我們無法踏入的“生命禁區”，它們卻在這裏頑強生活_風聞

在自然界中，有些環境是普通生物不能生存的，如高温、低温、高酸、高鹼、高鹽、高壓、高輻射等。

然而，即便是在這些通常被認為是生命禁區的極端環境中，仍然有些微生物在頑強的生活着，我們將這些微生物叫做極端環境微生物或簡稱為極端微生物。

今天，讓我們來認識一下這些生命力頑強的小傢伙們吧。

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嗜冷菌

在地球的南北極地區、冰窖、終年積雪的高山、深海和凍土地區，生活着一些嗜冷微生物。專性嗜冷菌適應在低於 20℃ 以下的環境中生活，高於 20℃ 即死亡。

南極冰山。圖庫版權圖片，不授權轉載

有一種專性嗜冷菌，在温度超過 22℃ 時，其蛋白質的合成就會停止。

專性嗜冷菌的細胞膜內含有大量的不飽和脂肪酸，而且會隨温度的降低而增加，從而保證了膜在低温下的流動性，這樣，細胞就能在低温下不斷從外界環境中吸收營養物質。

兼性嗜冷菌生長的温度範圍較寬，最高温度達到 30℃ 時還能生活。嗜冷微生物是導致低温保藏食品腐敗的根源。

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嗜熱菌

嗜熱菌俗稱高温菌，廣泛分佈在温泉、堆肥、地熱區土壤、火山地區以及海底火山地等。兼性嗜熱菌最適宜生長温度在 50~65℃ 之間，專性嗜熱菌最適宜生長温度則在 65~70℃ 之間。

在冰島，有一種嗜熱菌可在 98℃ 的温泉中生長。在美國黃石國家公園的含硫熱泉中，曾經分離到一株嗜熱的兼性自養細菌——酸熱硫化葉菌，它們可以在高於 90℃ 的温度下生長。近****年來，這種細菌已受到了廣泛重視，可用於細菌浸礦、石油及煤炭的脱硫。

地熱區。圖庫版權圖片，不授權轉載

在一些污泥、温泉和深海地熱海水中，生活着能產甲烷的嗜熱細菌，生活的環境温度高，鹽濃度大，壓力也非常高，在實驗室很難分離和培養。

嗜熱真菌通常存在於堆肥、乾草堆和碎木堆等高温環境中，有助於一些有機物的降解。

在發酵工業中，嗜熱菌可用於生產多種酶製劑，例如纖維素酶、蛋白酶、澱粉酶、脂肪酶、菊糖酶等，由這些微生物中產生的酶製劑具有熱穩定性好、催化反應速率高，易於在室温下保存。

近年來，嗜熱菌研究中最引人注目的成果之一就是將水生棲熱菌中耐熱的 Taq DNA 聚合酶用於基因的研究和遺傳工程的研究以及基因技術的廣泛應用中。

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嗜酸菌

嗜酸菌分佈在酸性礦水、酸性熱泉等地區。其中，嗜酸硫桿菌是一種能進行化能自養和化能異養生長的細菌，最適生長 pH 值在 3.0~3.5 之間的環境中。

如氧化硫硫桿菌在 pH 值低於 0.5 的環境中仍能存活，專性自養嗜酸的氧化亞鐵硫桿菌能氧化硫和鐵，併產生硫酸，這兩種細菌都是極端嗜酸菌。

冰島熱泉。圖庫版權圖片，不授權轉載

在酸性環境中，還生活着一些嗜酸嗜熱的芽嗜酸硫桿菌，在 60~65℃、pH3~4 的條件下，生長速率達到最大。這種細菌能利用碳水化合物或氨基酸作為營養源。

同樣在酸熱環境中生長繁殖的還有一種微生物，它叫做嗜酸熱原體，最適生長温度為 59℃，最適 pH 為 2 左右，無細胞壁，對營養要求相當複雜，必須利用酵母膏作為營養基質，還必須有天然的有機營養才能生長。

