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自來水其實不是無菌!生物學家揭怎麼樣的水質比較好

2020-11-16 10:04商周出版 文/摘自《我的野蠻室友:細菌、真菌、節肢動物與人同居的奇妙自然史》

【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】

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...
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)。 圖/ingimage

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。

圖5-3  一種可在德國地區的地下水發現的端腳類Niphargus bajuva...
圖5-3  一種可在德國地區的地下水發現的端腳類Niphargus bajuvaricus。這個標本是在德國紐賀堡(Neuherberg)所採集與拍攝的。如果你喝的水裡面出現這隻生物,那表示你這個自來水來源的含水層非常健康、生物多樣性豐富, 它是一隻「多腳」的吉兆。(圖片來源:Gunter Teichmann /德國亥姆霍兹慕尼黑研究中心地下水生態學研究所)
圖/摘自《我的野蠻室友:細菌、真菌、節肢動物與人同居的奇妙自然史》

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。

.書名: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・...
.書名: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
.譯者:方慧詩, 饒益品
.出版社:商周出版
.出版日期:2020/10/08
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。

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