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第66章 生物技术(14)

生命建筑要有能自动调节控制的“大脑”。在一座大型生命建筑或桥梁内,会有许许多多的“神经”和“肌肉”材料埋在关键部位,它们之间的相互作用也十分繁复,需要有一个控制和协调的中心,这就是生命建筑的“大脑”——一台大型电脑,它具有能判断、决策并进行协调的程序,对重要程度不同的部位所传递的信息,作出迅速的反应和处理。

这便是由系统控制、人工神经网络和大脑所代表的未来生命建筑的主要特征。

建筑设计师指出,如果没有人工生命的控制中心,由无数光纤传感器、驱动执行器堆砌起来的建筑很可能是一座“代价昂贵,行为愚蠢的结构”、“像一个患脑溢血的病人”。当地震和风暴造成建筑物大幅振动进而摧毁建筑物时,生命建筑就能在灾害发生时保护自己,使自己生存下来。近年来,日本发展了智能化的质量阻尼技术。地震发生时,生命建筑中的驱动器和控制系统会迅速改变设在建筑物内的阻尼物(如流体箱)的质量,从而改变阻尼物的振动频率,以此来抵消建筑物的振动。这种方法也可以减小超高大厦和悬挂式桥梁因风力引起的摇摆。

生命十分可贵,康复对于生命而言十分重要。美国伊利诺伊大学已研制出生命建筑自我康复的方法。它的执行元件是充有异丁烯酸甲酯黏结剂和硝酸钙抗蚀剂的小管。当生命建筑出现裂缝时,小管断裂,管内物质流出,形成自愈的混凝土结构。这个方法已获成功。这完全像人体血液中的血小板,能够自动堵塞创口,使肌体康复。生命建筑是模拟生命而设想的,它具有生命的基本模式和功能,是一种地地道道的未来建筑。

什么细菌能吸附核物质

日本科学家找到了可吸附核物质钚和铀的细菌。这一发现有可能使处于混合状态下的钚和铀得以分离,从而有助于人们对使用过的核燃料进行再处理。他们从铀矿周围的土和水中采集了300多种微生物标本,从中挑选了6种能吸附核物质铀的类似大豆发酵杆菌的芽孢杆菌加以培养,然后将其置入铀和钚的水溶液中,最后通过过滤去掉这些细菌,结果发现,水溶液中几乎不再含有钚。研究人员由此而确认水溶液中的核物质钚被细菌所吸附。当改变水溶液的酸度后,细菌又可以有选择性地吸附铀。这些细菌中吸附力最强的,平均每克可吸附06克铀或03克钚。研究人员指出,利用这类细菌,可以对使用过的核燃料进行再处理,从中析取铀,还可对放射性废弃物进行处理。不过这项技术要进入实用化阶段,尚需时日。

有可以环保的细菌吗

美国国际生物化学公司有一座庞大的“细菌库”,库内保存着上千种细菌,并根据不同的繁殖条件,对细菌进行了分类。该公司向社会出售各种细菌,用于治理不同性质的污水。该公司所出售的细菌绝大多数是“需氧”细菌,这类细菌能利用空气中的氧气产生二氧化碳和水。

科学家认为,厌氧细菌用污水生产沼气的效率比“需氧”细菌高,遗留的淤泥也少,但使用这类细菌必须隔绝空气,让它在浓缩的有机物内治理污水。为了阻止这类性质活泼的细菌“外逃”,需要把它们固定在一种处于压缩状态的结构中,或放到污水能流过的基层中,以限制细菌的活动范围。根据这一原理,丹麦布罗卡茨生物技术公司建了一座加热浸提器,处理一家发酵厂流出的污水,其效率高而且耗资比传统处理方法少,所产生的能源自给有余。瓦斯的主要成分是甲烷和一氧化碳,易燃易爆,是煤矿井下开采作业的大敌。科学家们发现有一种细菌能“吃”瓦斯,并将其“清化”成二氧化碳和水。如果将这种细菌喷洒于瓦斯含量较高的地方,就能避免煤矿瓦斯爆炸事故的发生。

