冬日里大家同在一個池子里泡溫泉，到底安不安全？
小楊 / 2025-02-04 09:34:35
百歐博偉生物：在這個寒冷的冬日里，溫泉成為許多人放松身心的首選。泡在熱氣騰騰的溫泉池中，享受寒意驅(qū)散后的愜意感受。然而，你是否好奇，在一個共享的溫泉池中泡澡，真的完全安全嗎？
溫泉是由地下自然涌出的高溫泉水形成的，雖然高溫環(huán)境確實(shí)能殺滅大部分微生物，但也有一些特殊的微生物具備適應(yīng)高溫的能力，甚至能夠在這樣的環(huán)境中生存和繁衍。
近年來，科學(xué)家們對溫泉以及熱泉中的微生物群落展開了廣泛研究。例如，美國黃石國家公園和新西蘭地?zé)釁^(qū)的溫泉已被深入調(diào)查，以揭示其微生物多樣性。同樣，在我國，科學(xué)家們也對云南、西藏、海南等地區(qū)的溫泉進(jìn)行了系統(tǒng)研究，為我們更全面地了解溫泉生態(tài)提供了寶貴數(shù)據(jù)。
不同地理位置的溫泉擁有獨(dú)特的微生物群落
溫泉的微生物結(jié)構(gòu)和多樣性深受溫度、pH值等物理化學(xué)特性的影響。
在?？诘貐^(qū)的三大溫泉——海甸島榮域溫泉、火山口開心農(nóng)場溫泉和西海岸海長流溫泉，這些溫泉均為堿性水環(huán)境。研究表明，溫度、pH值、磷、硝酸鹽氮和鎂等理化因子對?？跍厝械恼婢图?xì)菌群落具有顯著影響。這些因子的不同組合與水平共同塑造了溫泉微生物群落的結(jié)構(gòu)與多樣性，為我們理解溫泉生態(tài)系統(tǒng)提供了重要線索。
一些嗜熱微生物展現(xiàn)出在不同地?zé)釁^(qū)域中生存的驚人適應(yīng)能力。2021年，新西蘭奧克蘭大學(xué)的研究人員對陶波火山區(qū)（Taupo Volcanic Zone）6個溫泉池的水樣進(jìn)行了深入分析，發(fā)現(xiàn)一種名為硫桿菌（Acidithiobacillus）的微生物廣泛分布于各種地?zé)岘h(huán)境中。這些溫泉的pH范圍從極酸性的1.00到中性的7.50不等，溫度跨度更是驚人，從17.5℃到92.9℃，顯示出這種微生物對極端環(huán)境的高度適應(yīng)性。
為什么它們可以在溫泉中存活？
研究者通過對Acidithiobacillus的基因組序列進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了一些嗜熱微生物在高溫環(huán)境下的基因組適應(yīng)性。
1、高GC含量：我們知道所有生物的基因組都是由種核苷酸組成的，包括腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T），嘌呤和嘧啶之間靠氫鍵連接。Acidithiobacillus的基因組具有較高的GC含量。GC堿基對由于有三個氫鍵，比AT堿基對的兩個氫鍵更穩(wěn)定，這使得富含GC的DNA在高溫下更穩(wěn)定。
2、高脯氨酸含量：生物體的蛋白質(zhì)都是由20種氨基酸組成的，其中脯氨酸是一種能夠增加蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性的氨基酸，因為它能夠減少蛋白質(zhì)主鏈的構(gòu)象自由度。簡單來說，如果把蛋白質(zhì)比作一條可以自由彎曲的鏈條，那么普通氨基酸就像靈活的鏈節(jié)，而脯氨酸就像鏈條中的一個僵硬環(huán)節(jié)，限制了鏈條在某些方向上的彎曲，這種限制有助于蛋白質(zhì)形成特定的三維結(jié)構(gòu)。因此，這種特性可能幫助Acidithiobacillus在高溫環(huán)境中維持其蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。
3、基因組精簡：研究發(fā)現(xiàn)臺灣溫泉菌株的平均基因組大小只有2.1±0.3Mbp明顯小于Acidithiobacillus參考基因組（3.3±0.4Mbp），存在基因組精簡的現(xiàn)象。適應(yīng)高溫的原核生物存在基因組精簡的現(xiàn)象，這有助于微生物在資源有限的環(huán)境中更高效地利用基因組復(fù)制所需要的資源，從而提高其在高溫環(huán)境中的適應(yīng)性。
4、pH穩(wěn)態(tài)機(jī)制：Acidithiobacillus具有多種與pH穩(wěn)態(tài)相關(guān)的酶和蛋白，如氨基酸脫羧酶、Na+/H+反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Na+/H+ antiporters）和質(zhì)子泵ATP酶。氨基酸脫羧酶催化氨基酸脫羧反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳和相應(yīng)的胺。這個過程會消耗細(xì)胞內(nèi)的氫離子，從而幫助降低細(xì)胞內(nèi)的酸度。Na+/H+反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白通過將細(xì)胞內(nèi)的鈉離子與細(xì)胞外的質(zhì)子交換來調(diào)節(jié)pH。而質(zhì)子泵ATP酶通過水解ATP來提供能量，將質(zhì)子從細(xì)胞內(nèi)泵出到細(xì)胞外，從而直接降低細(xì)胞內(nèi)的酸度。
冬日泡溫泉安全嗎？
從微生物角度來看，目前研究尚未發(fā)現(xiàn)嗜熱菌對人體有直接危害，因此單純從嗜熱菌的角度來說，泡溫泉通常是安全的。
嗜熱菌是一類極端微生物，主要適應(yīng)高溫環(huán)境，而溫泉的水溫通常在30-40℃之間，這遠(yuǎn)低于嗜熱菌的最佳生長溫度（通常在50℃以上）。因此，嗜熱菌在常見溫泉條件下的活躍性受到一定限制。
