艺术与科学：千年古画的保存和修复还得靠细菌？

这是《肠道产业》第 253 篇文章

编者按：

文化遗产是一个民族成长发展历程中最为重要的内容之一，对国家乃至世界都具有重要的意义与价值。而艺术品又是文化遗产中的重要组成部分之一，因此，如何妥善保存艺术品一直是人们关注的重点问题。

实际上，很多画作尤其是岩画、洞穴壁画一直在饱受着微生物的摧残，不过，有时候微生物也会给我们带来一些惊喜。

细菌到底是如何保护和修复珍贵的画作的呢？今天我们就一起来聊聊。希望本文能给诸位读者带来些许灵感。

艺术：成也细菌，败也细菌

在艺术品的创作、变质以及保存的过程中，细菌一直参与其中，对艺术品而言，可谓是成也细菌，败也细菌。因为，细菌不仅扮演着色彩家的角色，还扮演着破坏者的角色。

作为色彩家，细菌生长过程中会产生广泛的彩色颜料，人们可以通过分离和提取将其用于艺术创作；而作为破坏者，细菌的存在会对艺术品的保存构成重大威胁，尤其是对古代岩画和洞穴壁画。

这是因为洞穴里面的微气候无法像博物馆那般可控，那些在密封的洞穴里保存了几千年的艺术品一旦被挖掘开发，可能在几年之内就会被入侵的细菌破坏。

科学家们通过基因检测，发现洞穴艺术画作上含有多种未知的细菌。一些微生物只是简单地覆盖着画作；而另一些可能会对这些古代画作产生潜在的危害，它们会把这些艺术画作当作生长的培养基，在画作上生长并产生破坏性的代谢物。

之前的检测表明，洞穴墙壁是某些常见的土壤细菌的殖民地。

但研究人员对一块具有 16000 年历史的西班牙阿尔塔米拉（Altamira）洞穴壁画上的红色颜料进行了检测，结果却并非如此：来源土壤的细菌仅占整个微生物群落的 5%左右；而剩余的细菌主要是以氧化铁为食的酸杆菌。

研究人员推测，这可能是因为洞穴中壁画中红色颜料的主要成分是氧化铁。

实际上，由于游客的到来，这些洞穴的环境发生了巨大的改变，游客引来了外来微生物；此外，人工照明给藻类的生长提供了条件，进而帮助某些细菌定植。

因此，在该洞穴中发现酸杆菌后，相关管理部门考虑关闭这些洞穴，以努力使它们恢复到自然状态，并防止对古代艺术的进一步破坏，尽管我们尚不清楚酸杆菌对壁画的实际影响。

其实除了酸杆菌，我们对壁画上许多微生物产生的影响都不清楚，而且大多数洞穴中 99%的细菌甚至都尚未被发现，但即便如此，对洞穴中微生物群落的定期监测仍是必要的。

相比洞穴里的壁画，许多博物馆里的作品受细菌的影响相对较小，因为它们在博物馆里的位置、温度和湿度是高度可控的，这都有助于它们的保存。此外，油漆成分中的金属对于许多细菌来说是毒药。

不过，也不能说博物馆的绘画一点儿不被细菌损坏，因为有一些细菌具有较高的重金属抗性，它们仍可以在这些画上生存，并会随着时间的推移对画作造成损害。

虽然细菌往往对艺术品有破坏作用，但有时候也会存在不可思议的惊喜，所谓解铃还需系铃人。最近的研究发现，有许多细菌可以用于艺术品的保护与修复，甚至可能对纺织类的艺术品也能起到一定的作用。

古布拉德肖洞穴艺术绘画

布拉德肖艺术的活颜料

细菌和真菌占领了澳大利亚西部的布拉德肖岩画，这使得这些岩画的色彩与其它面临细菌生长引起的退化问题的古代岩石艺术相比，显得格外鲜艳亮丽，也让画作变得更加栩栩如生，惟妙惟肖。