此外，在酸性環境中，還生活着許多嗜酸的真核微生物，如橢圓酵母、紅酵母等。有一種頭孢黴，需要在濃度為 10% 以上的硫酸中生長，並要求培養基中含有 4% 的硫酸銅，它是迄今發現的抗酸能力最強的微生物。

多年來，嗜酸細菌被廣泛用於銅等金屬的細菌浸出。另外，人們也在嘗試利用硫桿菌分解磷礦粉，通過提高其溶解度來增加磷礦粉的肥效。

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嗜鹼菌

在鹼湖及一些鹼性環境中，甚至在一些中性環境中，可分離出嗜鹼微生物。專性嗜鹼微生物可在 pH11~12 的條件下生長，但在中性 pH 條件下卻不能生長。例如巴氏芽孢桿菌、嗜鹼芽孢桿菌等細菌即是如此。

鹼灘。圖庫版權圖片，不授權轉載

在高pH的鹼水泉中，曾分離出一種黃桿菌，它在 pH11.4 的條件下生長良好。

在石灰湖出現富營養化的水體中，許多藍細菌也是嗜鹼菌，它們最適的生長 pH 值在 9~10 之間，有一種藻類甚至能在 pH13 的強鹼條件下生長，這是迄今發現的抗鹼值最高的微生物。

近年來，人們還發現了嗜鹼的能進行光合作用的細菌。嗜鹼菌在發酵工業中，可作為許多種酶製劑的生產菌。例如嗜鹼芽孢桿菌產生的彈性蛋白酶適宜作用彈性蛋白，而且在高 pH 條件下裂解該種蛋白質的活性可以大大提高。

由嗜鹼細菌產生的蛋白酶具有鹼性條件下催化活力高、熱穩定性強等優點，常作為洗滌劑的添加劑。

還有由嗜鹼芽孢桿菌產生的木聚糖酶能夠水解木聚糖產生木糖和寡聚糖，因此可用來處理人造纖維廢物，而鹼性β甘露聚糖酶降解甘露聚糖產生的寡糖可作為保健品的添加劑。

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嗜鹽菌

嗜鹽菌通常分佈在曬鹽場、鹽湖、醃製品中以及世界上著名的死海中。嗜鹽菌能夠在鹽濃度為 15%~20% 的環境中生長，有的甚至能在 32% 的鹽水中生長。

**極端嗜鹽菌有鹽桿菌和鹽球菌，屬於古菌。**鹽桿菌細胞含有紅色素，所以在鹽湖和死海中大量生長時，會使這些環境出現紅色。

一些嗜鹽細菌的細胞中存在有紫膜，膜中含有一種蛋白質，叫做細菌視紫紅質，能吸收太陽光的能量。

鹽沼。圖庫版權圖片，不授權轉載

嗜鹽菌能引起食品腐敗和食物中毒，副溶血弧菌是分佈極廣的海洋細菌，也是引起食物中毒的主要細菌之一，通過污染海產品、鹹菜、烤鵝等致病。

但它們其實也在很多領域做出了貢獻——嗜鹽菌可用於生產胞外多糖、聚羥基丁酸（PHB）、食用蛋白、調味劑、保健食品強化劑、酶保護劑、計算機存儲器等，還可用於海水淡化、鹽鹼地改造利用以及能源開發等。

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嗜壓菌

在海洋深處以及深油井中，還分佈着一些嗜壓微生物，它們生存的環境中壓力達一千多個大氣壓，在常壓下它們卻是不能生存的。有人曾經在太平洋靠近菲律賓的 10897 米深的海底分離到嗜壓的細菌。

耐高温和厭氧生長的嗜壓菌有望用於油井下產氣增壓和降低原油粘度，藉以提高採收率。

圖庫版權圖片，不授權轉載

想不到吧，在那些寸草不生的“不毛之地”，其實還生活着這些肉眼難見的微生物。

不僅如此，或許有一天，在科研人員們的巧思下，這些堅強的小傢伙們還能成為我們的小幫手哦！

出品｜科普中國

作者｜觀世入微團隊

監製｜中國科普博覽

 

選送單位：中國科學院計算機信息網絡中心

 

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