出品：科普中國
製作：韋博鑫 許進 孫成 （中國科學院金屬研究所）
監製：中國科學院計算機網路資訊中心
從我們一出生，體內就有無數的微生物，它們是我們身體中非常複雜的一部分，時刻與我們互動，而我們對它們卻知之甚少。多年來，龐大、神秘的微生物家族，無時無刻不吸引著人們對它們進行探知、利用和對抗。
那麼，是不是所有微生物都對人類有益呢？答案或許是令人失望的。
微生物——亦敵亦友的“神秘力量”
作為地球上最古老的生物，微生物在自然界分佈極廣。無論是人跡罕至的南北極還是環境苛刻的沙漠，無論是神秘的外太空還是深邃的海底世界，都有它們的足跡。微生物對於人類來說用處極大，人們利用微生物來生產抗菌素、抗生素等藥品，幫助人類對抗疾病；利用微生物來生產飲料，啤酒，肥料和殺蟲劑等產品，以服務大眾；甚至還可以利用微生物生產出電池所需要的燃料，解決能源短缺。
然而，微生物並沒有我們想象的那麼友好，在服務人類的同時，它也“吃”掉了我們的GDP。
神秘的微生物（圖片來源：維基百科）
正在“吃掉”人類GDP微生物
並不是所有的微生物都對人類有益。當微生物遇到鋼材時，就會產生異樣的“電火花”，使得管道、橋樑和船舶等受到嚴重腐蝕——即“微生物腐蝕（MIC）”。我們先看三個例子：
2000年，韓國石油天然氣公司一條X65輸油管道發生腐蝕失效。調查發現管道表面覆蓋著一層黑色沉澱物，滴加鹽酸後散發出臭雞蛋氣味，表明腐蝕產物中含有硫化物。證實了埋地管線剝離塗層下受到了土壤中硫酸鹽還原菌（SRB）的腐蝕。硫酸鹽還原菌（SRB）是一種廣泛存在於土壤、海水、地下管道以及油氣井等環境的厭氧細菌。大量研究表明SRB的存在加速了鋼的腐蝕。
同年，我國某型艦艇船底在下水後不到2年內船底就發生了多處的腐蝕穿孔。經檢測艙內積水部位單位體積內SRB數量約是艙外海水的103-104倍，說明SRB在艦船的艙底水中大量存在。
2003年，新疆一條X52鋼輸油管道發生爆管洩露事件。該管道曾多次發生內腐蝕穿孔洩漏事故，但令人不解的是均發生在管道沿線起伏管段。原來罪魁禍首就是“微生物”！事故最終調查結果認為，該管段起伏較大，原油流量較低，管道低窪處有微量遊離水或積水聚積，從而為微生物生長提供了環境，使得硫酸鹽還原菌（SRB）大量繁殖導致管道區域性腐蝕失效。
據國際腐蝕工程師協會（NACE）調查結果，2013年美國的腐蝕成本已經達到2.5萬億美元，約佔GDP的3.4%。而其中由微生物腐蝕造成的損失約佔20%[4]。可見，微生物已經在慢慢地吃掉我們的“GDP”。
腐蝕嚴重的管道（圖片來源：參考文獻2）
掃描電鏡下觀察到的鋼材上附著的微生物（圖片來源：參考文獻3）
微生物腐蝕該如何防治？
腐蝕是一種常見的自然現象。大多數的腐蝕都是物質與環境相互作用的電化學過程。那麼微生物是怎樣參與腐蝕過程的呢?
科學家研究表明微生物參與腐蝕過程，金屬表面會附著一層具有腐蝕能力的生物膜，在微生物體內生物酶的作用下，細菌將硫酸鹽還原成硫離子，硫離子與腐蝕產生的鐵離子進一步反應生成鐵硫化物（反應1和2），從而參與並加速腐蝕過程。
目前，科學家對於微生物腐蝕的機理也有了初步認識，並提出了多種措施防治微生物腐蝕[1]。例如：
（1）表面技術：塗層作為一道屏障可以使金屬表面光滑以減少微生物附著。目前研發抗生物汙染的有機塗層，已經廣泛地用於埋地管線、建築物外牆、海洋結構材料的防護；
（2）電化學保護：陰極保護可以使金屬腐蝕過程的電子遷移得到抑制，避免或減弱腐蝕的發生。因此可以採用更低的陰極保護電位來控制微生物引起的鋼鐵厭氧腐蝕，同時陰極保護與有機塗層聯合使用也有效地彌補了有機塗層會發生降解的缺欠；
（3）生物抑制劑：目前採用殺菌劑注入工業水系統中，也可以作為防治細菌腐蝕的方法；
（4）實時監測：大多數的腐蝕都可以透過早期監測來採取控制措施從而減緩腐蝕，避免事故發生。因此對腐蝕過程中微生物的生長，數量，生物膜的厚度等進行監測，也有助於我們採取控制措施。
透過上述案例，我們看到微生物不容小覷的力量，只有瞭解微生物腐蝕，控制微生物腐蝕和利用微生物腐蝕，這樣才能為工業裝備保駕護航。微生物腐蝕的複雜性註定它是長期鬥爭的過程，國內外科學家們一直在行動，齊心協力和貢獻才智。讓我們與微生物腐蝕宣戰，抗爭到底！
參考文獻：
[1]林建，朱國文，孫成，韓恩厚，高立群，張淑泉. 金屬的微生物腐蝕 [J]. 腐蝕科學與防護技術, 2001, 13(5).
[2] 圖片來源http://www.ybzhan.cn/tech_news/detail/108924.html
[3] Sherar B W A , Power I M , Keech P G , et al. Characterizing the effect of carbon steel exposure in sulfide containing solutions to microbially induced corrosion [J]. Corrosion Science, 2011, 53(3).
[4] 黃燁, 劉雙江, 姜成英. 微生物腐蝕及腐蝕機理研究進展[J]. 微生物學通報, 2017(7).
