減緩全球變暖

在努力解決全球變暖的課題中，微生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種以甲烷為食的深海細(xì)菌，可以為此做出貢獻(xiàn)。

作為一種溫室氣體，甲烷對(duì)氣溫升高的影響程度是同體積的二氧化碳的21倍。大氣中能夠產(chǎn)生甲烷的細(xì)菌叫做甲烷菌，它們生活在沼澤中靜止不動(dòng)的水下，以無氧環(huán)境中的植物和動(dòng)物為食。與此同時(shí)，甲烷菌還大量存活在動(dòng)物的消化系統(tǒng)中，幫助動(dòng)物將草和其他有機(jī)物質(zhì)降解為營(yíng)養(yǎng)成分并同時(shí)產(chǎn)生甲烷。一個(gè)德法研究小組在格陵蘭海域考察時(shí)，在海底的哈康莫斯比泥火山口發(fā)現(xiàn)了3種單細(xì)胞生物。其中，有一種細(xì)菌在氧氣的作用下能夠?qū)淄檫M(jìn)行分解。而且，它們的生存能力比普通土壤中吞吃甲烷的細(xì)菌要強(qiáng)得多。在此之前，科學(xué)家在黑海海底也同樣發(fā)現(xiàn)過這種“吃”甲烷的細(xì)菌。

經(jīng)過進(jìn)一步的研究，人們發(fā)現(xiàn)，這些海底細(xì)菌已有40億年歷史，對(duì)惡劣環(huán)境的抵抗力很強(qiáng)，是一種地球上最古老的生物。許多甲烷凍結(jié)在兩極地帶的冰層下，隨著全球變暖的加劇，它們會(huì)逐漸釋放出來，使問題變得更為嚴(yán)重?，F(xiàn)在，科學(xué)家計(jì)劃大規(guī)模培育這種能夠分解甲烷氣體的海底細(xì)菌，然后把它們投放到世界各地，為減緩全球變暖做出貢獻(xiàn)。預(yù)計(jì)完成這項(xiàng)宏偉計(jì)劃大概還需要5年左右的時(shí)間。

“吞噬”輻射廢料

位于美國(guó)佐治亞州薩瓦納河畔的核試驗(yàn)基地，于20世紀(jì)50年代初建立。該基地?fù)碛?9個(gè)地下存儲(chǔ)槽，存放了1.5億升的放射性核廢料。

1996年的一天，科學(xué)家將一根金屬棒伸入存放核廢料倉庫，以測(cè)試其放射性強(qiáng)度。當(dāng)他們把金屬棒收回來時(shí)，發(fā)現(xiàn)在金屬棒的末端竟然粘有閃閃發(fā)光的東西。在場(chǎng)的所有科學(xué)家都感到震驚。這種物質(zhì)究竟是什么?科研人員采集了這種未知物質(zhì)的部分樣品，放到顯微鏡下觀察，驚奇地發(fā)現(xiàn)發(fā)光物質(zhì)竟然是一種活的微生物。他們又把少量樣品涂抹到培養(yǎng)皿中，里面竟然長(zhǎng)出了一種奇特的四處游動(dòng)的橙黃色菌落。通過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這種細(xì)菌所能承受的放射劑量是我們?nèi)祟愃艹惺艿?5倍，它們能夠很健康地生活在強(qiáng)輻射和其他有毒環(huán)境下。于是，科學(xué)家把這種在薩瓦納河畔發(fā)現(xiàn)的抗輻射細(xì)菌命名為“克里耶卡克斯”。目前，科學(xué)家已破解了這種細(xì)菌95％的基因結(jié)構(gòu)。他們知道這種細(xì)菌喜歡吃麥芽糖，但它們的生存之道至今仍然是一個(gè)謎。放射性物質(zhì)可以破壞生物的基因結(jié)構(gòu)，但“克里耶卡克斯”卻能在幾個(gè)小時(shí)之內(nèi)將放射物質(zhì)徹底“消化”掉。

事實(shí)上，“克里耶卡克斯”并非人類發(fā)現(xiàn)的第一種超級(jí)抗輻射菌。早在1956年，科學(xué)家們就在美國(guó)俄勒岡州的科瓦利斯發(fā)現(xiàn)了一種名叫“底葉尼卡克斯”的超級(jí)抗輻射菌。當(dāng)時(shí)，研究人員利用輻射處理馬肉罐頭，來殺滅食物中的有害菌。結(jié)果科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，一種粉紅色的細(xì)菌仍然存活下來，這種細(xì)菌就是“底葉尼卡克斯”。它的抗輻射能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過地球上已知的其他任何生物。

