深海探秘:海底發(fā)現(xiàn)“阿凡達(dá)”

看過電影《阿凡達(dá)》的人們，一定會對納威人與世間生靈的溝通方式記憶猶新：他們只需要將自己長長的辮子和其他的生物連接，就可以互相溝通。最近，一位丹麥的生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，原來這個“潘多拉星球”也許真的存在，它就藏在海洋深處！在那里生活著的海洋細(xì)菌，很有可能是靠著一張納米級的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)來互通信息，一切都可以在瞬間完成！

驕傲的人類現(xiàn)在必須承認(rèn)，單細(xì)胞的海洋微生物，在很多方面確實(shí)比我們更加“聰明”。作為“萬物之靈長”的我們，也許是時候匍匐下身子，好好地向微不足道的細(xì)菌們學(xué)習(xí)一下了。要知道，它們比我們在這個星球上多生活了幾十億年，比我們知道更多在這個星球上生存的智慧。也許正是在這些微不足道的細(xì)菌身上，蘊(yùn)藏著解開世間種種謎團(tuán)的鑰匙。

深海發(fā)現(xiàn)“潘多拉星球”

生命，在沒有光合作用的深海游戈

在上個世紀(jì)70年代之前，人們一直認(rèn)為海洋的最深處是生命的禁區(qū)。因?yàn)槟抢餂]有陽光，不能發(fā)生光合作用。然而，1977年，當(dāng)一個美國的地質(zhì)小組乘坐一艘名叫“阿爾文”號的深潛器潛入東太平洋加拉帕戈斯海底裂谷2600米深的海洋深處的時候，卻在這里發(fā)現(xiàn)了一個生機(jī)盎然的“海洋綠洲”。一個個像煙囪一樣的海底火山正在這里噴吐著溫度高達(dá)350℃的熱液，而在這些熱液的旁邊，各種各樣前所未見的奇異生物正在優(yōu)哉游哉地散著步：大得出奇的紅蛤和海蟹、血紅色的管狀蠕蟲、大量的牡蠣和貽貝，還有一些類似蒲公英的生物，它們放射狀的細(xì)絲附著在海底巖石上……

在隨后的研究中科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在這個沒有陽光的世界里，維系著海洋中所有生命的原來是看似微不足道的硫細(xì)菌——這種微生物可以通過氧化海底熱泉中的硫化氫而獲得生存的能量，然后它的不斷繁殖又為其他的生物提供了豐富的食源，以這種細(xì)菌為肇始，海底深處的食物鏈得以建立起來。就好像陸地上植物的葉綠素進(jìn)行光合作用合成碳水化合物一樣，所不同之處只是，高能量的硫化氫取代了陽光。這種不依靠陽光而從地球內(nèi)部獲取能量的“化學(xué)合成”程序，是生物科學(xué)史上的第一次發(fā)現(xiàn)，它具有深遠(yuǎn)的意義是不言自明的。

然而，雖然科學(xué)家們在上世紀(jì)70年代的時候就大體知道了硫細(xì)菌靠氧化硫化氫獲得能量，但并沒有人真的搞明白這具體是怎樣的一個過程，直到今年，丹麥奧斯胡大學(xué)的一位生態(tài)學(xué)家在自己的燒瓶里模擬了一個微型的海洋世界，然后有了驚人的發(fā)現(xiàn)……

靠蛋白質(zhì)“導(dǎo)線”溝通信息？

拉斯?彼得?尼爾森是丹麥奧斯胡大學(xué)的一位生態(tài)學(xué)家，他最近做了一個實(shí)驗(yàn)，想要搞明白海洋深處的微生物是如何獲取自身生活需要的能量的。

一直以來他都有一個疑問：海洋微生物是通過氧化硫化氫獲取能量，然而，海底沉積物的頂部有氧氣，但缺少礦物養(yǎng)分；沉積物的底部富含礦物養(yǎng)分，但是又沒有氧氣，面對這種“魚和熊掌不能兼得”的狀況，微生物究竟是如何完成氧化活動、獲得生存必需的能量呢？

