环境如何对基因施加作用？

进化论的三个重点：生物都有很强的生殖能力；其中一部分会在生存竞争中死亡；未死的更适应环境，基因更利于生存，且可以遗传。所以环境的作用是从已有的基因中选择，而这些已有的基因也来源于环境的作用。

以下先举一个已经被用滥了的例子：超级细菌。超级细菌是有害菌因为抗生素的大量应用，获得了一定的抗药性，为了治愈只能选择另外的抗生素，多代选择之下使得细菌的几乎能够抵抗现有的各种抗生素。

首先，在这个例子中，细菌感染人体并大量繁殖在先，用抗生素去治疗会沙弥哦额一些细菌个体，未被杀死的就有了一定的抗药性，要知道生物最基本的生命物质就是核酸，生物个体都死了，哪里还有什么遗传？超级细菌的演化的各个历程很好地契合了现今以自然选择为基础的进化观。插件药物作为一种选择因素，从超级细菌种群种已有的基因中进行选择，而超级细菌的基因多样性来源于哪里呢？

地球生物是由蛋白质和核酸为主要的生命物质，这两种物质都会受到环境因素的影响，导致物质配对的改变，由此改变了基因序列或者蛋白质的空间构象，其生理功能就会发生改变。这种改变是渐进而且较为缓慢的，必须有遗传能力才能被后代继承，而生物内环境的稳定决定于基因的功能，所以生物突然大的范围的基因突变通常很难活下去，只有少量对生物生存暂时没有危害的基因会以隐性基因等形式存在，直到形成纯合子才会发挥作用。

而虽然有了基因突变，但是却没有死亡的那些突变个体起码是在现有的环境中有相当的生存能力，而环境会不断地变化，就只能从已有的基因中选择能够适应环境的个体，形成新的生物种群，演化方向就被改变了。

因此，现代生物进化理论的基础仍是自然选择，进化的各环节如下：生物进化的基本单位是种群，每一个生物个体的基因组成了生物的基因库，每种基因在基因库中所占的比例叫做基因频率，环境作用于生物从生物基因库中选择某一些基因，由此导致种群基因库中的基因频率发生了改变，生物的演化受到影响。

这其中又透露出一个关键的信息，生物的生存依赖于环境，环境给生物提供了生存所需的一些，又因为各种能够作用于基因的因素促进了生物不断地演化进而适应不断变化的过程，基因相当于用这种方式达到了自己永生的目的，而生物体对于基因而言实际上都是“躯壳”，有了自然更好，能增强生物的适应性，但生命繁衍的基础仍然是基因的可复制性。

 微生物燃料电池建设节能型污水处理

   2015年全国城镇生活污水排放量为4851亿吨，大约是10年前的2倍；近10年来工业废水排放量基本保持在200亿吨。截至目前为止，我国城市污水的处理率平均达到80%左右。但是，我国城市污水处理厂的吨水耗能较高，能耗成为处理费用的主要构成，建设节能型污水处理厂十分必要。通过实地调研北京的两个污水处理厂，发现其处理工艺主要包括下面的这些流程：上述的两个污水处理厂所采用的工艺为活性污泥法，是处理城市污水最广泛使用的方法。这个方法技术相对成熟，运行效率高，但是从上图也可以看出，活性污泥法的环节比较复杂，影响其工作效率的因素也很多。更重要的是，曝气需要大量的能耗，据统计，我国每年用于污水处理的耗电量已经占到全国总发电量的1%。随着能源短缺的日益加剧，节能降耗已成为污水处理行业亟需解决的现实问题。

      污水一直被看做是可恶的污染源，在处理污水过程中人们不得不通过消耗电能来去除其中的含碳和氮的污染物，据统计：2010年我国用于污水处理的总耗电量约为400×108kW·h，但同时污水中含有的污染物也可作为原料生成能源，同样以2010年为例，我国污水排放总量为6173亿吨，COD排放量为12381万吨，其中蕴含515×108kW·h电能（理论上1 kgCOD完全氧化为CO2可转化为416 kW·h的电能），如果这些电能能够完全被利用，将颠覆性地改变能源产生与消耗的走向。

      让污水发电，将其看做一种能源，回收其中的能量，是一种很好的节能方法。微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell， MFC）可以将污水作为底物进行发电，将其中蕴含的能量回收，可解决污水处理厂的电耗问题。MFC既可用于处理废水有机物，也可用于废水脱氮除硫，甚至可用于处理难降解有毒化合物。以下是微生物燃料电池的示意图：

在常规MFC阳极室内，厌氧产电菌通过代谢作用将作为电子供体的有机污染物氧化，释放电子和质子，产生的电子通过合适的电子传递介体传递到阳极，再经过外电路转移到阴极，释放携带的能量，由此产生电流；质子经过质子交换膜转移到阴极，在阴极室内，电子、质子和电子受体发生还原反应。微生物燃料电池可以在常温常压下进行能量的转换。 如果利用生物技术使污水能够发电，对其加以资源化利用，将可以节约大量的能耗，对于节能减排具有重要意义。目前微生物利用污水产电的能力还远远不足，通过生物技术能找到产电的超级细菌，对污水的能源进行有效利用。谈到超级细菌，应该从仿生学和其他的先进生物技术上入手。比如蝗虫，它可以吃掉自己体重15倍的食物，如果能够明确蝗虫吃东西的原理，是否能够应用在微生物上，提高微生物的降解效率呢？类似的研究还有很多，比如一直以来科学家都在努力寻找高效降解木质纤维素的微生物，白蚁能够吃木头，那么白蚁体内是否存在高效降解木质纤维素的微生物或这相应的功能的基因呢？外国的科学家利用分子生物学的手段提取和分析了白蚁体内对纤维素高效降解的基因，从而能将其应用在纤维素类废物的处理中。这些应用都给我们很多的启示，应该按照上述的思路，从仿生学和分子生物学的角度获得甚至构建高效产电菌的基因，进而将其应用在污水处理中，提高污水产电的效率，真的将污水处理厂变成发电厂。让这些微生物通过“吃掉”污水中的有害和无用物质来养活好自己，成为我们天然的污水清道夫；然后进一步将自己贡献给上游的生物链或者变成产能物质，构筑一个良性的能量循环。 

