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历史遗迹披上“黑色外衣”，究竟是好是坏？
摘要: 如2016年8月拍摄的照片所示，华盛顿的杰佛逊纪念堂上布满了深色的污斑。摄影：JIM LO SCALZO，EPA/REDUX撰文：Michelle Z. Donahue 在美国首都华盛顿，众多设计精巧、洁白如雪的建筑拔地而起，让人忍不住将美国与古希腊和罗马联系起来。这些经典建筑都是用毫无瑕疵的大理石精心打造而成，也象征着美国对公民理想和自我治理的孜孜追求。 然而，没过多久，这些现代民主的标志已经开始出现瑕疵。在华盛顿市，几乎每一栋石质建筑 ...
如2016年8月拍摄的照片所示，华盛顿的杰佛逊纪念堂上布满了深色的污斑。摄影：JIM LO SCALZO，EPA/REDUX
撰文：Michelle Z. Donahue
在美国首都华盛顿，众多设计精巧、洁白如雪的建筑拔地而起，让人忍不住将美国与古希腊和罗马联系起来。这些经典建筑都是用毫无瑕疵的大理石精心打造而成，也象征着美国对公民理想和自我治理的孜孜追求。
然而，没过多久，这些现代民主的标志已经开始出现瑕疵。在华盛顿市，几乎每一栋石质建筑的表面都出现了深色的污斑，不过都无法与杰佛逊纪念堂相提并论：短短10年，这座亮白色的建筑就变得一片斑驳。
类似地，意大利的罗马古迹、埃及的古老神殿和柬埔寨吴哥窟的石雕上都布满了深色的污斑。
看起来确实不太雅观，不过这些污斑有破坏性吗？
目前来看，研究者最多能给出的答案就是还不清楚。不过，一些新建不久的纪念性建筑非常适合观察生物被膜是如何生长和蔓延的，因此对于弄清生物被膜究竟会对世界上伟大的历史遗迹起保护还是破坏作用，这些新建筑具有非常高的研究价值。
“我们了解的越多，就发现这个问题越复杂，”美国国家公园管理局的高级管理员Judy Jacob说道。“之所以复杂，不是因为这种现象发生的速度超出我们的想象，而是因为没有人考虑过时间线的问题。似乎突然间，我们就观察到这种现象。”
难以消除
生物被膜看起来像是乌黑的尘土，实际上则是由细菌、藻类和真菌共同组成的生物群落生长在一个难以清扫的表面上。没有任何两个生物被膜是相似的。这些微生物共同在类聚合物的凝胶上活动，而凝胶则紧紧依附于其占据的物体表面。细菌能够分泌出保护性的色素，而凝胶则通过收集空气中的微粒加速物体表面的变黑进程。
作为无所不在的生物体，生物被膜可于任何时候在任何表面形成。从附着于人类肠道到覆盖于海洋表面，生物被膜可以说是无处不在。
就目前能查到的资料来看，荷兰科学家Antoni van Leeuwenhoek于1683年最早提到过生物被膜，当时他在显微镜下发现自己的牙齿上存在一层“微生物”。他写道：即便是用醋漱口，这些微生物似乎也丝毫不受影响。
Van Leeuwenhoek的发现充分证明了除掉生物被膜何其困难。虽然动力清洗、刮擦以及利用抗微生物剂浸泡能够暂时清除一部分，但要杀死所有这些微生物则是不可能的。最终，未被消灭的幸存者将会卷土重来，拓展出新的、更强大的殖民地，因此随着时间流逝，污斑总是会反复出现。
柬埔寨吴哥窟的巴戎庙也覆盖上了一层深色的生物被膜。摄影：JIM RICHARDSON，NATIONAL GEOGRAPHIC
因此，为何生物被膜直到最近才大肆占据石质建筑的表面呢？
