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          廣東以色列理工學院顧繼東教授課題組在《Nature Sustainability》上發表綜述論文

          發布日期:2021/1/13

          2020年9月,廣東以色列理工學院顧繼東教授課題組在《Nature Sustainability》上發表題為"Microbial deterioration and sustainable conservation of stone monuments and buildings (微生物對石質文物和古建筑的破損機制與可持續性保護措施)"的綜述論文(IF:12.08)。廣東以色列理工學院為該論文的第一署名單位,論文的第一作者為原香港大學博士研究生劉小波(現為廣東以色列理工學院研究人員),顧繼東教授為論文的通訊聯系人。論文中同時署名的有日本東京農工大學片山葉子(Yoko Katayama)教授,世界知名德國文物保護微生物專家Thomas Warscheid和美國史密森尼文保中心主任Robert Koestler。


          該論文對過去連續15年中顧繼東教授與片山葉子教授長期在吳哥窟合作研究的一系列有關微生物對文物破損的成果和世界各地在石質材料的相關報道進行了系統的梳理,從采樣方法和研究模式為基礎,闡明了石質文物的生物破損是由一系列復雜的物理、化學和生物化學過程及其相互作用所導致的結果,其中水循環、文物表面的五顏六色的微生物被膜(biofilms)以及其中包含的由微生物主導的生化代謝反應過程驅動得生物化學元素循環(如碳、氮和硫等)反應導致石材的結構破損和組成分解或溶解(圖1),最終造成建筑結構的破壞和文化遺產價值的喪失。


          具體而言,在不同的氣候條件下和不同階段,石質文物表面微生物被膜由各種光能自養型、化能自養型和異養型微生物組成,特定的微生物種類和群體組成可協同驅動生物地球化學元素循環(如碳、氮和硫等),尤其是在人為污染和大氣污染較日益嚴重的地區,微生物通過利用上述化學元素為自身養分來合成和分泌各種有機或無機酸進而破壞石質材料并同化吸收溶解析出的礦物質促進其自身繁殖和生長。此項研究成果為制定有效的文物保護科學管理策略以實現可持續文化遺產防護的長遠目標提供了必要的可靠依據。


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          圖1 吳哥窟(a, f, g),吳哥大城(b, d, e)和柏威夏寺(c)建筑砂巖上微生物被膜及其所造成石質材料的微生物破損現狀


          人類文明史中包括利用和發明不同的材料,而這些材料又將歷史記錄留給了后代。早在新石器時期,石材就用于制作捕獵工具和日常用具,同時也是建筑與藝術品的主要原料。截至2019年,聯合國科教文組織(UNESCO)已認定845處歷史古跡為世界文化遺產(https://whc.unesco.org/en/list/)。然而,由于全球氣候變化、人類活動、地理及環境等因素影響,重要歷史文物及建筑正遭受著各種不可逆的破損,包括自然風化、生物侵蝕及人為破壞,導致了人類文明的永久消失,例如我國云岡、大同、敦煌石窟和柬埔寨吳哥窟等。此論文從文物表面微生物被膜的形成、常見石質材料理化特征、人類活動、大氣污染及微生物驅動元素循環等多角度入手,詳細討論和總結了微生物侵蝕石質文物和建筑物的主要機理,并以此為基礎,探討相應的可持續保護策略以及展望未來的研究方向。


          本單位顧繼東教授與片山葉子(Yoko Katayama)教授(原日本東京農工大學任教,現任職于東京國立文化財團)長期研究合作(圖2),對赤道地區高熱高濕條件下吳哥砂巖文物從表面微生物的無破損取樣方法入手,利用最新的DNA/RNA高通量分子測序和同位素示蹤技術對微生物種群組成和生物化學破損機制進行了一系列的研究,闡明了石質文物的生物破損過程中一系列復雜的物理、化學和生物過程及其相互作用的結果,揭示了文物表面微生物被膜及其關鍵生化代謝反應過程。雙方在吳哥的長期合作研究所取得的成果已發表20余篇SCI論文,得到國際同行的廣泛認可和關注,經常受邀在國際會議上做專題報告并撰寫了多篇相關綜述文章以及專著中有關微生物退化的章節。


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          圖2 合作雙方團隊在結束2019年度采樣后合影及采樣現場工作實況


          原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41893-020-00602-5


          Liu, X., R. Koestler, T. Warscheid, Y. Katayama, and J.-D. Gu (2020) Microbial deterioration and sustainable conservation of stone monuments and buildings. Nature Sustainability 3: 991–1004. DOI:10.1038/s41893-020-00602-5


          注:此文中圖一為論文中的可公開使用圖片,作者擁有其它圖片的版權。


          文/圖:由顧繼東提供

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