泰坦尼克号残骸正被"吃光" 很快将彻底消失？
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出品︱本站科学人栏目组
有些报道暗示，由于受到微生物侵蚀分解，泰坦尼克号可能在20年内彻底消失。但另一方面，有些细菌可能正帮助保护这艘沉船，不至于让它在短期内腐烂崩解。
当泰坦尼克号于1912年开始其处女航时，没人能预测到这艘华丽的游轮会变成如今的模样：锈迹斑斑地躺在安静的大西洋海底。但在其命运多舛的大西洋之旅100多年后，这艘游轮依然保留下许多残骸。然而，科学家们认为，在几十年内，这艘巨轮可能什么都剩不下，彻底在世界上消失。因为有一些专门以吃铁壳为生的细菌，正慢慢将泰坦尼克号“吃光”。
美国罗德岛大学海洋学家罗伯特·巴拉德（Robert Ballard）于1985年发现泰坦尼克号残骸。鲜为人知的是，当时巴拉德当时正参与美国海军的一项秘密任务，帮助确定两艘在冷战期间沉没的美国核潜艇残骸的位置，而泰坦尼克号只是他们偶然发现的产物。当时，它正好在两艘核潜艇残骸之间被发现。
泰坦尼克号最初被发现时，它保存的相当完好。位于水面3800米之下，缺少阳光照射和巨大的水压，导致那里不适合大多数生命生存，这减缓了它受腐蚀的速度。然而30年后，由于受到以咀嚼金属为生的细菌侵蚀，泰坦尼克号的船壳已经消失。有些研究人员预测，这艘沉船很可能在14年内彻底消失。
图：泰坦尼克号在处女航时撞上冰山沉没
那么，这种正吃掉泰坦尼克号的细菌到底为何方神圣？我们的故事始于1991年，当时加拿大达尔豪西大学的科学家收集锈迹形成的、类似冰柱的锈衣样本，它们就悬挂在沉船上。研究人员将它们带回实验室，发现它们似乎属于生命体。但是直到2010年，由达尔豪西大学科学家亨利埃塔·曼恩（Henrietta Mann）领导的另一个团队，才最终确认了这种生命体到底是什么。
曼恩等人分离出一种细菌，然后发现了一门全新学科。曼恩和同事们以泰坦尼克号为其命名，取名Halomonas titanicae。这种细菌可在地球上大多数生命形态完全不适合生存的环境中存活，即没有光线、压力巨大的深水中。但它具备惊人的能力，甚至可生活在其他极端环境中，比如盐沼。在这种环境中，由于不断蒸发，水会急剧减少，盐度则会大幅上升。而Halomonas titanicae可以根据环境进化，以应对不同的问题。
如果细胞所处的环境盐度太高，水就会从细胞中挤出来，导致细胞萎缩、崩溃和死亡。可是，盐分太少也可能引发致命影响。举例来说，血细胞放入纯水中，会因“洪水泛滥”而破裂。这些现象之所以会发生，是由水的特性决定的，水倾向于从高浓度区向低浓度区移动，这种现象被称为渗透。
图：Halomonas titanicae也经常在盐沼中被发现
这意味着什么？盐、糖以及其他小分子都会在水中溶解，堵塞和占用空间。这意味着，水本身的空间就会减少。当这些低水区与纯水接触时，水就会涌入以恢复平衡。这就像在冬天时，当你打开房门时，热空气会冲出房间一样。由于细胞膜是透水的，这意味着所有的生命形态对内部和外部盐度水平变化都非常敏感。
为了阻止细胞破裂或萎缩，许多物种会产生像糖、氨基酸这样的化合物，以保持细胞内外物质浓度相对稳定，比如阻止水大量涌入或大量流出。可是，并没有太多微生物拥有Halomonas titanicae那样的能力。法国劳厄-朗之万学院的乔·扎开（Joe Zaccai）曾参加一个国际科学家团队，分析细菌如何在极端环境中生存。他们发现，Halomonas titanicae利用名为四氢嘧啶的分子，保护其不受渗透压力的影响。
扎开说：“如果一个细胞能在盐度波动的环境中生存，它必定存在某种特殊能力，可以调节其内部溶液的浓度。Halomonas titanicae可以产生四氢嘧啶，以抵消外部的渗透压力。当外部盐度波动时，其内部浓度也会随之变化。”换言之，水的盐度越高，细菌细胞内部产生的四氢嘧啶越多，以便阻止外部水渗透到细胞内部。然而，对于有机体来说，这种调节也非常危险。细胞内积累的物质越多，进入水分子的物质越多，从而破坏了水的独特性。
图：Halomonas titanicae可在高盐度环境中生存
对于生命来说，水之所以如此重要，是因为水是原子之间的连接键（或称氢键），充当溶剂的作用。其他化学物质可溶解在水中，或产生反应。生命的反应需要在溶剂中发生，这也是为何我们的细胞总是沐浴在液态水中的原因。此外，RNA、DNA、负责执行细胞日常工作的蛋白质和酶以及赋予它们结构的膜等，都需要在水的包裹下才能发挥作用。
