自來水其實不是無菌！生物學家揭怎麼樣的水質比較好

【文、圖／摘自商周出版《我的野蠻室友：細菌、真菌、節肢動物與人同居的奇妙自然史》，作者羅伯・唐恩】

水與水中生物落腳在我們家中的故事，可說是既簡單又極其複雜。水管系統算是簡單的部分：進入你家的水管會先一分為二，一支經過熱水器，讓水被加熱之後，再與另一支未加熱的水管一起延伸，而後兩條水管繼續分支，最後以串聯方式到達家中的每一個水龍頭與蓮蓬頭。

但故事複雜的部分，在於水到達你家之前發生的事情，水的路徑很大程度取決於你居住的環境。在世界上的許多地方，居家用水來自一個深入房屋下含水層的水井，或者是一個擷取含水層的都市行政區集水系統。「含水層」這花俏的名詞，指的是岩層中保存地下水的空間（而地下水就真的只是地下的水）。含水層的地下水來自雨水，雨水落在森林、草皮上的草和田間的作物上，經過幾小時、幾天或幾年（依各地地理條件而異），一尺一尺地滲入土壤。雨水滲入地表的速度，會隨著深度增加而逐漸變慢。在地下極深處，其速度緩慢到含水層的水可能已經存在了上百年、甚至上千年。當你挖到一口很深的井，那裡面就是古老而未經處理的水。這種未經加工的水會直接流入家庭中，或者流進一座給水廠。許多地區的給水廠會將水中的大顆粒物質（細枝、泥土之類）過濾掉，稍加工後，再經由地下水管送到你家，也就是自來水。

飲用水的水質條件是不含病原體（或是含量非常少），以及毒素濃度在不影響人體健康的範圍內（其範圍隨毒素種類而有差異）。含水層越古老、深度越深，當中的水就越不容易有病原體，生物學上來說可安心飲用。世界上大部分的地下水，都不須經過任何處理就能飲用，這是因其時間、地質與生物多樣性的原因：地質方面，有些種類的岩石或土壤可以有效阻止地表的病原體擴散至含水層。生物多樣性方面，地下水中既有的生物相會抑制病原體孳生，當其中的生物種類越豐富，病原體就越不容易存活。如果病原體是細菌， 它就必須與其他微生物競爭食物、能量與生存空間，還要抵抗地下水中其他細菌產生的抗生素，以及避免被掠食性細菌（例如布德樓弧菌屬［Bdellovibrio］的細菌）或原生生物給吞食。光是雷文霍克觀察到的纖毛蟲，一天內就能吃掉周遭百分之八的細菌。領鞭毛蟲甚至一天可以吃掉百分之五十。此外，病原菌還必須避免被噬菌體這種專門攻擊細菌的病毒給感染。這些在生態系中位於食物鏈頂端的，通常是小型節肢動物，例如端足目或等足目， 牠們有如穴居生物，身上已沒有色素，視力也退化了，完全依賴觸覺與嗅覺在這萬千世界遊走。這群生物也包含所謂的活化石（孑遺生物），牠們在百萬年與世隔絕之下沒有太多演化，而且只在該地特有。這些生物只會存在生物相豐富、各物種生態棲位穩定的地下水中，因此牠們可以說是水質的健康指標。

地下水生態系中的生物看似遙遠、模糊，只能隔著一段距離觀察（科學家必須伸出長桿、鑽頭與採集網）。但根據估計，全球百分之四十的細菌生物量，可能都包含在地下水中， 百分之四十！在某些區域，地下水生態系連通了包含集水區、河流與地下水庫的龐大網路； 而在另一些地區，地下水生態系也可以是與世隔絕的地底孤島。因此，地下水的生物相取決於水層的位置、年齡，以及是否與其他地下水系統連通。就如同每座海島都會出現與眾不同的生物， 每個地下水系統也蘊含著獨一無二的物種。美國內陸內布拉斯加州（Nebraska）的地下水，之所以與冰島的地下水不同，部分原因就是：這兩處含水層中生存的生物，已經各自在其獨立系統中演化了數百萬年。

飲用未殺菌過的地下水，聽起來似乎有點奇怪，但其實很多人都喝過。大部分井水都沒有經過殺菌劑處理，丹麥、比利時、奧地利或德國的市區自來水也沒有使用殺菌劑，尤其德國慕尼黑的自來水，是從附近河谷下多孔的含水層中抽到水管系統，再直接流出水龍頭的。由此可見，生物與時間所構成的大自然過濾系統為人類帶來極大的福祉，關鍵是要給地下水足夠大的靜置空間，讓大自然發揮功能，因此我們需要保護分水嶺；它也需要時間淨化，因此我們也要避免排放會汙染它的病原體與毒素。不幸的是，不少荒野地區已經被我們開發，使大自然沒有空間能發揮過濾地下水的功能，有些地下水已經被我們汙染了， 也有些地方的地下水無法供養過於龐大的人口。因此，我們發揮人類的創造力，從水庫、河流或各種安全的源頭取得所需用水，但是人類的創意儘管實用，卻終究比不上大自然的渾然天成。

人類創造的取水建設非常依賴殺菌劑。二十世紀初，有些淨水場為了抑制病原體，開始在水中加入氯或氯胺來殺菌，在地下含水層受汙染的區域尤其是必要之務。有些地區則因為地下水不敷急速成長的人口使用，只好改從較淺層的河川（例如倫敦的泰晤士河）、湖泊或水庫抽水，也因此必須使用殺菌劑。在美國，所有城市中的用水都需要在淨水場中經過殺菌劑處理，除此之外，因為美國自來水系統中的管線往往比歐洲地區的還要老舊，常出現水管漏水與汙水淤積的情形。在大自然的含水層中，越古老的水品質越好，但在我們的人造水管裡，情況完全相反。水管裡若有水持續積存，病原體就容易滋生。為了解決積水造成的衛生問題，美國的水在流出淨水場前都會用加倍的殺菌劑處理，遠高於歐洲淨水場的用量。殺菌劑或者是氯、或者是氯胺、或者是兩種的混合。淨水處理場使用的技術其實是很複雜的，但原理則非常單純，不外乎是藉由一連串的過濾系統去除各種水中生物（過濾介質包含砂石、活性碳、或半透膜），或者用臭氧曝氣後再以殺菌劑去除微生物。然而，即便自來水經過殺菌劑消毒後離開淨水廠，卻仍稱不上是無菌的，事實上，裡頭滿滿都是無法抵抗殺菌劑的微生物屍體、殺不死的頑強微生物，以及後者的食物殘骸。

如果生態學家在過去一百年來學到了一些教訓，那就是：當你企圖殺死某些生物，卻留下了牠們仰賴的生存資源，那麼存活下來的物種就會因為競爭者消失，而更加茁壯，這就是所謂的「競爭釋放」（competitive release）。牠們不僅不用再背負競爭壓力，也往往免除了被寄生或掠食的危機。以自來水系統為例，可以推測受惠於競爭釋放的，就是那些不受殺菌劑如氯或氯胺影響、或者比其他物種多了些耐受性的那一群。而分枝桿菌屬下的物種，通常很能忍受氯和氯胺。