“小儿虽小威力大”

第四节　“小儿虽小威力大”

人类的发展经历了石器时代，并在寻找石器的过程中认识了矿石，开创了冶金技术。并一步步从“青铜器时代”到“铁器时代”。制钢工业的飞速发展，成为18世纪产业革命的重要内容。随着科学技术和工业生产的进一步发展，探矿和采矿成为重要的一环。大家印象中探矿过程总是一队队身背挎包手拿小铁镐的探矿队员们餐风露宿，跋山涉水的形象。现在人们找到了一些好帮手，人们发现在一些特定的金属矿周围总生长着特定的植物，通过这些植物或是测定植物中的某些金属含量即可知道这里富含有什么矿藏。这样就大大减轻了探矿的劳动量，也提高了可靠性。

至于采矿和提炼金属，微生物更是大显身手。例如在铜的提取过程中，一般是把矿石磨碎后把含铜量高的矿石与含铜量低的矿石分开，选出来的叫精矿，再把它高温熔化，回收率很高，但是成本也非常高。如果矿石含量低时，别的方法都行不通，只有微生物沥滤法可以胜任。有种微生物可以把矿石中的硫化铜的铜游离出来，通常使用的一种叫氧化亚铁硫杆菌。人们只需将水洒在矿石上，空气中的氧和矿石中的酸性离子溶于水，供给氧化亚铁硫杆菌充足的营养，它们不断地繁殖，并把硫化铜氧化成铜和硫酸。然后再用电解法把沥取液中的铜置换出来。用于核工业的重要原料铀，加拿大、前苏联和印度也是用沥取法来大规模提取的。

微生物除了能从矿石中提取金属外，还能从工业废水、海水中提取金属。微生物细胞的细胞膜上含有负电荷，正好吸附带正电荷的金属离子。用微生物处理工业废水，既可回收金属，又可净化处理废水，一举多得。除了与工业有很大关系外，微生物采矿也与人们的生活息息相关。我们平常所用的煤中就有含硫量高的煤，燃烧起来既有害健康也污染环境。如果利用细菌除去硫，就将大大地改善状况，还有的人利用细菌从硫化银溶液中回收银，或是用哈萨克斯坦细胞从砷金砂中提取金。科学家还利用一种生物技术在哺乳动物身上培育能与金、银、铅相结合的蛋白质，并利用此蛋白质来回收贵金属。

与微生物采矿相比，利用微生物工程技术来生产新的、更适应人类要求的、无污染可分解的新材料更能显示微生物的威力。

1930年，德国物理化学家斯陶丁格经过10年研究认为，高分子物质是由具有相同化学结构的单体经过化学反应连接在一起的。对于他的这一观点，同行们从反对到认同，直到1953年瑞典皇家科学院授予他诺贝尔化学奖，从而建立了高分子科学概念。高分子材料能适合工业和人民生活各方面的需要，原料丰富，适合现代生产，不受地域、气候限制，因此已经成为国民经济和国防建设中的基础材料之一。

在众多的高分子材料中，生物高分子材料是其中最灿烂夺目的一颗明珠。因为其具有如下特点：①对环境污染极小或无污染；②能回收利用；③排放在环境中能溶化分解；④节约能源。对于用于生物体内或体表的生物材料还具有耐疲劳、耐磨损、与生物组织相容性好、不分解、不排斥、不致癌等特点。

欧、美、日本等国家很早就开始了这方面的研究。其中英国帝国化学工业公司利用微生物合成的聚羟基丁酸塑料、日本研制的含有70%淀粉的新型塑料已具有生物塑料的特点，可用来制作一次性生活用品、轮胎等塑料制品。另外有一种木醋杆菌用葡萄糖形成的纤维素可用作人造皮肤、手术缝线、高档耳机材料、高级纸张等。用途广泛，还有比钢丝强度大5倍的蜘蛛丝蛋白，用于水果保鲜的壳聚糖……总之，生物材料已深入到我们的各行各业和日常生活的方方面面。

面对生物新材料的远大前景，美国麻省理工、马里兰、加州大学等一系列著名大学和一些大公司纷纷投入巨资研究开发。日本通产省、农业水产厅、科学技术厅和三菱、日立、川崎、富士通等政府部门和企业财团相继设立相关课题，法国、俄罗斯、印度、泰国、韩国、澳大利亚也不甘落后，用于这方面投资研究开发的项目众多。

目前进展较快的有以下几个方面：

利用细菌生产易降解的塑料类产品；

利用基因工程把厌氧产碱杆菌中的合成基因克隆到大肠杆菌中去，构建“工程菌”；

构建“工程植物”使生物材料产品像淀粉那样在植物细胞中累积。

从上面可以看出，生产生物聚合物不仅仅是对传统工业的继承，更是一种挑战，它们的研究与开发，其产品进入商业化，是当今社会发展的必需，也是保护环境的一项有效措施。这是一项“朝阳工业”，其实用性与社会效益性使之成为今后发展的必然趋势。