研究:混凝土微生物群落可作為建築物崩塌的早期預警系統

據外媒報道,混凝土似乎不是一個特別適合生命生存的環境,但細菌確實生活在其中。特拉華大學領導的一項新研究檢查了這種具體的微生物群以找出它們是如何到達那裡的、它們是如何隨時間變化的以及我們未來可能如何使用它們來監測甚至修復缺陷。

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細菌可以是耐寒的小生物,其經常出現在以前被認為對生命來說過於惡劣的地方,如極地冰、有毒環境、冰川下的湖泊、極度乾熱寒冷的沙漠乃至太空。因此,在某種程度上,它們中的一些能在混凝土中茁壯成長也就不足為奇了–儘管混凝土是一個乾燥、咸、鹼性和營養不良的環境。

然而人們對以混凝土為家的物種知之甚少,也不知道它們可能對建築和結構有什麼影響。因此,這項新研究開始着手對它們展開調查。

據了解,該團隊製作了40個混凝土圓柱體,然後將它們分為兩組–一組是容易發生鹼硅反應(ASR)的標準混合物,這容易使混凝土降解;另一組是用抗鹼硅反應的粉煤灰製成的混合物。這些樣本隨後被放在屋頂上約兩年時間,研究人員會每隔六周採集一次DNA樣本。

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研究人員發現,在去除實驗室污染物后,樣本中50%至60%的細菌搭乘了礫石和沙子等前驅物質的便車。還有一些可能是後來從環境中被送到那裡的,它們從裂縫中滲透進來。其中最常見的類型是變形菌門、厚壁菌門和放線菌門。

通常情況下,群落的多樣性會隨着時間的推移而減少,考慮到它們必須承受的環境這並不太令人驚訝。有趣的是,每年夏天,物種多樣性都會有一些輕微的反彈,物種組成也會有季節性的變化。不過這項研究仍提出了許多問題。

“它們在吃什麼?”這項研究的首席作者Julie Maresca說道,。“它們可能在吃其他微生物的屍體。如果沒有食物可吃,它們中的一些可以形成孢子或形成休眠細胞類型,在下雨前什麼也不做,然後儘可能多吃並再次休眠。”

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雖然要更好地了解這個微小的世界還有很多工作要做,但這次研究帶來的潛在影響卻可能是巨大的。研究小組發現了幾種類型的細菌–包括Arcobacter、Modestobacter、Salinicoccus、Rheinheimera、Lawsonella和Bryobacter,這些細菌似乎都跟降解反應有關。假設能夠監測諸如建築物和橋樑等混凝土結構中的這些細菌,那麼有朝一日可能會被用作倒塌風險的早期預警系統。

從長遠來看,這些細菌甚至還可能在修復損害方面發揮積極作用。有些可以產生碳酸鈣來修補裂縫,但遺憾的是,它們目前似乎壽命不長。之前的研究曾嘗試將細菌包裹在微膠囊中,只有當細菌濕了時才會釋放細菌,而這通常是損害最初開始的時候。

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研究團隊表示,他們還需要進行更多的研究,接下來他們將分析從現實世界的混凝土結構中提取的樣本的DNA。

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