為了解決這個問題，尼爾森決定“自制”一個海底世界來進(jìn)行觀察。

他和同事在大學(xué)附近的奧斯胡灣的海底20 米處挖了若干沉積物，將其帶到實(shí)驗(yàn)室，放到燒瓶中，再在燒瓶中灌滿海水，這樣就營造了一個微型的海底世界。然后，尼爾森將沉積物上層的氧氣抽走，過一會兒再恢復(fù)供氧。而在這個過程中，科學(xué)家一直在密切地觀測著沉積物底部PH值的變化。然后他們發(fā)現(xiàn)了一件奇怪的事：當(dāng)沉積物上層的供氧剛剛恢復(fù)，沉積物下層的PH值就變成了酸性，這意味著底層的硫化氫正在將電子釋放給上層的細(xì)菌，協(xié)助它們完成氧化的活動。

盡管尼爾森最初就預(yù)計沉積物上下層的細(xì)菌存在某種形式的礦氧互換，但它們的速度之快還是大大地超出了預(yù)計，這一切幾乎是瞬間發(fā)生的！沉積物雖然只有12毫米的厚度，但這個長度是細(xì)菌體長的1萬倍。如果將這種情況放大到人的尺度來探討，就好比是地球的某個地方剛剛開采出石油，20公里外的煉油廠馬上就得到了這個信息開機(jī)煉油。在細(xì)菌之間不能互相打電話、發(fā)電郵的情況下，它們是怎么完成這一任務(wù)的呢？

似乎唯一的解釋只有一個：細(xì)菌之間存在一張我們?nèi)祟惾庋劭床坏降木W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。尼爾森假設(shè)這有可能是一個納米級的蛋白質(zhì)導(dǎo)線，上下層的細(xì)菌們通過這個導(dǎo)線發(fā)送電子信息給對方。研究人員甚至還猜想，這張“網(wǎng)絡(luò)”不僅能夠傳遞信息，還可以傳遞能量。下層細(xì)菌可能直接從電網(wǎng)中吸收電能，并將下層的養(yǎng)分以化學(xué)遷移的形式輸送到上層。

尼爾森將自己的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在了《科學(xué)》雜志上。他的發(fā)現(xiàn)讓人們震驚無比?！澳阒绬幔磕惆l(fā)現(xiàn)了地球上的潘多拉星球！”他的朋友激動地告訴他。

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國際海洋生物普查計劃

浩瀚的大海中都生活著哪些生物？2000年，這個看似簡單的問題卻引來了一項(xiàng)耗資6.5億美元的研究項(xiàng)目，來自80多個國家的2000余名調(diào)查人員分成17個小組，對珊瑚礁、大陸架、海洋中心山脊、微生物等進(jìn)行分門別類的調(diào)查。他們還實(shí)施了其他一系列的研究，如用拖網(wǎng)取出浮游生物；給大型海洋食肉動物掛上標(biāo)牌以跟蹤它們的洄游等。

此次海洋生物大普查迄今為止已經(jīng)進(jìn)行了整整十年，而最終的調(diào)查結(jié)果將于今年10月在倫敦公布。先期公布出來的一些信息透露出一些令人驚嘆的發(fā)現(xiàn)——

1.在南美洲的西海岸，探險者發(fā)現(xiàn)了巨大的微生物墊，它的覆蓋面積有希臘面積那么大，這些微生物群落是世界上最大的成員之一，而且，據(jù)研究者講，類似的生態(tài)系統(tǒng)處于原生代時期，處于25億年～6.5億年之前。

2.通常人們認(rèn)為巨大的鯨魚與健壯的頭足綱動物（如巨型章魚）是典型的海洋中最大型的生物，但是海洋生物普查卻發(fā)現(xiàn)，這些龐大的動物可能不得不給更加龐大的微生物讓路，微生物占到海洋總生物量的50%～90%。

