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美生物学家发现发光细菌可充当水域污染指示剂

来源:环保新闻网|上海市环境保护产业协会(沪环协)官方网 作者:环保新闻网|上海市环境保护产业协会(沪环协)官方网 发布时间:2012-05-06 查看次数:3039

据报道,美国海洋生物学家伊迪丝·维德尔经研究发现,可发出荧光的细菌能够充当水域的污染指示剂。在实验室,维德尔将印第安河泻湖的沉积物样本与一种名为“费氏弧菌”的发光细菌混合在一起,而后利用光度计测量费氏弧菌在有毒化学物质影响下所发光线变暗的程度和速度,进而快速确定有毒物质的浓度。与测量水中的化学物质相比,测量沉积物中的污染物水平能够进一步了解印第安河泻湖的健康状况。

发光细菌建功

维德尔是一位享誉世界的海洋生物学家,在近30年的职业生涯中,她曾经数百次潜入深海,研究能够发出荧光的海洋动物的数量和多样性。这种发光现象被称之为“生物发光”,在海洋世界非常普遍,有近90%的动物具有这种能力。维德尔表示:“发光是动物的一种生存本领,帮助它们寻找食物,吸引异性和躲避捕食者。”海洋中没有可供躲藏的树木或者灌木丛,可生物发光的动物利用光线吸引体型更大的捕食者,攻击它们的敌人。

经过研究,维德尔发现一种方式,可利用生物发光现象对抗印第安河泻湖的污染。这个泻湖位于美国佛罗里达州,是一个156英里(约合250公里)长的河口湾,同时也是佛州最宝贵并且面临威胁的生态系统。在自 己的实验室,维德尔将沉积物样本与一种名为“费氏弧菌”的发光细菌混合在一起,而后利用光度计测量费氏弧菌发出的光线。通过观察沉积物中的有毒化学物质杀死细菌过程中导致光线变暗的程度和速度,维德尔能够快速确定有毒物质的浓度。她指出,与测量水中的化学物质相比,测量沉积物中的污染物水平能够进一步了解印第安河泻湖的健康状况。“水中的污染物是暂时的,沉积物中的污染物则是永久性的。”

成本更低 速度更快

维德尔经研究发现,印第安河泻湖中磷和氮等重金属和肥料浓度较高,这些物质可刺激藻类生长,甚至达到失控程度。疯狂生长的藻类大肆消耗泻湖中的氧,导致其他生物窒息。研究过程中,维德尔设计了传感器并安装在泻湖周围,用于实时获取有关水流和流向的数据。通过将这些数据与有关沉积物毒性的发现结合在一起,她能够追踪污染源头。这种方式要比更传统的取样交付实验室分析成本更低,同时更为快速。

当地环保组织“印第安河守护者”执行理事乔治·琼斯表示:“维德尔的研究成果拥有巨大的潜在价值。”虽然其他组织也对印第安河泻湖进行监测,但只有维德尔利用发光细菌作为一种污染指示剂,此外,她开发的系统也率先实现实时监测。加利福尼亚州蒙特利湾水族研究所资深科学家布鲁斯·罗宾逊表示:“维德尔身上有很多引人注目的东西,她是我见过的最懂技术的生物学家。”

打造海床摄影机

为了加深对深海动物的了解,维德尔研制了被称之为“海中之眼”的海床摄影机,利用绝大多数海洋动物无法看到的红光。借助于一个旋转的LED灯转盘,“海中之眼”摄影机将动物吸引过来。这个转盘用于模拟发光水母Atolla wyvillei发出的光,起到遇险信号的作用。遇到捕食者攻击时,Atolla wyvillei利用光线吸引体型更大的捕食者,攻击它们的敌人,而后趁机逃走。

2004年6月,“海中之眼”首次在墨西哥湾进行测试,在发光后不到一分半钟,便有一条6英尺(约合1.82米)长的鱿鱼游向摄影机。在此之前,科学家从未见过这种鱿鱼。维德尔说:“没有什么能够比这更能证明‘海中之眼’的作用了。”2009年12月,另一架“海中之眼”被安装在加州沿岸蒙特利峡谷水下3000英尺(约合914米)处,共服役了一年时间。在此期间,这架摄影机拍摄了大约5300个小时的影像。很多研究人员和研究生在蒙特利湾水族馆对影像进行研究,最后发现大量此前未知的深海动物行为。维德尔计划于2012年3月在巴哈马海域部署“海中之眼”,通过模拟水母发光的LED灯转盘吸引深海鲨鱼,进而研究这种鲨鱼的行为。

维德尔现年60岁,毕业于塔夫斯大学,而后在加州大学圣芭芭拉分校获得生物化学硕士学位和神经生物学博士学位。她曾在皮尔斯堡的海洋学研究所港口分所工作16年,由于表现出色,晋升为高级研究员,还曾担任生物发光部门负责人。

锁定污染热区

2005年,维德尔离开港口分所。在看到美国海洋政策委员会有关世界海洋健康状况堪忧的报告之后,她成立了海洋研究与保护协会(ORCA)。2006年,维德尔获得麦克阿瑟基金会提供的一笔资金,用于实施印第安河泻湖的污染监测计划。经过检测,她发现了泻湖内的一些“污染热区”,污染程度危急多达4200种动植物种群的生存。研究显示,虽然并不像海豚和海牛一样是当地的偶像级动物,但东部牡蛎等动物对泻湖生态系统的健康同样重要。

很久以前,科学家就意识到印第安河泻湖存在的污染问题,当地的房地产和商业开发导致水质不断下降,栖息地也呈减少趋势。维德尔的研究为已经掌握的泻湖污染情况增加了一条“视觉信息”,帮助科学家确定哪些热区最需要获得关注。她说:“通过让污染状况可视化,同时让人们意识到哪些小小的改变能够改善泻湖环境,我相信这项技术能够带来巨大改变,扮演游戏规则颠覆者的角色。”

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