什么是工业细菌

日本科学家发现,一种叫“红极毛杆菌”的细菌能制造氢气。实验表明,以淀粉为主原料,再掺入一些其他营养素配制成培养液对这种细菌进行培育,它在透光的玻璃容器内便会产生氢气。据估算,“红极毛杆菌”每消耗5毫升淀粉营养培养液即能产生25毫升氢气。

澳大利亚科学家发现了一种嗜油细菌。他们把从油井深层分离出来的细菌进行培养后,重新投入井下,让其破坏石块缝隙中的石油表面张力,从而使石油顺利流出。据介绍,目前全世界有许多深藏在岩石缝隙中的石油,若能利用细菌采油,将是一种安全方便、成本低廉的好方法。

一位加拿大科学家在加拿大中部的一个咸水湖中发现了一种能生产燃油的细菌,它分为两类:一类呈紫色,一类则无色。这两类细菌有着共生关系。紫色细菌利用环境中的二氧化碳来生产更为复杂的有机分子,无色细菌则利用这些有机分子来生产燃油。这样,当聚在一块的细菌达到一定数量时,它们就会源源不断地生产出液态燃料。

美国一家公司研究出一种利用细菌开采黄金的技术。他们在一座硫铁矿中挖出4个大槽,将细菌加入其中,并保持30℃的恒温。6小时后,细菌把硫铁矿氧化成易于提取黄金的状态。用这种方法开采黄金的成本比用传统方法降低了一半。美国科学家从大肠杆菌属中筛选出一种制糖细菌。他们将某种基因植入制糖细菌的DNA内,让它在一定温度下繁殖、发酵,制造出比蔗糖甜3 000倍的新一代蛋白糖。

何谓能源细菌

印度科学家发现,某些海洋细菌(喜盐细菌)细胞膜中的一种紫色光合素能把阳光转变成化学能或电能,这是解决地球上能源短缺问题的一条重要途径。现在科学家正在设法分离这种光合素。酵母菌虽然是小小的单细胞微生物,但是它们的本事却不小——它们是代谢糖类、制造酒精的高手。地球上的糖类是一种“再生性资源”,酵母菌可利用这些糖类制造酒精,作为添加到汽油中的燃料:一方面能产生能量,另一方面也可节约能源,减少空气污染——利用酵母菌代谢糖类生产酒精,比利用化学合成法生产酒精节省能源6%,并且能缩短生产周期。在地球上的石油逐渐耗尽之际,酒精将成为明日能源新星,而小小的酵母菌也将成为人类解决能源危机与减少空气污染的希望所在。

细菌也能发电吗

自1910年英国植物学家马克·皮特将铂电极放进大肠杆菌或普通酵母菌培养液里,制造出第一个细菌电池以来,这一领域不断有新的发现和突破。

20世纪80年代末,英国化学家彼得·彭托在细菌发电的研究方面取得了重大进展:让细菌在电池组里分解糖分子,从而释放出电子,在电子向阳极运动的过程中,就产生了电能。为了使电子运动能力增强,彭托特地在糖液中添加了芳香族化合物,使糖液稀释,同时,还不断地把空气充入电池组,用来搅拌细菌培养液和氧化物的混合物。据有关资料称,一座细菌发电站,仅需要1 000立方米的细菌培养液,每小时投放2 000千克糖,就可以获得1 000千瓦时的电能。日本也研制成一种细菌电池,它是将两种不同的细菌放入特制糖液中,让其中一种细菌吞食糖浆后产生醋酸和有机酸,而另一种细菌则将这些醋酸和有机酸转化成氢气,再由氢气与其他物质产生化学反应发出电来。