然而，溫泉水的衛(wèi)生狀況卻是影響安全性的關(guān)鍵。如果溫泉水源或池內(nèi)水質(zhì)受到污染，可能會滋生某些致病菌，例如常見的
大腸桿菌或軍團(tuán)菌。溫泉通常的水溫（30-45℃）雖然對某些病原體有一定抑制作用，但不足以完全殺滅耐高溫的微生物，這些致病菌能在相對較低溫度下生存，并有可能對人體健康構(gòu)成威脅，特別是在開放性傷口或免疫力較低的情況下。
因此，在選擇溫泉時，應(yīng)優(yōu)先考慮水質(zhì)管理嚴(yán)格、定期檢測的場所。即便如此，浸泡溫泉時也應(yīng)避免將頭部完全沒入水中，并在泡溫泉后及時清洗身體，以降低潛在感染的風(fēng)險。溫泉是一種健康的冬季休閑方式，但了解其衛(wèi)生管理狀況并采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施才能更安全地享受這份愜意。
除了耐高溫，還有哪些極端微生物
極端微生物是指可以在其他陸地生物無法忍受甚至致命的環(huán)境中成長的微生物，它們可以在各種極端生態(tài)位中生存，包括極熱、極冷、高鹽、強(qiáng)酸和強(qiáng)堿、高壓和輻射等環(huán)境。有些微生物甚至能在有毒廢物、有機(jī)溶劑、重金屬等以前被認(rèn)為不適合生命存在的環(huán)境中生長。
1、溫度
地球表面的溫度范圍極為廣泛，從南極洲的極寒地區(qū)（-98.6℃）到深海熱液噴口（495℃），跨越了極端的冷熱環(huán)境。
目前已知的最耐寒微生物是可在-25℃環(huán)境生存的地?zé)犭p歧古菌（Deinococcus geothermalis DSM 11300），最耐熱微生物是可在130℃環(huán)境下生存的巴羅斯地?zé)峁啪℅eogemma barossii strain 121）。另外，一些通常在80℃ 以上的高溫下生長的超嗜熱菌，如甲烷嗜熱古菌（Methanopyrus kandleri strain 116），還必須在高壓條件下才能生長，因為高壓可以使水在更高溫度下保持液態(tài)。
2、酸度與堿度
極端pH值的環(huán)境也對微生物生存構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)，目前已知的最低pH記錄來自美國加利福尼亞州沙斯塔縣的鐵山（pH 3.6），而最高pH記錄則是波蘭Chrzanow地區(qū)的戈爾卡湖（pH 13.3）。不過，至今還尚未發(fā)現(xiàn)可以在這些環(huán)境中生長的微生物。
目前已知的最耐酸微生物是大島嗜酸古菌（Picrophilus oshimae），其可在pH 0的酸性環(huán)境下生存，pH 0的環(huán)境有多酸呢？這么說吧，工業(yè)中常見的98%的濃硫酸pH就接近于0。
而最耐堿微生物蛇紋石單胞菌（Serpentinomonas sp. B1）能夠在pH 12.5的堿性環(huán)境中穩(wěn)定生長，顯示了微生物對極端環(huán)境的驚人適應(yīng)能力。
3、鹽分
地球上的鹽環(huán)境類型多種多樣，從海洋（鹽度約為3-4%）到溫泉（鹽度最高可達(dá)10.5%）再到蘇打湖（鹽度最高可達(dá)37.1%），覆蓋了從低鹽到高鹽的廣泛范圍。微生物的生長通常適應(yīng)于鹽度在0%到35%之間的環(huán)境。
其中，目前已知能耐受最高鹽度的微生物是來自美國加利福尼亞州Searles湖的銀氏氯砷細(xì)菌（Halarsenatibacter silvermanii strain SLAS-1T），其最佳生長鹽度為35%氯化鈉（NaCl）。在常溫下，食鹽（NaCl）在水中的飽和溶解度約為36%-37%。35% NaCl接近飽和狀態(tài)，也就是說，你要想知道這種超耐鹽的細(xì)菌生活在多咸的水里，那你可以去嘗一嘗飽和食鹽水。
4、壓力
在深海環(huán)境中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了多種能夠在極高壓力下生存的嗜壓微生物。其中，目前已知的記錄保持者是嗜熱球菌（Thermococcus piezophilus），這是一種嗜熱古菌，它能在高達(dá)125 MPa的壓力下生存。125MPa的壓力相當(dāng)于將每平方厘米面積承受約1250公斤的重量，類似于一輛小型汽車壓在一個拇指蓋大小的面積上。
5、輻射
微生物受到的輻射包括紫外線、X射線、伽馬射線等。輻射通過直接或間接作用（如生成活性氧）對微生物細(xì)胞產(chǎn)生損害，損害DNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和RNA。抗輻射微生物，如耐輻射嗜熱古菌Thermococcus gammatolerans EJ3能夠抵抗高達(dá)30 kGy的伽馬射線。
總結(jié)
極端微生物展現(xiàn)了生命在極端環(huán)境下的適應(yīng)能力，從高溫?zé)崛缴詈８邏海鼈兺ㄟ^獨(dú)特的基因組特征和代謝機(jī)制，能夠在常人難以忍受的環(huán)境中生存。
盡管溫泉中存在一些嗜熱微生物，但它們在常見溫泉水溫下通常不會對人體造成威脅。溫泉的安全性主要依賴于水質(zhì)管理，因此選擇衛(wèi)生狀況良好的溫泉場所至關(guān)重要。采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，可以大大降低潛在的健康風(fēng)險。
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