以清洁水源和发电
最新的研究表明，微生物和海底金属之间的相互作用涉及一个非常复杂的电子转移过程。专家们说，这种相互作用可能会促进防腐、水修复和微生物燃料电池等技术的发展。
例如，段教授的研究小组在2008年报道了一种名为脱硫弧菌(Desulfovibrio dechloracetivorans)的SRB新物种，它可以在铁存在的情况下有效降解海洋中的有机氯和类似污染物。
其他细菌(铁还原细菌，D. R. Lovley)能够分解含有重金属的化合物，如受污染的地下水中的铀。
“在电子传递过程中，微生物将金属从溶解形态转变为固体形态，”段说。
科学家发现不锈钢表面的生物膜能够加速氧气还原速率，目前正应用于海洋沉积物相关微生物燃料电池的研发。按照设计，电池将有一个生物阳极，厌氧微生物在那里氧化有机化合物，并将电子传输到生物阴极，在生物阴极，电子在好氧细菌的帮助下加快速度。一旦外部负荷增加，电池将能够转化沉积物中的有机化合物并产生电力。美国、比利时、法国、德国和韩国的研究人员进行了开创性的生物阳极研究，旨在发展生物阴极领域。
“然而，我们仍然需要克服当前技术的局限性，寻找更简单、更便宜的方法，”这位科学家补充说。
在Duan看来，微生物对腐蚀的影响仍然存在很大的争议。例如，到目前为止，它的基本机制还没有被正确理解。然而，这是一个非常复杂但同样有前途的课题。
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