人与自然 系列丛书-第184章
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细菌净水工
由于工业的飞速发展和人口的剧增，大城市用水量与日俱增造成用水紧张，地面干净的水，一年比一年短缺，因此迫使人们大量使用地下水。但是地下水并不干净，水中大都含有较多的金属元素，如铁和锰等。用通常的方法除去水中的铁质和锰质很麻烦，且费用很高。
瑞典科学家研究出一种利用细菌直接在井内净化含水层的水的简便方法。这种方法是：先将地下水抽出一部分，通过一台通气机，使地下水吸足氧气，然后将水重新送入井中。这时，由于地下水含有较多氧气，井的四周泥土也跟着饱含氧气，结果井四周的细菌便大量繁殖，而溶于水的氧气借助这些细菌的作用，将铁和锰氧化而沉积在泥土里，人们就可以得到清洁的地下水了。
德国研究人员也成功地利用脱氧副球菌清除饮水中的硝酸盐。
有些细菌专门以有毒物为食料，因而可以使含毒物质的水得到净化。例如氰化物是一种严重危害人体健康的剧毒物质，人们饮用含有0。01毫克/升以上氰化物的水，就会危害健康乃至危及生命。但某些细菌能够把氰化物分解，并以其中的一些物质为营养，结果水中氰化物的含量就大大减少了，使水质得到净化。
目前，我国各地也相继建立了生物净化池或细菌净化系统，黑龙江省建成一座生物污水处理工厂，用细菌消除各类工业污水中的酚等有害物质，使水变清，处理效果很好，每公升水含酚量一直保持在0。1～0。3之间，远远低于国家0。5的标准。
细菌环保工
二氧化硫是生态平衡的大敌，它形成的酸雨对生物、植物造成很大的危害。
在一次偶然的工作中，美国的空军发现有一种细菌能够吃掉飞机油箱中燃料油里的硫磺。于是人们就利用细菌的这一特性用来消除煤和石油中的硫磺，以保护石油贮存罐和管子，同时减少煤和石油在燃烧中产生的污染，减少危害。
会吃硫的细菌是一种嗜热的微生物，它广泛生存于土壤、水和岩石中。
嗜热菌不怕热，即使在温泉，甚至在刚刚燃烧过的煤渣场，都能够继续繁殖。
战争及其他意外事故，常常造成难以清除的石油污染。
为此，前苏联科学家培养出一种能吃石油的细菌，它吞噬石油的速度很快，相当于其他菌珠的100倍。这种细菌能够在…50℃～70℃范围内进行工作。前苏联利用这种细菌在极寒冷的西伯利亚消除被石油污染的地区。人们将这种石油细菌在每平方米渗透10公斤石油的土地上进行试验，结果不到两个半月，这块土地又长出了青青的野草。
德国也用这种吃石油的细菌净化柏林一个被石油污染的加油站土地。这块土地被柴油和其他含油废物渗到地下10米深处，严重威胁着地下水的使用。为此，当局在这块土地上打下8根钢管，把在营养液中繁殖起来的食油细菌通过钢管注入到地下，细菌就开始吞食地下的石油。为了使细菌正常工作，还通过钢管给细菌输送氧气。这个办法既省钱省事，又可不影响原来企业的正常工作。
前苏联科学家还意外地在寒冷的北极水域内发现了多种能吞食海上油污的细菌。从巴伦支海和白海受到污染的港口和航道水域采集的样品证明：这两个海域内有多达300多种能吞噬石油的微生物。专家们认为，对这类细菌的研究，将为对付海域的环境污染开辟出一条新的途径。
“驯服”的酵母菌
蛋白质是组成动植物细胞的一种很重要的物质，是生命的物质基矗肉类、乳类和蛋类等含有丰富的蛋白质，而饲养家禽家畜就需要含有一定量蛋白质的大量饲料。在一般饲料里，大都缺少足够的蛋白质；另外一些青饲料，纤维素含量较多，有些禽畜不能直接吸收利用。这样，就出现了饲料供不应求的局面。
人得消化不良症，吃些干酵母片，就会帮助消化，增进食欲。香甜的美酒，也是酵母菌在果汁、粮食中发酵而成的，酵母菌广泛分布于自然界，特别是在葡萄及其他蔬果中更多。
