泰坦尼克號殘骸正被"吃光" 很快將徹底消失？
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出品︱本站科學人欄目組
有些報道暗示，由於受到微生物侵蝕分解，泰坦尼克號可能在20年內徹底消失。但另一方面，有些細菌可能正幫助保護這艘沉船，不至於讓它在短期內腐爛崩解。
當泰坦尼克號於1912年開始其處女航時，沒人能預測到這艘華麗的遊輪會變成如今的模樣：鏽跡斑斑地躺在安靜的大西洋海底。但在其命運多舛的大西洋之旅100多年後，這艘遊輪依然保留下許多殘骸。然而，科學家們認爲，在幾十年內，這艘巨輪可能什麼都剩不下，徹底在世界上消失。因爲有一些專門以吃鐵殼爲生的細菌，正慢慢將泰坦尼克號“吃光”。
美國羅德島大學海洋學家羅伯特·巴拉德（Robert Ballard）於1985年發現泰坦尼克號殘骸。鮮爲人知的是，當時巴拉德當時正參與美國海軍的一項秘密任務，幫助確定兩艘在冷戰期間沉沒的美國核潛艇殘骸的位置，而泰坦尼克號只是他們偶然發現的產物。當時，它正好在兩艘核潛艇殘骸之間被發現。
泰坦尼克號最初被發現時，它保存的相當完好。位於水面3800米之下，缺少陽光照射和巨大的水壓，導致那裡不適合大多數生命生存，這減緩了它受腐蝕的速度。然而30年後，由於受到以咀嚼金屬爲生的細菌侵蝕，泰坦尼克號的船殼已經消失。有些研究人員預測，這艘沉船很可能在14年內徹底消失。
圖：泰坦尼克號在處女航時撞上冰山沉沒
那麼，這種正吃掉泰坦尼克號的細菌到底爲何方神聖？我們的故事始於1991年，當時加拿大達爾豪西大學的科學家收集鏽跡形成的、類似冰柱的鏽衣樣本，它們就懸掛在沉船上。研究人員將它們帶回實驗室，發現它們似乎屬於生命體。但是直到2010年，由達爾豪西大學科學家亨利埃塔·曼恩（Henrietta Mann）領導的另一個團隊，才最終確認了這種生命體到底是什麼。
曼恩等人分離出一種細菌，然後發現了一門全新學科。曼恩和同事們以泰坦尼克號爲其命名，取名Halomonas titanicae。這種細菌可在地球上大多數生命形態完全不適合生存的環境中存活，即沒有光線、壓力巨大的深水中。但它具備驚人的能力，甚至可生活在其他極端環境中，比如鹽沼。在這種環境中，由於不斷蒸發，水會急劇減少，鹽度則會大幅上升。而Halomonas titanicae可以根據環境進化，以應對不同的問題。
如果細胞所處的環境鹽度太高，水就會從細胞中擠出來，導致細胞萎縮、崩潰和死亡。可是，鹽分太少也可能引發致命影響。舉例來說，血細胞放入純水中，會因“洪水氾濫”而破裂。這些現象之所以會發生，是由水的特性決定的，水傾向於從高濃度區向低濃度區移動，這種現象被稱爲滲透。
圖：Halomonas titanicae也經常在鹽沼中被發現
這意味着什麼？鹽、糖以及其他小分子都會在水中溶解，堵塞和佔用空間。這意味着，水本身的空間就會減少。當這些低水區與純水接觸時，水就會涌入以恢復平衡。這就像在冬天時，當你打開房門時，熱空氣會衝出房間一樣。由於細胞膜是透水的，這意味着所有的生命形態對內部和外部鹽度水平變化都非常敏感。
爲了阻止細胞破裂或萎縮，許多物種會產生像糖、氨基酸這樣的化合物，以保持細胞內外物質濃度相對穩定，比如阻止水大量涌入或大量流出。可是，並沒有太多微生物擁有Halomonas titanicae那樣的能力。法國勞厄-朗之萬學院的喬·扎開（Joe Zaccai）曾參加一個國際科學家團隊，分析細菌如何在極端環境中生存。他們發現，Halomonas titanicae利用名爲四氫嘧啶的分子，保護其不受滲透壓力的影響。
扎開說：“如果一個細胞能在鹽度波動的環境中生存，它必定存在某種特殊能力，可以調節其內部溶液的濃度。Halomonas titanicae可以產生四氫嘧啶，以抵消外部的滲透壓力。當外部鹽度波動時，其內部濃度也會隨之變化。”換言之，水的鹽度越高，細菌細胞內部產生的四氫嘧啶越多，以便阻止外部水滲透到細胞內部。然而，對於有機體來說，這種調節也非常危險。細胞內積累的物質越多，進入水分子的物質越多，從而破壞了水的獨特性。
圖：Halomonas titanicae可在高鹽度環境中生存
對於生命來說，水之所以如此重要，是因爲水是原子之間的連接鍵（或稱氫鍵），充當溶劑的作用。其他化學物質可溶解在水中，或產生反應。生命的反應需要在溶劑中發生，這也是爲何我們的細胞總是沐浴在液態水中的原因。此外，RNA、DNA、負責執行細胞日常工作的蛋白質和酶以及賦予它們結構的膜等，都需要在水的包裹下才能發揮作用。