微生物是新物种的创造者吗

基因工程是人工创造新物种的有效途径,在这个工程中,微生物有着很大的用途。

那么,什么是基因工程呢?我们知道,生物的遗传性都是由遗传物质——基因支配的。基因位于细胞核的染色体中,每个基因都有固定的职能,在个体发育过程中,许许多多基因无比协调地通力合作,才逐渐建立起美丽而对称的生命大厦。但是,如果我们把一个基因摘下来,从甲生物转移到乙生物,只要处理得当,它将同样能够发挥原有的效应。所谓基因工程,就是根据人类的需要,将某种基因有计划地移植到另一种生物中去的新技术。

科学家发现,微生物可以作为基因的供体,把它的优良性状提供给其他生物;也可以作为基因的载体,把一个生物的优良性状携带给另一个生物,还可以作为基因的受体,接受别的生物的基因,并在细胞内复制和表达。我们已经知道,微生物具有繁殖快,容易实现工厂化生产等优点,如果把植物或动物的基因移植到微生物中去,就可以多快好省地生产生物制品。1978年,科学家把人体的“胰岛素基因”移入大肠杆菌,于是这些碌碌无为的食客——大肠杆菌,一跃而成了生产人类重要激素的能手。1979年,通过基因工程手段,已经组合成一种专门生产卵清蛋白的大肠杆菌。这种蛋白原先存在于鸡的输卵管中,是各种氨基酸含量比较均衡、十分适合人类需要的营养物质,现在居然可能由细菌直接生产,这是一起意义重大的事件!可以设想,有朝一日,它将可能取代养禽业。

微生物具有许多独特的性状。例如固氮微生物能固定大气中的分子氮,如果将固氮微生物的基因转移到能感染多种植物的根瘤土壤杆菌中或作物根际微生物中,使这些微生物也能固氮,这就扩大了肥源。如果将固氮基因直接移植到农作物中,培育出能自身固氮的作物新品种,那么,现在的许多氮肥工厂就可以转为其他工厂了。微生物在基因工程中大有作为。为人类创造许多新的财富,将为人类治愈一些不治之症,也将为农业生产展示光辉的前景。

能利用微生物净化环境吗

你知道吗,在我们周围,除了天天看得见的动物和植物以外,还有一个极其庞大的微生物世界。它们是一群体形微小、构造简单的低等生物,人类常常需通过放大镜或显微镜才能看清它们的面目。别看微生物个头小,在净化环境污染中却有非常重要的作用。假如没有微生物,那我们的周围一年年积存下来的生物残体就会堆积如山。那些落叶、枯草和死去的小动物等都依赖于微生物的分解,才使它们变为无机物,还归自然。在处理环境污染特别是废水污染中,科学家利用并强化了微生物的这一功能。科学家利用微生物处理废水时,采取两种方法:一种是好氧微生物处理,另一种是厌氧微生物处理。好氧微生物在有氧条件下才能进行新陈代谢,并将废水中复杂的有机物分解成二氧化碳和水。于是,造好构筑物,保证充足的氧气和稳定的温度,好氧微生物就会使污水得以净化。厌氧微生物在无氧条件下才能生长。让厌氧微生物处理污水,就要满足厌氧微生物的这一特性。

微生物是地球上最早的“居民”吗

微生物是地球上最早的“居民”。假如把地球演化到今天的历史浓缩到一天,地球诞生是24小时中的0点,那么,地球的首批居民——厌氧性异养细菌在早晨7点钟降生;13点左右,出现了好氧性异养细菌;鱼和陆生植物产生于22点;而人类则在这一天的最后一分钟才出现。

微生物所以能在地球上最早出现,又延续至今,这与它们持有食量大、食谱广、繁殖快和抗性高等有关。个儿越小,“胃口”越大,这是生物界的普遍规律。微生物的结构非常简单,一个细胞或是分化成简单的一群细胞,就是一个能够独立生活的生物体,承担了生命活动的全部功能。它们个儿虽小,但整个体表都具有吸收营养物质的机能,这就使它们的“胃口”变得分外庞大。如果将一个细菌在一小时内消耗的糖分换算成一个人要吃的粮食,那么,这个人得吃500年。