酵母菌是一种真菌，个儿很校它的形状有圆球形、椭圆形、卵形、柠檬形和腊肠形等，内有细胞核、液泡和颗粒体物质。酵母菌是重要的发酵微生物，能分解碳水化合物，产生酒精和二氧化碳。它通常是出芽繁殖，有的用分裂和子囊孢子来繁殖。酵母菌的种类也很多，在生产上利用的有啤酒酵母菌、酒精酵母菌、饲料酵母菌、石油酵母菌等。通过菌体的综合利用，可提炼出一些特殊的药品：凝血质、麦角固醇、卵磷脂、辅酶甲和细胞色素丙等。
这种石油酵母蛋白作为家禽、家畜的蛋白质补充饲料，每吨可以增产半吨猪肉或一吨半鸡肉。
从石油中制取蛋白质的代价不如从甲醇中生产蛋白质便宜。在用甲醇生产蛋白质时，会得到供养60％以上蛋白所用的酵母。它可以极好地补充动物的食品，营养价值像鱼粉、豆粉那样丰富。而甲醇则可从木材、煤炭中来制龋把饲料酵母菌接种到饲料中去，通过酵母菌的发酵作用，就会提高各种营养物质的含量，使蛋白质大大增加，糖化酶、脂肪酶、矿物质、激素和各种维生素也相应增多。玉米、甘蔗、马铃薯和各种麦类等是酵母发酵的好原料，而那些工厂的造纸废液、木屑水解液以及农作物下脚（玉米芯、麦秸等）的水解液，现在也可用作酵母饲料的原料。法国干酪制品厂用一种原是废物的乳清，从中制取6000吨酵母，并作为饲料销售。
由此可见，微生物有着取之不劲用之不竭的能迅速生长的原料来源。
而微生物的繁殖率很高，就不难想象广泛使用微生物所产生的结果。如果说，重500公斤的一头牛，每天长肉半公斤，而酵母菌在同样的时间内，可使蛋白质的重量增长几百倍。在一公顷土地上，一年出产的大麦可收到蛋白质300公斤，如果用酵母菌来生产相同数量的蛋白质，只需在25平方米的发酵桶内用半天时间就成了。
人类是怎样寻找新的菌种的
大自然中有许多具有“特异功能”的细菌，但它们“隐姓埋名”，躲藏在地球的各个角落里，要找到它们，得付出艰苦的努力。一些优良菌种的发现往往具有偶然性，但它又是人类辛勤工作的必然结果。让我们举一个例子来说明这个问题。
现在不少发电厂采用原油（也就是未经炼制的石油）作为燃料来发电，由于原油的产地不同，它们含有的杂质也不同，有一些原油含硫量很高，在使用中会严重损坏发电厂的锅炉设备。为了给原油脱去硫化合物的杂质，科学家正在寻找各种各样的方法。他们的目标往往是硫矿附近的土壤：先从土壤中分离出许多单个细菌，然后在实验室中比较它们“吃”硫的本领，“择优录用”。在书本上读起来，这类工作很有趣味，但在实践中，却是一种重复性极强、又很单调的工作。正是千千万万科学工作者默默无闻的工作，人们才得到了越来越多的优良菌种。
选择优良菌种还有另一种重要的办法，这就是变异。我们知道，细菌“吃”什么原料，“生产”什么产品，是由它的遗传特性决定的，也就是由带有细菌遗传特性的物质——基因来决定的。基因是一类称为脱氧核糖核酸（简称为DNA）的物质，就是它们，决定了“种瓜得瓜，种豆得豆”，决定了“老鼠生儿打地洞”。在正常的环境中，遗传基因是比较稳定的，但在特殊的环境中，如由于辐照或某些化学物质的影响，基因的结构也会发生突变。这种变异会引起细菌代谢特征的变化，这种变化，可能对人类有益，例如，增加味精发酵中谷氨酸的生成率；也可能对人类不利，例如，降低味精发酵中谷氨酸的生成率。
为了找到对人类有益的变异菌种，科学家正利用一些特殊的条件，进行细菌变异的研究，如用射线来辐照某种菌种，使其产生变异，然后再对变异后菌种的特征进行比较研究，从中选出优良的变种。这是一条漫长的不平坦之途，这其中还会有许多谜等待着科学家去破解。
生物医学材料