科學(xué)家研究認(rèn)為，超級(jí)抗輻射細(xì)菌可以在地球上一些人類無法居住的環(huán)境下存活，它們能夠承受驚人的輻射，在沸點(diǎn)以上繁衍，并與那些足以殺死其他任何生物的有毒化學(xué)物質(zhì)相融合。它們的這些特殊功能，足可以在人類社會(huì)的眾多領(lǐng)域發(fā)揮作用。以美國(guó)為例，他們除了在佐治亞州的薩瓦納河畔存有大量的核廢料以外，在華盛頓州的漢福德也存放了許多核廢料。如果采用普通的化學(xué)手段和機(jī)器人來處理，清除費(fèi)用將高達(dá)2600億美元，而利用超級(jí)抗輻射菌則可以大大降低成本。此外，超級(jí)抗輻射菌在航天和醫(yī)療方面也大有用武之地。利用超級(jí)抗輻射菌的機(jī)理，可以研制生產(chǎn)出抵抗強(qiáng)輻射的宇航服，使宇航員在太空飛行中免受侵害。醫(yī)學(xué)家則可以運(yùn)用超級(jí)抗輻射菌的獨(dú)特威力，幫助癌癥患者適應(yīng)輻射劑量較高的化學(xué)療法，更為有效地戰(zhàn)勝疾病。

制造“光腦”

現(xiàn)在人們使用的計(jì)算機(jī)，一般都是由電子來傳遞和處理信息。電子在導(dǎo)線中的運(yùn)動(dòng)速度，雖然比我們看到的任何運(yùn)載工具運(yùn)動(dòng)的速度都快，但是，從發(fā)展高速率計(jì)算機(jī)來說，采用電子做傳輸信息載體還不能滿足要求。如果采用光中的粒子來做傳遞信息的載體，就能制造出性能更優(yōu)異的計(jì)算機(jī)。這是因?yàn)?，光子不帶電荷，它們之間不存在電磁場(chǎng)相互作用，因此可以更加快速地傳遞信息，而不會(huì)相互干擾。利用光子取代電子進(jìn)行運(yùn)算和存儲(chǔ)的光子計(jì)算機(jī)，用不同波長(zhǎng)的光代表不同數(shù)據(jù)，從而能夠快速完成復(fù)雜計(jì)算。

在制造光子計(jì)算機(jī)的過程中，需要開發(fā)可以用一條光束控制另一條光束變化的光學(xué)晶體管。然而，我們現(xiàn)有的光學(xué)晶體管，體積龐大而笨拙，用其制造的光子計(jì)算機(jī)，會(huì)有一輛汽車那么大。使用起來非常不便。因此，若使光子計(jì)算機(jī)進(jìn)入實(shí)用階段，就必須在制造納米光學(xué)晶體管方面取得新的突破。美國(guó)奧斯汀大學(xué)的布倫特·埃維遜及其同事，嘗試?yán)么竽c桿菌充當(dāng)納米晶體管的生產(chǎn)“工廠”，讓大腸桿菌使用自身的離子通道吸收單獨(dú)的離子，在內(nèi)部制造出納米晶體。實(shí)驗(yàn)中，研究人員將大腸桿菌放在氯化鎘溶液中，然后加入硫化鈉。結(jié)果，鎘和硫的離子進(jìn)入大腸桿菌內(nèi)部并發(fā)生反應(yīng)，形成半導(dǎo)體材料硫化鎘的納米晶體。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)大腸桿菌能產(chǎn)生約1萬個(gè)納米晶體，每個(gè)納米晶體的直徑為2-5納米。

細(xì)菌電池

1984年，美國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)出一種太空飛船使用的細(xì)菌電池，其電極的活性物質(zhì)是宇航員的尿液和活細(xì)菌。隨后，發(fā)達(dá)國(guó)家爭(zhēng)相研究細(xì)菌發(fā)電，成果各有千秋。美國(guó)設(shè)計(jì)出一種綜合細(xì)菌電池，由電池里的單細(xì)胞藻類利用太陽光將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為糖，然后再讓細(xì)菌利用這些糖來發(fā)電。日本將兩種細(xì)菌放入電池的特制糖漿中，讓一種細(xì)菌吞食糖漿產(chǎn)生醋酸和有機(jī)酸，而讓另一種細(xì)菌將這些酸類轉(zhuǎn)化成氫氣，氫氣再進(jìn)入磷酸燃料電池發(fā)電。英國(guó)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(xì)菌電池。據(jù)報(bào)道，美國(guó)科學(xué)家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，在把所接受的大約10％的陽光轉(zhuǎn)化成化學(xué)物質(zhì)時(shí)，即可產(chǎn)生電荷。現(xiàn)在，有的科學(xué)家還在探索利用嗜鹽性細(xì)菌來發(fā)電。這種用鹽代糖的轉(zhuǎn)換，可以使成本大大降低。由此可見，讓細(xì)菌為人類供電已不是遙不可及的夢(mèng)想，而是不久的現(xiàn)實(shí)。