這層水被稱爲“水化殼”，對於維持蛋白質正確摺疊非常重要。如果這個過程被打斷，蛋白質就會分解或分離，進而導致細胞死亡。研究顯示，Halomonas titanicae細菌顯然能夠在細胞內積累非常多的四氫嘧啶，最多可佔微生物質量的20%，而分子必須以某種方式保留水的重要屬性。
爲了解開這個謎題，扎開領導的研究團隊用中子束轟擊這種細菌。通過觀察微生物細胞膜和蛋白質中原子的中子反彈產生的分散模式，科學家們能夠觀察到分子和原子水平上的結構。世界上只有甚少的地方適合進行此類實驗，勞厄-朗之萬學院是世界上少數幾個中子研究中心之一。扎開說：“通過觀察中子如何以不同的方式分散，我們成功確定了四氫嘧啶在蛋白質和細胞膜中的行爲，更重要的是，也確定了其在水中的行爲。四氫嘧啶並非進行干預，而是增強對於生物來說必不可少的水的溶解性。”
圖：靜靜躺在大西洋海底的泰坦尼克號殘骸
事實證明，無論有多少四氫嘧啶溶解在細胞內，包圍蛋白質和細胞膜的水層中依然是百分之百的純水，這可保證細胞的新陳代謝功能正常。這是因爲，當四氫嘧啶與水形成氫鍵時，它會形成更大的簇，不適合附在蛋白質和細胞膜表面上，爲此只能存在於純水中。
對Halomonas titanicae的初步調查顯示，它能在最少相當於自身體重0.5%的水中生長，也可在最多相當於自身體重25%的水中生存，儘管它的最佳生存濃度爲2%到8%之間。可是，現在依然不清楚，這種耐鹽性是否有助於其在沉船上生存。
Halomonas titanicae不是唯一喜歡在沉船中生存的細菌，還有許多微生物棲息在海底的沉船中。它們很快在沉船表面上形成粘膜（即生物膜），這些生物膜就像珊瑚、海綿以及軟體動物的天堂，反過來又會吸引更大的動物。沉船很快就會變成人工礁石，成爲衆多生命的家園。
圖：Vioska Knoll號沉船躺在墨西哥灣中
古代木質沉船也受到以吃木料爲生的細菌侵蝕，就像現代鋼鐵巨輪受到Halomonas titanicae這樣的細菌襲擊一樣。Halomonas titanicae最終可能毀掉泰坦尼克號，但這些細菌實際上也在保護沉船免於快速腐爛。這也是爲何許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世紀。
2014年，來自美國海洋能源管理局的科學家進行了迄今爲止最深的海洋調查，研究那些沉船上的微生物。他們研究了墨西哥灣北部海底的8艘沉船，包括可追溯至17世紀和19世紀的木殼船，還有3艘二戰時期被德國潛艇擊沉的鐵殼船。科學家們發現，造船所用材料是決定依附沉船上微生物種類的決定因素。木船上主要是以木材爲生的細菌，鐵船上則以喜食鐵的細菌爲主。令人感到驚奇的是，儘管這些細菌以沉船爲食，但它們實際上卻在保護沉船腐爛。
圖：沉沒遊艇Anona殘骸
領導此次探險的佛羅里達州立大學海洋考古學家梅勒尼·達莫爾（Melanie Damour）說：“從本質上說，不論是木質船還是鐵質船，一旦它們沉入海底，立即就會被以它們爲食的微生物覆蓋。最初，沉船由於接觸海水，將會開始腐爛。但是隨着微生物依附在沉船上，它們開始形成生物膜，在船體和海水之間形成保護層。如果你看到過鏽跡斑斑的沉船，你會發現其最初會腐爛，隨後會形成生物膜。”
這意味着，任何機械性撞擊，比如有鐵錨拖拽過沉船，都會打破保護外殼，導致金屬暴露在海水中，從而加速腐爛。實際上，不僅僅是機械撞擊會加速沉船腐爛。2010年深水地平線號發生事故，導致數百萬加侖石油泄漏在墨西哥灣中，許多石油沉入深海。研究人員發現，這些漏油也會加速這些沉船的腐爛速度，因爲它會殺死保護沉船的細菌。
圖：墨西哥灣海底沉船
達莫爾說：“在數百萬年的進化過程中，每種細菌、真菌、微生物都有特定功能。硫酸鐵還原菌可依附在鋼鐵沉船上，其他細菌可能喜歡構成石油的碳氫化合物，因此在2010年漏油事件後突然呈現爆發式增長。可是我們發現，並非所有微生物都能應對石油或化學品泄漏的影響，有些時候甚至會因此受到致命威脅。即使4年之後，漏油依然存在於環境中，並對保護沉船的細菌和生物膜產生破壞性影響，導致沉船腐爛加速。”
這項發現令人感到震驚，因爲僅在墨西哥灣海底，就有2000多艘沉船，包括16世紀的西班牙沉船、二戰時期的潛艇殘骸等。這些沉船都是擁有重要歷史意義的紀念碑，爲我們提供了有關過去的獨特洞見。此外，它們也爲許多深海生命提供了家園。
但是最終，這些沉船（包括泰坦尼克號）都將被完全“吃光”，無論是被以金屬爲食的細菌吃掉還是被海水腐蝕。泰坦尼克號上的鋼鐵最終會被納入海洋動物和植物體內，並以另外一種方式“重生”。（小小）