至少对美国来说，目前的一个主流理论认为，主要原因是空气变得更为清洁。颇具讽刺意味的是，自上世纪70年代《清洁空气法》逐步实施以来，雨水的酸度逐渐下降以至于不再妨碍这些细菌群落的生长。
此外，诸如杰佛逊纪念堂等建筑也进入了常态侵蚀开始发生的阶段。1943年，杰佛逊纪念堂正式落成，当时纪念堂上的大理石洁白光滑，毫无瑕疵。随着时间的流逝，大理石的表面开始出现了细小的凹痕，也为生物被膜的生长提供了理想的条件。
季铵化合物是能够暂时去除生物被膜及其明显影响的抗微生物剂之一。不过，Jacob质疑的是，反复、持续的使用化学制剂消除生物被膜是否可取。她关心的另一个问题是，长期使用季铵化合物会对周围环境造成怎样的影响。
“目前我们正在研究的策略是不去杀死这些微生物，而是使其不附着在物体表面，”米兰大学的微生物学家Federica Villa说道，她一直与蒙大拿州立大学的生物被膜工程中心合作研究生物被膜。
“如果你弄清楚了生物被膜的形成机制，你就能找到更好的解决办法，不必使用甚至滥用抗微生物剂或抗生素。”
是敌是友？
与此同时，石质建筑保护者和研究者之间也存在着激烈的争论：生物被膜会对建筑表面造成损坏吗？如果是这样，如何进行修复呢？如果不会造成损害，而且实际上能够保护建筑，那么相比外观清洁的建筑拥有的审美价值，除去生物被膜而对建筑造成的损害是否会更大呢？
上世纪70年代，有关生物被膜的研究真正开始升温，自那时起许多研究者一直认为，生物被膜的存在几乎等同于其通过化学作用或物理侵入而对建筑造成的损害。
直接的化学或物理作用的证据非常稀少，但的确存在：今年早些时候，埃及的一篇研究发现，增加奥斯里昂石棺的湿度会促进多种菌落的生长，而这些菌落会对石头造成侵蚀。
相比之下，Villa发现生物被膜似乎拥有保护作用。她在一个能够控制和追踪生长条件的特制容器里简化栽培了一些细菌群落。到目前为止，研究结果表明生物被膜能阻止过多的水分渗入石头中去，而水是石质建筑的常见破坏因子。
意大利的哈德良庄园是联合国教科文组织的世界遗产地，庄园里的克诺珀斯柱廊中排列着许多覆盖着生物被膜的雕塑。摄影：DEAGOSTINI，GETTY IMAGES
“我们仍在研究如何平衡审美和生物被膜这一自然过程的问题，”华盛顿国家广场和纪念公园的资源管理官员Catherine Dewey说道。Dewey一直在实验其它去除生物被膜的方法，比如使用高强度激光处理。
Villa认为，具体了解每个地方生物被膜的特点对弄清楚其作用原理至关重要。虽然细菌群落可能会破坏阿拜多斯古城的砂岩，但杰佛逊纪念堂或世界其它建筑上的生物被膜则可能保护它们免受风、雨和阳光的侵蚀。简单地说，各个地方存在很大的差异，生物被膜究竟会造成正面还是负面影响难以一言以蔽之。
“我们不仅想了解生物被膜的种类，还想知道它们能造成什么影响。我们对生物被膜的功能很感兴趣。它们能够表现出什么样的行为，它们的代谢途径什么样的？我们试图通过不同的角度研究生物被膜。”Villa说道。
Villa和同事还在研究全世界各地的生物被膜之间是否存在相似之处，进而驾驭其行为。如果成功，或许他们将能够寻找到既能利用生物被膜保护建筑，同时又不会造成污斑的方法。
“生物被膜是非常常见的现象，”Villa说道。“因此，如果我们能够更好地了解生物被膜，未来我们将可能对其进行调整，甚至将其应用到农业、工业和生物修复等诸多领域。”
（译者：流浪狗）