石生微生物的生态学意义
广义上,石生生态系统附属于岩石圈(陆地表层)生态系统。它参与着岩石圈的物质循环过程,并且对气候系统具有重要的反馈作用。例如,生活在海底石生微生物被认为在碳循环和全球变暖中发挥作用,原因是微生物代谢产生的甲烷气体对气候存在潜在影响[35]。
石生微生物在全球分布广泛,而且只要有微生物存在的地方,就会存在以微生物酶促的生物化学反应。因此石生微生物对全球陆地的化学物质循环起着重要作用。同时,石生微生物也具有环境效益。例如,生物修复被污染的矿石和地下水,使水质得到改善。此外,石生微生物还可能负责生物矿化某些重要的经济矿石[36-37]。有关石生微生物参与到全球化学物质循环中的作用、对岩石圈中化学物质转化的贡献还有待进一步研究。
石生微生物对地外生命探索的意义
现代科学研究表明,在地质和地貌类似于地球的星球上可能存在着生命迹象,也就是生命普遍存在于宇宙中[38]。在太阳系中,火星一直是离地球最近且最相似的星球,火星表面的砾石环境与地球寒旱地区的裸岩环境最为相似。很多证据表明,寒旱环境并不适合生物的生存。除了剧烈变化的日温度与寡营养外,高强度的辐射和极度匮乏的水资源都使得生命无时无刻不面临着死亡的挑战。然而,石生微生物的发现,正面证明了生物强大的生存能力。
荷兰科学家Lourens Baas Becking认为,微生物能到达任何一个它们觉得适合繁殖的地方[39]。在如此极端的环境下,岩石提供了适宜的居所。美国科学家Henry Sun提出,它们(石生微生物)不是喜欢待在这样一个又冷又干的地方,只是它们别无选择[40]。假设火星上曾经出现过生命,可想而知,火星微生物在星球变得干旱、强辐射的时候,寻求孤立的岩石微环境作为庇护,是它们最后的生存斗争[41-42]。
石质文物的保护
石质文物是在历史发展过程中遗留下来,具有历史、艺术、科学价值的以天然石材为原材料加工制作的遗物。大到大型石雕石刻及石窟艺术品,小到石刀石斧等小型工具及石钟、石鼓艺术品,是不能再生的极为宝贵的资源[43-44]。然而,石生微生物的定殖不仅严重破环了文物的价值,而且给文物的保护和修复过程带来很大的阻碍,所以针对石生微生物展开文物保护的研究迫在眉睫。
对于石质文物中微生物的处理,根本目的就是杜绝微生物的侵染与扩散。首先考虑消灭发展最好的、破坏能力最强的微生物[45-46]。根据Ascaso的研究推测[47],最理想的方法就是在原位对微生物进行处理,借助显微技术对细胞及其超微结构的改变进行观察,还可以利用叶绿素的荧光检测互补技术揭示光合微生物的生理状态。但是这种方法直接用在文物上是不合适的,可以利用替代物,通过研究石内生微生物的建群过程和机理,为理解石质文物的生物侵蚀过程和机理提供重要线索,为制定防治方案提供更多依据。
本文从生态学、生命学等方面阐述了近年来石生微生物的研究意义,目前仍很多问题需要进一步研究:①石生微生物生态系统的物质循环和能量流动研究较少;②石生微生物的建群机制还不明确;③石生微生物的遗传资源亟待开发。目前,对石生微生物的研究越来越多,研究人员以过去的研究为基础,应用现代分子生物学技术对石生微生物群落做进一步分析。随着各种方法学的进一步完善,人们将逐渐了解极端生态环境中微生物群体多样性及实际的生存状态,为石质文物生物退化的防治及地外生命的探索提供参考。
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