生物医学材料又称生物材料，其研究与开发始于本世纪30年代，在近20年内得到了飞速发展。它已被许多国家列为高技术新材料发展规划，并迅速成为竞争激烈的世界性高技术关键新材料的重要领域之一；它对于人类的健康生活和国家的经济及社会和谐发展，均具有重要意义。
生物医学材料的特点
正如建房子需要水泥和钢筋一样，当患者的组织和器官发生病变、引起损伤或衰竭需要治疗时，医生往往希望有合适的材料能够仿制或替代这些组织和器官，这类材料即是生物医学材料。确切地说，生物医学材料是一类对人体细胞、组织和器官具有增强、替代、修复和再生作用的新型功能材料。
从研究内容上看，生物医学材料研究涉及材料学、生物学、医学、药学、物理学和化学等学科。一方面，生物医学材料的发展不断地丰富和促进了这些学科的发展；另一方面，正是由于这些学科知识的横向渗透、互相借鉴并逐渐突破旧有学科的种种限制，才加速了生物材料学科的形成。
从材料种类上看，目前人类社会使用着数以亿计的各种材料，但生物医学材料只有数百种，这是因为生物医学材料有一些特殊的要求。
概括起来说，生物医学材料有三个基本要求：首先是生物相容性，即要求材料在使用期间内，同机体之间互不产生有害作用。这是生物医学材料最基本的要求，也是其区别于其他功能材料的最主要的特点。实际上，绝对意义上的生物相容性是不存在的。一方面，生命是一个封闭的自协调平衡系统，对外来异物的“入侵”有一种天然本能的免疫排斥作用；另一方面，任何材料都会在一定程度上破坏生命系统的原有平衡而引起机体的不适反应。因此，实际上的生物相容性是指材料和机体之间所能发生不良作用的程度限制在双方能够“容忍”的范围内。
其次，材料必须能够在生理环境的约束下发挥一定的生理功能，常称之为生物功能性。如人工代骨材料必须具有一定的力学性能，以保证代骨材料的承载功能。因此，人工关节的首选材料仍是高强韧性的医用金属材料。膜透析材料必须对生物分子具有选择性透析功能。人工眼角膜材料要有一定的透光性和润湿性等。
最后，材料还必须具有一定的可靠性。即材料在人体使用期间内必须确保不出问题，人体部件不能像机器一样任意拆卸检修。生物医学材料本身是为人类生命健康服务的，如果在使用期间没有绝对的可靠性，则往往会成为引狼入室的“杀手”。当然，生物材料随使用部位的不同，还有一些特殊性要求。尽管存在这些极为苛刻的限制，但经过人类数千年来不懈的努力和筛选，我们还是拥有了一定数量的生物医学材料。
生物医学材料的分类
生物医学材料的品种繁杂，临床应用的要求各种各样。从认识和管理来说，目前所使用的所有生物医学材料可按多种标准进行分类。例如，按用途可以分为牙科材料、骨科材料、心血管材料、手术缝线材料、组织粘合剂、血液代用品材料、药物或药物传递材料等；根据材料来源可以分为同种组织器官移植材料、异种器官移植材料、天然或改性生物材料、人工合成材料等；按材料在人体内使用期限和接触情况又可分为永久性（长期）植入材料和一次性医疗用品材料等。常见的分类方法是根据材料本身的性质分为医用金属材料、医用高分子材料、生物陶瓷材料和医用复合材料四大类。
医用金属材料主要适用于人体硬组织的修复和置换，有钴基合金、不锈钢、钛及钛合金、贵金属系、形状记忆合金、金属磁性材料等七大类。医用金属材料的显著特点是具有较高的强度和韧性，加工性能好，工艺成熟稳定可靠，广泛用于齿科充填、人工关节、人工心脏、磁疗、放射疗法、药物载体、生殖控制等。
生物陶瓷材料是近年来得到较快发展的一类生物材料，应用范围与医用金属材料类似。根据材料本身的性质可分为三类：一类是生物体内近于惰性的生物材料，如氧化铝（纯刚玉）陶瓷材料、碳素材料等；第二类称为生物体内可控表面活性材料，如生物玻璃陶瓷、羟基磷灰石等；第三类是生物体内可吸收的生物材料，如磷酸钙系可吸收材�
