科学探索|微生物如何处理环境中的有毒重金属？微生物如何处理环境中的有毒

北京时间7月30日消息，重金属对生物具有一定的毒性，当它们出现在环境中，会对生物体造成严重伤害，但是科学家发现部分细菌已经有了对付这种毒性的方法。
微生物是体型微小的生物体，在地球环境中无处不在，从土壤、岩石到海洋，从最高山脉到最深的海沟，从最炽热的热液喷口到最冰冷的冰川，任何角落都有微生物，它们甚至存在于植物、动物和人类身体之中。微生物朝气蓬勃，可以在任何区域顽强地生存下来，然而，微生物如此快速的生长是具有一定的先决条件的，其中包括含有碳源、氮源、维生素和矿物质的营养物质，它们还需要水分、适当的pH值、适当的盐浓度和氧气条件。
什么是重金属？
重金属是一种无机元素，当其浓度超过某一特定环境的阈值限制时，可能会对生物体产生毒性。但不要混淆矿物质和金属，虽然许多矿物质就是含量较低的金属，但并非所有的金属都是矿物质。
矿物质是具有一定结构和组成的无机复合物，这两个因素对细菌的生长都是至关重要的，从本质上讲，矿物质可以是金属，例如：钾、镁、钙和铁，也可以是非金属，例如：磷、硫和氯，矿物质在生物体机能中经常发挥着生物学作用。
大多数矿物质缺乏生物学作用，当超过一定的阈值浓度时，可能被证明对生物体是有毒的，例如：铅、铬、铜、镉、砷、锌、汞、镍，我们能从食物中摄入矿物质，但是重金属来源何处呢？
【科学探索|微生物如何处理环境中的有毒重金属？】重金属在环境中沉积的来源有农业、工业或者家庭，农业来源包括：无机肥料、杀虫剂、杀菌剂和污水废物的使用；工业来源包括：炼油厂、金属矿石开采、煤炭开采、石油化工溢出和火力发电；家庭来源包括：家庭焚烧生物量、有机和无机生活垃圾、使用过的电池和过滤器等生活垃圾也是导致环境中重金属沉积的来源之一。
这些累积的重金属在土壤中存留时间比有机污染物更长，由于土壤是重金属沉积的主要方式，以土壤为家的生命形式将面临着危险，土壤微生物群落多样性最高，微生物负荷也最高，土壤微生物受重金属污染的风险较大。
重金属对微生物有什么影响？
土壤中重金属积累对微生物的危害远大于有机污染物，主要原因是有机污染物具有沥滤属性，随着时间的推移，其危害性将逐渐降低，而重金属在土壤中存留时间会更长，重金属既不能被破坏，也不能被分解成更小的结构。
重金属将影响土壤微生物活性和土壤微生物群落构成，让我们了解一下该进程是如何发生的：
金属对微生物活性的影响
重金属阻碍了微生物的多种功能，例如：土壤结构的维持、土壤有机质的形成、生物地球化学循环的维持和有毒化合物的分解，从长远角度来看，这些功能可能威胁土壤生态系统的功能。
哪些重金属会影响微生物代谢机制？

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重金属积累的一些来源是地壳中金属的浸出、工业废物的排放以及农业中化肥和农药的使用

研究表明，汞、镉和铅会抑制细胞分裂、酶活性和编辑、蛋白质变性、诱导DNA损伤、并通过离子失衡损伤细胞膜，当重金属替代细胞膜上的重要矿物质时，就会发生离子不平衡。此外，汞还会抑制DNA转录，而砷会导致DNA受损，铜、镍和锌抑制酶活性，导致离子失衡。重金属还能抑制超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶的酶活性，同时，重金属还能促进活性氧的产生和诱导氧化损伤。因此，重金属极大地影响微生物的形态、代谢、生长和繁衍。