泰坦尼克号残骸正被"吃光" 很快将彻底消失？

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出品︱网易科学人栏目组

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。”