3.之前認(rèn)為1升海水包含有大約10萬個微生物，但是普查研究稱，實(shí)際上1升海水能夠容納的微生物數(shù)量超過了10億。

4.調(diào)查人員在南太平洋的東部發(fā)現(xiàn)了各種巨大的、絲狀的、多細(xì)胞的海洋細(xì)菌。這些細(xì)菌可能是海洋早期進(jìn)化過程中的活化石。那時候地球上沒有氧氣，它們生活在有毒的氣體硫化氫中?？茖W(xué)家們設(shè)想，這些細(xì)菌可能會對有機(jī)污染底質(zhì)具有生物修復(fù)作用。而且由于它們能夠生活在缺氧的環(huán)境下，可能還是發(fā)現(xiàn)地球外生命的重要線索。

5.這些微小的生物并非僅僅在水層或者海底活動。在海底一千多米發(fā)現(xiàn)的巨大微生物群中，有一些微生物能夠鉆地，就像鎧甲動物一樣，它們僅有四分之一毫米長（1毫米等于一千分之一米）。

微生物的大智慧或可助人類解開“心靈感應(yīng)”之謎

海洋微生物功能分子廣東省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中山大學(xué)化學(xué)院的林永成教授是研究海洋微生物方面的專家，他覺得尼爾森的這個實(shí)驗(yàn)確實(shí)很有趣?！安贿^，尼爾森只是提出了一種可能性：就是有可能具有這種納米級的蛋白質(zhì)導(dǎo)線。但要證實(shí)這種納米級的蛋白質(zhì)導(dǎo)線的存在則非常困難。尼爾森也說，這無異于大海撈針?！绷钟莱蓪τ浾哒f。并且，尼爾森所提出的“納米級蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)”并非是可以解釋海底微生物快速傳遞信息的唯一可能。林永成就提出了另外一種可能性：“也許是因?yàn)槲⑸镌谕ㄟ^‘生物場’彼此溝通了信息。”

有科學(xué)家認(rèn)為每一個生物體都像“微型電視塔”一樣向外發(fā)散，并且接收著其他生物體發(fā)射的某種信號。在我們的生活中，有很多難以解釋的事情都可以用這個“生物場”來解釋：比如傳說中的身處不同地方的孿生子可以感知對方的思想、耳鬢廝磨的夫婦會長得越來越像……很多事情讓人們一直懷疑：生命在向外發(fā)散著某種“生物波”。其實(shí)所謂的“心靈感應(yīng)”，也許只是人體對接受到的信號做出的一種反應(yīng)。

尼爾森的實(shí)驗(yàn)中，海洋微生物在瞬間就將信息傳遞給超越它們體長一萬倍距離之外的“同伴”，不過和人類那種若有若無、時強(qiáng)時弱的“心靈感應(yīng)”相比，細(xì)菌之間的“心靈感應(yīng)”顯得更加強(qiáng)烈、靠譜、富有效率。

除了尼爾森實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的硫細(xì)菌，林永成在工作當(dāng)中還遇到了不少有這種心靈感應(yīng)的微生物現(xiàn)象。比如有一種海洋費(fèi)氏弧菌：如果它單獨(dú)待著的時候很平常，但是當(dāng)一群弧菌湊到了一起，它們就會一起發(fā)出光來。再等到數(shù)目變少，光又會黯淡下來。后來研究人員發(fā)現(xiàn)，是因?yàn)榛【鷤儨惖揭黄鸬臅r候會彼此發(fā)送一種信號，這種信號會刺激它們發(fā)出光來。

“要想搞清楚‘生物場’是否真的存在，必然要從微生物的世界去找答案?！绷钟莱烧f。因?yàn)槿耸呛軓?fù)雜的生命體，每個人的身上有超過100多萬億個細(xì)胞，這就決定了普通人對身體當(dāng)中一些簡單的反應(yīng)已經(jīng)很難察覺到了。而細(xì)菌的世界則要簡化而單純得多，“生物場”的作用在它們身上也可以被放大。