原文地址：《污水处理技术：微生物燃料电池建设节能型污水处理》http://wwwep360cn/news/201608/3422html

生活在地球上的人类，似乎永远也不得安生。SARS的伤痛还没有抚平，H1N1的惊魂还没有定下，超级细菌带毒的大戟又在我们面前晃动了。鉴于业界已确认它对现有抗生素具有超级耐药的天性，因此，虽然它还没有对我们发出冲锋的呐喊，卫生主管部门也已未雨绸缪，开始着手构筑防线，以期将这些“超人”御于国门之外了。

用高墙深壑御敌于国门之外的战略思想自古有之。从秦到明，这一战争思想被一代代的政治家军事家发挥得淋漓尽致，万里长城就是这种思想的杰作。对超级细菌，我们也有必要修筑这么一条长城，但要赢得这场战争，我们却还有更重要的工作要做。

首先，我们要对已有的认识做彻底的检讨批判。超级细菌之所以被命名为“超级细菌”，是因为这种细菌对现有的大多数抗生素都有耐药性。也就是说，对现有抗生素的围攻，这种细菌或多或少都有破解之法，于是，现有抗生素对它无可奈何。正因为如此，该种细菌的发现研究者认为它们耐药能力非凡，十分可怕，故名之曰“超级细菌”。这说明了什么？这说明我们对抗生素是多么的依赖，我们人类又是多么的自私。我们只关注人类自身的存在，以地球统治者的姿态，期望一切微生物都在人类发明的各种“抗生素”的掌控之下。一旦这种掌控不再有效，人类就会大惊失色，忐忑不安。那么，人类发明的各种“抗生素”能轻而易举地降服各种微生物吗？不可能，永远也不可能。抗生素的发现的确为人类健康做出了巨大贡献，但抗生素却不可能成为人类统治微生物界的法宝，它们虽然渺小，但依然能够想出破解之法。因此，人类不应以统治者自居，用抗生素对微生物界搞所谓的“高压统治”，而应回到自然界所应处的位置，抗生素的功能，也应当回归它除暴安良的本位。

另一个需要澄清的认识是，因为对现有抗生素几乎都有耐药性，超级细菌十分可怕。其实，超级细菌并不可怕，可怕的是人类自己的贪婪。超级细菌的出现实际上是人类贪婪造成的作茧自缚。抗生素出现后，人类对这种上天的恩赐，没有像信徒珍惜圣水那样，只在需要时用上一滴，而是把它当成金钱的载体，财富的源泉。在利益的驱使下，抗生素滥用到了无以复加的地步。本来，抗生素是用来对付引起感染的暴徒的，但滥用以后，一些遵纪守法的良民甚至一些对暴徒有反制能力的微生物勇士也受到株连。它们不想亡国，它们思考进步，于是便有了细菌耐药。可以说，细菌耐药并不是一个新话题，这种情况早就出现了，只是现在的这种细菌更加强大罢了。但是，即使超级细菌不出现，即使超级细菌最终走向灭亡，人类的贪婪早晚也会在微生物界再创造出一个又一个的叛逆者，因此，真正可怕的并不是超级细菌，而是超级细菌的始作俑者人类自己。

其次，在厘清认识上的错误后，我们必须尽快悬崖勒马，不要等到最后真的无药可用。要做到这点，不能只靠医生的良知，政府必须有所作为。从医疗角度，抗生素滥用的原因有二，一是为了经济效益，二是为了避免不必要的医疗纠纷。前者，是医生养家糊口的需要，如果没有这种需要，抗生素滥用问题不难解决；后者，则起因于患者对抗生素和感染关系的误解，以为用上抗生素感染就不会发生了，感染的发生和医生没用抗生素有关。预防性滥用抗生素是抗生素滥用的重灾区。其实，无论是手术病人还是非手术病人，是否会发生细菌感染和抗生素应用与否、用多大剂量不一定有直接关系。很多情况下，预防性应用抗生素是患者心安，医生理得，而其代价就是耐药菌的出现。因此，为避免更多超级细菌的出现，国家应该针对抗生素滥用问题制定相应的对策特别是保护医生教育患者的政策。

当然，面对超级细菌，我们不能只是抱怨而无所作为。其实，对付细菌感染，我们不是只有抗生素，我们还有更完备的消毒灭菌技术和各种清创引流技术，只是抗生素的发展，使人们误以为有了依靠，对这些技术慢慢忽视、冷落了。我们需要做的，就是把这些成熟完备的技术应用好。面对敌人的航母，我们不一定要放核弹，大炮用好了也同样有意想不到的效果。如今超级细菌来了，我们未必需要马上造出应对它的抗生素核弹，用好常规武器，我们同样能够战胜它。

总之，铜墙铁壁保不住万世基业，再好的防线也会有疏漏之处，战胜超级细菌，关键是我们有刀枪不入的躯体。