测试表明，布拉德肖岩画中的大多数画作不再含有颜料成分，而是表现出生命的迹象，这有助于解释为什么过去人们尝试确定布拉德肖艺术作品的年代是很困难的。

布拉德肖岩石艺术的颜料是活的，它们由不同种类的细菌组成，这些微生物在岩石表面生活了数百万年，使这幅画的外观保持得出奇的好。这可能是由于在原始绘画中营养物质的存在使得在绘画中经常共存的黑色真菌（提供水分）和红色细菌（提供碳水化合物）之间能够互利共生。

虽然这两种微生物已被证明有利于保持布拉德肖艺术的外观，但这只是特例而已。不过，特例不止于此，有研究发现，除了为画作添加色彩，一些细菌可能还可以保护这些艺术作品。

一些细菌的细胞活动以及它们本身的存在可以用来阻止对艺术作品有较强破坏作用的细菌的生长。

比如，那些对艺术品影响较低的细菌主要通过物理地占用所有可用的空间以及释放阻止其它细菌生长的化学物质来帮助抵御有害细菌的定植。

再比如，在壁画中添加能够还原硫酸盐和硝酸盐的细菌可以减少某些更具破坏性的细菌，从而保护艺术作品，原因是前者消耗了后者所需的硫酸盐和硝酸盐。

此外，细菌或许还可以用来修复某些帆布艺术品。

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图片来源：维基网站，尼古拉·奎利科

受损的《圣母加冕礼》

意大利费拉拉市的圣玛利亚大教堂的天花板是一块直径近 3 米的圆形帆布，帆布上描绘的是“圣母玛利亚被上帝、基督和圣灵加冕为天后”的情景。

这幅名为《圣母加冕礼》的画作一直被认定是巴洛克艺术家 Carlo Bononi 的早期杰作，自 17 世纪以来就一直被悬挂在教堂的天花板上。

直到 2012 年才被摘下，那一年，一场地震袭击了费拉拉市，迫使管理员把这幅画从天花板上取了下来，把它靠在教堂的内墙上，在修复之后才放回到它原来的位置。

尽管这幅画当做天花板已经存在了几个世纪，在地板上也存放过一段时间，但它的油漆层并没有受到严重损害，只是出现了一些裂缝、轻微的割痕和变形。

然而，由于暴露在鸟类、昆虫和啮齿类动物的环境中，这幅画的背面已经严重受损，这些动物通过天花板和屋顶的裂缝进入了教堂。

但与这幅画亲密接触的动物并不仅仅是这些，微生物也定植在这幅画上，它们以胶水、帆布和油漆为食。

费拉拉大学（University of Ferrara）研究化学和微生物污染的研究人员Sante Mazzacane 说，由于像这样的艺术品所使用的材料通常可降解，所以这些绘画成了微生物定植的主要场所。

过去，艺术保藏员和研究人员研究了微生物对石碑、壁画和壁画的影响，以便更好地了解如何保护它们。但是，人们对帆布画的微生物降解现象了解甚少。

博洛尼亚和费拉拉市的文物保藏员 Fabio Bevilacqua 很好奇，他想知道在《圣母加冕礼》这幅画上生活着什么，好让他能正确地修复它。他与Mazzacane 以及费拉拉大学的微生物学家和医学遗传学家 Elisabetta Caselli 合作，鉴定了这幅画上的“微小居民”。

研究小组用人造丝棉签擦拭了油画的前后部分，并从画的背面取了一小块的纸和棉纤维，然后他们把样本放在琼脂平板上以培养生长在那里的微生物。

利用光学显微镜和扫描电子显微镜，研究小组鉴定出了几种细菌：葡萄球菌、芽孢杆菌、曲霉菌、青霉菌、枝孢菌和链格孢属。

研究人员还发现，葡萄球菌主要附着在画作的正面；杆菌栖息在画作的背面；至于真菌类，曲霉菌通常聚集在较深的颜色，如红色和棕色；枝孢菌聚集在较浅的颜色，黄色和粉红色；而链格孢属则生活在靠近教堂地板附近的画中部分¹。