黏液菌可在26小時內(nèi)“設(shè)計”最便捷的地鐵線路

黏液菌是一種黃色的單細(xì)胞微生物，在遇到大量分散的食物時，它會讓自己的身體向四面八方擴(kuò)張以獲取營養(yǎng)。根據(jù)它的這個特性，2000年，日本名古屋模擬生物控制研究中心做了一個有趣的實(shí)驗(yàn)：科研人員設(shè)計了一個迷宮，迷宮有四條通道，每個通道的盡頭都放置了食物。然后，科研人員將黏液菌放在了迷宮的正中央。一開始，黏液菌伸出自己的偽足在整個迷宮里四處試探。8個小時之后，黏液菌收起了大部分路徑上的“身體”，而只是在那條距離食物最短的通路上伸展，將食物吞入口中。

單細(xì)胞的黏液菌具有的這種杰出的“智力”著實(shí)令人驚訝。今年年初，英國和日本的研究人員又做了一個實(shí)驗(yàn)。他們將黏液菌喜歡的食物燕麥片按照東京附近的城市的布局排列，然后將黏液菌放置在中間位置，觀察黏液菌會作何反應(yīng)。起初，黏液菌均勻地以蔓狀結(jié)構(gòu)擴(kuò)散開來，似乎在對新領(lǐng)地進(jìn)行試探。幾小時之后，黏液菌開始重新布局，科研人員發(fā)現(xiàn)它正在為自己尋找一條可以將所有燕麥片納入囊中的最短通道。與此同時，一些不太符合效率的通道逐漸收縮，直至消失。26小時之后，黏液菌終于成功地建立了一個相互連接的營養(yǎng)輸送管道網(wǎng)。而科研人員驚訝地發(fā)現(xiàn)，黏液菌建立的這個網(wǎng)絡(luò)和東京環(huán)城鐵路系統(tǒng)驚人地相似，在個別的連接處甚至顯得更為便捷有效！

面對聰明的細(xì)菌，人類應(yīng)該學(xué)會利用

林永成說，微生物在某一方面具有超強(qiáng)的能力，與它們經(jīng)歷了漫長的進(jìn)化過程是分不開的。在35億年前，地球上出現(xiàn)的最早的生命就是微生物，因此它們有足夠的時間去修正自己曾經(jīng)犯過的錯誤。相形之下，人類是全方位的進(jìn)化，而微生物只是在某一方面進(jìn)化，并且進(jìn)化了幾十億年，這就使得它們會在某一方面展現(xiàn)出驚人的“稟賦”，顯得越來越“聰明”?！氨热琊ひ壕?，那些不能在最短時間內(nèi)形成最有效的覓食通道的黏液菌會在幾十億年的進(jìn)化過程中被淘汰，而它們設(shè)計路線的能力也在一代代地被改進(jìn)和修正，以至于十億年之后，黏液菌可以比人類更快地設(shè)計‘地鐵線路’了——這并不是它們思考出來的結(jié)果，而是在進(jìn)化過程中形成的本能，是一種下意識的行為?！?/p>

“人最聰明的地方是懂得利用?！绷钟莱烧f。狗的嗅覺比我們靈敏，鳥比我們飛得高，人類可以利用仿生學(xué)的原理將其變成自己的能力。對于細(xì)菌的高明之處，我們也應(yīng)該保持相同的態(tài)度。

和海洋微生物打了多年交道，林永成對微生物們表現(xiàn)出來的這些超常“智慧”一點(diǎn)兒也不陌生。他隨便就可以講出好多有趣又生動的例子：比如“有一種微生物，它能夠分泌出一種化合物，這種化合物的分子式漂亮極了，像是三個對稱的花瓣。好幾個國家的科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里百般嘗試，怎么也做不出這樣的化合物，做出的三個花瓣總是有一個是塌掉的……微生物可以如此輕而易舉地就做到人類無法做到的事情?！辈贿^，盡管我們目前無法在實(shí)驗(yàn)室里復(fù)制微生物的這一杰作，但這并不影響我們讓微生物幫我們大量制作這種仿佛“三瓣玫瑰”一樣的化合物，它對治療心血管疾病有很好的療效，“而這種‘微生物制造’的藥物就算長期服用，人體也不會產(chǎn)生耐藥性，也不會對人體有副作用。”