这层水被称为“水化壳”，对于维持蛋白质正确折叠非常重要。如果这个过程被打断，蛋白质就会分解或分离，进而导致细胞死亡。研究显示，Halomonas titanicae细菌显然能够在细胞内积累非常多的四氢嘧啶，最多可占微生物质量的20%，而分子必须以某种方式保留水的重要属性。
为了解开这个谜题，扎开领导的研究团队用中子束轰击这种细菌。通过观察微生物细胞膜和蛋白质中原子的中子反弹产生的分散模式，科学家们能够观察到分子和原子水平上的结构。世界上只有甚少的地方适合进行此类实验，劳厄-朗之万学院是世界上少数几个中子研究中心之一。扎开说：“通过观察中子如何以不同的方式分散，我们成功确定了四氢嘧啶在蛋白质和细胞膜中的行为，更重要的是，也确定了其在水中的行为。四氢嘧啶并非进行干预，而是增强对于生物来说必不可少的水的溶解性。”
图：静静躺在大西洋海底的泰坦尼克号残骸
事实证明，无论有多少四氢嘧啶溶解在细胞内，包围蛋白质和细胞膜的水层中依然是百分之百的纯水，这可保证细胞的新陈代谢功能正常。这是因为，当四氢嘧啶与水形成氢键时，它会形成更大的簇，不适合附在蛋白质和细胞膜表面上，为此只能存在于纯水中。
对Halomonas titanicae的初步调查显示，它能在最少相当于自身体重0.5%的水中生长，也可在最多相当于自身体重25%的水中生存，尽管它的最佳生存浓度为2%到8%之间。可是，现在依然不清楚，这种耐盐性是否有助于其在沉船上生存。
Halomonas titanicae不是唯一喜欢在沉船中生存的细菌，还有许多微生物栖息在海底的沉船中。它们很快在沉船表面上形成粘膜（即生物膜），这些生物膜就像珊瑚、海绵以及软体动物的天堂，反过来又会吸引更大的动物。沉船很快就会变成人工礁石，成为众多生命的家园。
图：Vioska Knoll号沉船躺在墨西哥湾中
古代木质沉船也受到以吃木料为生的细菌侵蚀，就像现代钢铁巨轮受到Halomonas titanicae这样的细菌袭击一样。Halomonas titanicae最终可能毁掉泰坦尼克号，但这些细菌实际上也在保护沉船免于快速腐烂。这也是为何许多古老沉船至今依然存在的原因，最早到沉船甚至可追溯到公元前14世纪。
2014年，来自美国海洋能源管理局的科学家进行了迄今为止最深的海洋调查，研究那些沉船上的微生物。他们研究了墨西哥湾北部海底的8艘沉船，包括可追溯至17世纪和19世纪的木壳船，还有3艘二战时期被德国潜艇击沉的铁壳船。科学家们发现，造船所用材料是决定依附沉船上微生物种类的决定因素。木船上主要是以木材为生的细菌，铁船上则以喜食铁的细菌为主。令人感到惊奇的是，尽管这些细菌以沉船为食，但它们实际上却在保护沉船腐烂。
图：沉没游艇Anona残骸
领导此次探险的佛罗里达州立大学海洋考古学家梅勒尼·达莫尔（Melanie Damour）说：“从本质上说，不论是木质船还是铁质船，一旦它们沉入海底，立即就会被以它们为食的微生物覆盖。最初，沉船由于接触海水，将会开始腐烂。但是随着微生物依附在沉船上，它们开始形成生物膜，在船体和海水之间形成保护层。如果你看到过锈迹斑斑的沉船，你会发现其最初会腐烂，随后会形成生物膜。”
这意味着，任何机械性撞击，比如有铁锚拖拽过沉船，都会打破保护外壳，导致金属暴露在海水中，从而加速腐烂。实际上，不仅仅是机械撞击会加速沉船腐烂。2010年深水地平线号发生事故，导致数百万加仑石油泄漏在墨西哥湾中，许多石油沉入深海。研究人员发现，这些漏油也会加速这些沉船的腐烂速度，因为它会杀死保护沉船的细菌。
图：墨西哥湾海底沉船
达莫尔说：“在数百万年的进化过程中，每种细菌、真菌、微生物都有特定功能。硫酸铁还原菌可依附在钢铁沉船上，其他细菌可能喜欢构成石油的碳氢化合物，因此在2010年漏油事件后突然呈现爆发式增长。可是我们发现，并非所有微生物都能应对石油或化学品泄漏的影响，有些时候甚至会因此受到致命威胁。即使4年之后，漏油依然存在于环境中，并对保护沉船的细菌和生物膜产生破坏性影响，导致沉船腐烂加速。”
这项发现令人感到震惊，因为仅在墨西哥湾海底，就有2000多艘沉船，包括16世纪的西班牙沉船、二战时期的潜艇残骸等。这些沉船都是拥有重要历史意义的纪念碑，为我们提供了有关过去的独特洞见。此外，它们也为许多深海生命提供了家园。
但是最终，这些沉船（包括泰坦尼克号）都将被完全“吃光”，无论是被以金属为食的细菌吃掉还是被海水腐蚀。泰坦尼克号上的钢铁最终会被纳入海洋动物和植物体内，并以另外一种方式“重生”。（小小）