微生物不仅食量大,而且无所不“吃”。地球上已有的有机物和无机物,它们都贪吃不厌,就连化学家合成的最新颖复杂的有机分子,也都难逃微生物之“口”。人们把那些只“吃”现成有机物质的微生物,称为有机营养型或异养型微生物;把另一些靠二氧化碳和碳酸盐自食其力的微生物,叫无机营养型或自养型微生物。

微生物不分雌雄,它的繁殖方式也与众不同。以细菌家族的成员来说,它们是靠自身分裂来繁衍后代的,只要条件适宜,通常20分钟就能分裂一次,一分为二,二变为四,四分成八,……就这样成倍成倍地分裂下去。如果按这个速度计算,一个细菌48小时内能产生22×1043个后代,总重量为22×1025克,相当于四个地球的重量!虽然这种呈几何级数的繁衍,常常受环境、食物等条件的限制,实际上不可能实现,即使这样,也足以使动植物望尘莫及了。

微生物具有极强的抗热、抗寒、抗盐、抗干燥、抗酸、抗碱、抗缺氧、抗压、抗辐射及抗毒物等能力。因而,从1万米深、水压高达1 140个大气压的太平洋底到85万米高的大气层;从炎热的赤道海域到寒冷的南极冰川,从高盐度的死海到强酸和强碱性环境,都可以找到微生物的踪迹。由于微生物只怕“明火”,所以地球上除活火山口以外,都是它们的领地。微生物当然也要呼吸,但有的喜欢吸氧气,是好氧性的;有的则讨厌氧气,属于厌氧性的,还有的在有氧和无氧环境下都能生存,叫兼性微生物。微生物不仅会吃,而且还贪睡。据报道,在埃及金字塔中三四千年前的木乃伊上仍有活细菌。微生物的休眠本领也令人惊叹不已。

细菌也为人类造福吗

自从德国乡村医生劳伯·柯赫第一个猎获病菌以后,细菌这个名字就常常和疾病联系在一起。因为人和动植物的许多传染病,都是由细菌作祟引起的,所以人们对它总有一种厌恶和恐惧的感觉。其实,危害人类的细菌只是一小部分,大多数细菌不仅能和我们和平共处,还为人类造福。例如,地球上每年都要死亡大量动植物,千万年过去了,这些动植物的遗体到哪里去了呢?这就是细菌和其他微生物的功劳。它们能把地球上一切生物的残躯遗体“吃”光了,同时转化成植物能够利用的养料,为促进自然界的物质循环立下了汗马功劳。更何况许多细菌在工农业生产上起着重要的作用呢!

在显微镜下,我们看到的细菌,大致有三种形状:个儿又胖又圆的,叫球菌;身体瘦瘦长长的,是杆菌;体形弯弯扭扭的,称螺旋菌。不论哪种形状,它们都只是单细胞,内部结构和一个普通的植物细胞相似。它的外面有一个坚韧而有弹性的“外壳”,称为细胞壁,细菌就靠它来保护自己的身体。紧贴细胞壁内部有一层柔韧的薄膜,叫细胞膜,它是食物和废物进出细胞的“门户”。细胞膜里面充满着黏稠的胶体溶液,这是细胞质,其中含有各种颗粒和贮藏物质。有的细菌有细胞核,但比大生物的细胞核简单得多,因此人们叫它原核细胞。

多数细菌是不会运动的,只是由于它们体微身轻,所以能借助风力、水流或黏附在空气中的尘埃和飞禽走兽身上,云游四方,浪迹天涯。也有一些细菌身上长有鞭毛,好像鱼的尾巴,能在水中扭来摆去,细菌便游动起来,速度还挺快。有人观察,霍乱弧菌凭借鞭毛的摆动,1小时内能飞奔18厘米,这段距离相当于它身长的9万倍!

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