北卡罗来纳州立艺术博物馆（North Carolina Museum of Art）的首席保藏人 Bill Brown 说：“你对一幅画了解得越多，你就能更好地了解哪些变量正在影响它的画面，这样就可以知道如何修复它了。正所谓知己知彼，百战不殆。”

尽管他没有参与这项研究，但他却对修复人员提出“红色油漆层褪色可能与某些种类的芽孢杆菌和曲霉有关”这个观点特别感兴趣。因为他在其它作品中看到过对这种褪色的叙述，那些作品都一致认为这种损害通常与微生物无关，而这个观点却相对新颖，与众不同。

博诺尼的细菌:根据最近的一项研究，这位意大利艺术家的作品《圣母加冕礼》是由微生物组成的。研究人员在这幅画的正面识别出有葡萄球菌属 (上图，a-c)，背面识别出芽孢杆菌属（上图，d-f）。摘自：CASELLIET AL., PLOSONE, 13:E0207630, 2018

细菌治疗需谨慎

了解《圣母加冕礼》的菌群组成可以帮助 Bevilacqua 确定所使用的技术，因为他正在努力修复这件作品。

为像《圣母加冕礼》一样“受伤的”艺术品疗伤的一种方法是使用化学杀菌剂以消灭艺术品上存在的微生物，但这种方法可能会使画作遭到新的微生物物种的入侵，而其中一些微生物入侵者可能更具破坏性。

因此，Caselli 和 Mazzacane 决定利用他们自己的研究成果寻找一种替代方法，就是将某些细菌用作有益细菌。

在 2014 年发表的一项研究中，研究人员发现，有益细菌可以通过竞争性拮抗的方式阻止有害细菌在医院里滋生，在这种拮抗中，有益细菌会消耗有害细菌生存所需的营养物质。Mazzacane 说：“在医院里使用一种试验性的益生菌疗法，可以使医院病人的感染减少 52%，抗生素治疗费用减少 75%。”

他和他的同事们认为，也许这项技术可以应用到这幅画上，除去有害的微生物，同时防止其它细菌入侵。

研究人员在实验室里验证了这一想法。他们从当地的一家公司订购了医院实验中使用的生物活性产品，用无菌水稀释了混合物，然后将其涂抹在培养微生物的油画琼脂板上。

结果发现由枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、短小杆菌（B. pumilus）和巨大芽孢杆菌（B. megateriis）的孢子组成的生物活性溶液似乎抑制了画作中微生物的生长。

不过，最后研究团队没有用艺术品来真正尝试这种微生物处理的方法，而选择了更传统的消灭微生物的方法，因为这些画作独一无二，无法承受任何风险。

尽管如此，盖蒂保护研究所（Getty Conservation Institute）科学部门的负责人 Tom Learner 说：“寻找新的特异方式来保护艺术是非常有价值的，我完全支持探索任何像这样的新方法。”

Mazzacane 指出，这些结果只是初步的，但确实表明一些芽孢杆菌可以作为一种有益细菌来防止那些破坏艺术品的微生物的滋生。

当然，研究小组还需要确保这些杆菌本身不会造成损害。Learner 说，在艺术世界里，用未经验证的任何保护方法来对待大师的作品都是很难的，所以全面检查新方法的安全性是很重要的。

Learner 补充道：“一般情况下，管理员都不愿意进行任何入侵性的操作，比如像刚才那样的新操作。因此，研究人员需要有严密的试验安全性以说服管理员，让管理员觉得这是值得考虑的方法。”

虽然，目前还无法将这种微生物处理方法应用到艺术品的修复中，但是相信在不久的未来，我们很快就可以进一步拓展微生物的应用，通过以菌治菌的方法保护我们的艺术品。

参考资料：

1.https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Bacteria_and_Art:_Creation,_Deterioration,_and_Preservation

2.https://www.the-scientist.com/notebook/could-manipulating-the-microbiome-of-artworks-prevent-their-decay--65888

作者 | 崔心伟

审校 | 617 

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