法國(guó)作家圣埃克蘇佩里的《小王子》，是小朋友們和大朋友們都喜歡的一部作品，其中有一句話想必大家耳熟能詳——“真正重要的東西，是眼睛看不見(jiàn)的”。今天，咱們就來(lái)聊聊一種看不見(jiàn)的“小生命”，以及它和金屬“生銹”之間割不斷的聯(lián)系。

    舉足輕重的“小生命”

    微生物是一種看不見(jiàn)、摸不著，但實(shí)實(shí)在在存在的“小生命”。你知道地球上的微生物有多少嗎？告訴你一個(gè)驚人的數(shù)字，如果將地球上的生物放于天平上稱量，微生物占總重量的60%。微生物存在于我們身邊，就連我們體內(nèi)都存活著大量的微生物。如果將生存于我們身體的所有微生物集中起來(lái)稱重，能占到我們體重的3%——也就是說(shuō)60公斤的大人體內(nèi)，竟然有1.8公斤的“小生命”存活著呢。

    最大的尺度約為100～750μm，而最小的微生物只有10nm左右。例如，大腸桿菌為桿狀，它們的長(zhǎng)度約2~3 μm，300~500只大腸桿菌排成直線才有大約1mm的長(zhǎng)度。

    微生物有好的也有壞的。大腸桿菌是腸道中最主要且數(shù)量最多的一種細(xì)菌，如果其中致病性的一類大量繁殖，會(huì)讓人拉肚子。我們喝的酸奶里常添加的和等等，則是一類有益菌。它們可以促進(jìn)消化吸收，提高機(jī)體免疫，還能抑制有害菌的生長(zhǎng)。青霉素則可以稱得上“拯救人類的真菌”。1928年英國(guó)細(xì)菌學(xué)家弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素，邁出了造福人類的第一步；1940年澳大利亞病理學(xué)家弗羅理和德國(guó)化學(xué)家錢恩對(duì)青霉素進(jìn)行提純并應(yīng)用于醫(yī)療，拯救了無(wú)數(shù)人的生命。

圖1 實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的海洋微生物（馬巖博士 拍攝）▲（左：珊瑚表面分離純化的細(xì)菌；右：海中金屬生銹層中分離純化的細(xì)菌）

    微生物如何“吃掉”金屬

    很久以來(lái)，這些“小生命”的另外一種作用——對(duì)金屬腐蝕的影響都是科學(xué)家研究的一項(xiàng)課題。金屬腐蝕，也就是我們常說(shuō)的“生銹”，是金屬在環(huán)境中發(fā)生的一類化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)。它不僅會(huì)導(dǎo)致設(shè)施設(shè)備的結(jié)構(gòu)損傷，縮短其壽命，還可能引起突發(fā)性災(zāi)難事故，污染環(huán)境，或造成重大財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。

    2001年，宜賓金沙江大橋吊桿發(fā)生腐蝕斷裂，部分橋面垮塌，造成多人傷亡，經(jīng)濟(jì)損失數(shù)千萬(wàn)元；2013年11月，山東黃島發(fā)生爆炸事故，造成62人死亡、136人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)7.5億元。調(diào)查報(bào)告指出，該事故直接原因是“輸油管道與排水暗渠交匯處管道腐蝕減薄、管道破裂、原油泄漏”，撞擊火花引發(fā)油氣爆炸。這些都是腐蝕的危害。經(jīng)過(guò)我國(guó)各行業(yè)專家長(zhǎng)達(dá)兩年多的調(diào)查，2014年我國(guó)腐蝕成本約為21,278億元，這是一項(xiàng)非常驚人的經(jīng)濟(jì)損失。

圖2 金屬的“生銹”帶來(lái)的危害超過(guò)自然災(zāi)害總和

    那么，金屬“生銹”是怎么和咱們身邊這些看不見(jiàn)的“小生命”搭上界的呢？這是因?yàn)槲⑸锏纳婧头敝常瑫?huì)改變金屬表面的環(huán)境，例如氧氣濃度、酸堿度，各種離子濃度還有導(dǎo)電性等等，而這些因素都可以對(duì)金屬腐蝕產(chǎn)生影響。在水溶液中，細(xì)菌和其他微生物會(huì)在金屬表面形成一層薄薄的生物膜，在這個(gè)生物膜中會(huì)發(fā)生大量的化學(xué)反應(yīng)。所以說(shuō)這些“小生命”也開起了一間間工廠呢。

    舉例來(lái)說(shuō)，有一類叫做硫酸鹽還原菌的“小生命”，這類細(xì)菌能把一些硫酸鹽通過(guò)代謝進(jìn)行還原。它不是一種細(xì)菌，而是一類細(xì)菌的統(tǒng)稱，在大自然中的各種各樣的環(huán)境中都生活著，例如海水、河水、土壤還有油田等等，在自然界硫的化學(xué)循環(huán)中發(fā)揮著重要的作用。一般來(lái)說(shuō)，硫酸鹽還原菌可以加速鋼鐵的腐蝕。

    關(guān)于它加速腐蝕的原理，科學(xué)家們有過(guò)各種各樣的解釋。有些人認(rèn)為，硫酸鹽還原菌代謝可以產(chǎn)生硫化氫和一些生物有機(jī)硫化物，它們和環(huán)境中的腐蝕離子產(chǎn)生協(xié)同作用，這種酸度環(huán)境會(huì)加速金屬的腐蝕；還有一些人認(rèn)為，硫酸鹽還原菌的代謝可以吸收鐵原子里面的電子，促進(jìn)鐵原子失去電子變成鐵離子，也就促進(jìn)了腐蝕的化學(xué)反應(yīng)。這些小生命不但能夠加速鐵的腐蝕，對(duì)不銹鋼也不“示弱”，實(shí)驗(yàn)證明，它的生長(zhǎng)和代謝可以讓不銹鋼的鈍化作用降低。

圖3 顯微鏡下金屬表面的硫酸鹽還原菌（段繼周研究員 拍攝）

圖4 硫酸鹽還原菌讓腐蝕更嚴(yán)重的一種解釋▲（圖片來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院海洋研究所陳士強(qiáng)博士學(xué)位論文）

    當(dāng)然，微生物對(duì)腐蝕的影響也不能一概而論。比方說(shuō)，含有微生物的生物膜在金屬表面也能夠形成有機(jī)障礙層，從而對(duì)腐蝕的化學(xué)反應(yīng)起到隔斷作用；另外，有一些消耗氧氣的細(xì)菌，可以降低金屬表面氧的濃度，而氧氣又是金屬腐蝕所必須的。所以說(shuō)，很多情況下，生物膜可以減少金屬大面積的均勻腐蝕。不過(guò)，個(gè)別的微生物品種還是容易造成金屬的局部腐蝕，導(dǎo)致金屬生成小孔或發(fā)生斷裂等等，其威力也不可小視呢。

圖5 碳鋼浸泡在硫酸鹽還原菌海水里產(chǎn)生的小腐蝕坑

    近些年，科學(xué)家們?cè)陉P(guān)于細(xì)菌（包括厭氧菌和耗氧菌等）對(duì)金屬腐蝕影響方面的研究，取得了越來(lái)越深入的成果。我們也期待有一天，人類能夠調(diào)節(jié)和利用這些生活在金屬表面的“小生命”，讓它們更好地保護(hù)金屬而不是“吃掉”金屬。

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