被封存在“時(shí)間膠囊”中的生物

丹丘生

讓我們穿越回500萬(wàn)年前，那時(shí)人類(lèi)祖先剛與黑猩猩告別。在非洲某地。一天，大風(fēng)把地面的塵埃揚(yáng)到了高空，然后將其吹到南極。這些塵埃滿載著來(lái)自非洲的數(shù)以千計(jì)的微生物。當(dāng)南極降雪時(shí)，塵埃隨著雪花落回到地面，并永久地凍在了冰里，微生物也被“時(shí)間膠囊”封存了起來(lái)。

直到熱衷探索的人類(lèi)到來(lái)，它們才重見(jiàn)天日。人類(lèi)提取出一塊冰芯，將其融化，并在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)。幾個(gè)月后，驚人的事情發(fā)生了：古代的微生物開(kāi)始生長(zhǎng)起來(lái)。

這不是第一例被復(fù)活的古代生物。2000年，科學(xué)家甚至復(fù)活了一種2.5億年前的微生物。這些一度徘徊在生與死之間的生命，為我們探索生命的本質(zhì)，提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì)。

生命不息，修復(fù)不停

生命被凝凍數(shù)百萬(wàn)年后仍能復(fù)活，乍一看，這似乎違背了科學(xué)常識(shí)。以被復(fù)活的250萬(wàn)年前的薩拉多細(xì)菌為例。在惡劣的環(huán)境下，這種細(xì)菌會(huì)長(zhǎng)出堅(jiān)硬的殼，變成休眠的孢子。新陳代謝減緩到跟死了差不多——這意味著，它們對(duì)自身DNA損傷的修復(fù)也停止了，這些損傷是周遭環(huán)境中的放射性輻射造成的。

這造成了一個(gè)根本的問(wèn)題：在理想的保存條件下，無(wú)法得到修復(fù)的DNA，半衰期約為16萬(wàn)年（即一半的DNA在該時(shí)間內(nèi)被降解）。按此推算，250萬(wàn)前的生物，其DNA到如今只剩下三萬(wàn)分之一！僅憑這點(diǎn)DNA，就能將生命復(fù)活，開(kāi)玩笑吧？所以，有人懷疑，所謂被復(fù)活的細(xì)菌，不過(guò)是污染了樣品的現(xiàn)代細(xì)菌罷了。

但從事復(fù)活壯舉的生物學(xué)家可不這么認(rèn)為。他們說(shuō)，細(xì)胞只要沒(méi)有真正死亡，就能修復(fù)自身的DNA損傷，即使修復(fù)工作進(jìn)行得很慢。

這一觀點(diǎn)得到一項(xiàng)研究的支持?？茖W(xué)家將一種從西伯利亞凍土中提取并復(fù)活的2萬(wàn)年前的細(xì)菌，置于-15℃的冷凍狀態(tài)，然后照射可破壞DNA的紫外線。幾百天內(nèi)，細(xì)菌體內(nèi)的DNA不斷受損，似乎看不到任何修復(fù)的跡象。但之后，一些細(xì)菌開(kāi)始慢慢地把它們的DNA碎片重新粘在一起。

食物匱乏，自有法寶

對(duì)于這些“詐尸還魂”的生命，令人還感興趣的是，它們靠吃什么才能活這么久？換成我們，即便帶上一個(gè)食品柜，吃上幾年，貨架子恐怕早已空空如也了。

但帶上一個(gè)“食品柜”，確實(shí)能大大提高生存的概率。2009年，一個(gè)研究小組報(bào)告，他們從3萬(wàn)年的鹽晶中復(fù)活了微生物。關(guān)鍵的一點(diǎn)是，成功復(fù)活的個(gè)體，無(wú)一例外都與藻類(lèi)細(xì)胞凍在一起。它們通過(guò)吃從死去的藻類(lèi)細(xì)胞中溢出的甘油而活命。據(jù)估計(jì)，僅一個(gè)藻類(lèi)細(xì)胞提供的甘油，就可維持一個(gè)微生物個(gè)體存活1200萬(wàn)年。

此外，有一點(diǎn)也有助于它們茍延殘喘。當(dāng)水結(jié)成冰時(shí)，任何雜質(zhì)（包括營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)）都會(huì)從冰晶中擠出，成為鹽分極高的液體小泡。這種水泡可以在-15℃依然保持液態(tài)。被復(fù)活的微生物，大多都生活在這些水泡里。濃縮的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可讓它們?cè)陴囸I的邊緣生存很久。

不過(guò)，話又說(shuō)回來(lái)，即便食物匱乏，它們也有對(duì)付的妙招?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，讓已復(fù)活的微生物挨餓幾個(gè)月之后，它們棒狀的身體機(jī)械地分裂成了小球形。這或許是它們的生存策略。因?yàn)檩^小的體型需要更少的能量，而且分裂之后，總體積不變，但與外界接觸的總表面積卻大大增加了。這意味著它們更容易吸收周?chē)臓I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

當(dāng)然，有些事情能省則省了，比如說(shuō)繁殖，微生物素來(lái)以繁殖速度驚人而著稱。通常情況下，一個(gè)細(xì)菌在死之前，要繁殖十代。但是，在“時(shí)間膠囊”中的微生物，繁殖活動(dòng)似乎停止了，否則有限的資源很快會(huì)被耗盡。

進(jìn)化也停滯了

人們感興趣的還有一點(diǎn)是，通常認(rèn)為，進(jìn)化是所有生命不可避免的：通過(guò)一代又一代的繁衍，生物體內(nèi)積累著推動(dòng)進(jìn)化的微小突變。但是，如果不能繁殖，還會(huì)發(fā)生進(jìn)化嗎？

一個(gè)研究小組分析了從海床底下收集來(lái)的細(xì)菌DNA，其中一些細(xì)菌已經(jīng)被掩埋了5000多年。他們發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)菌盡管沒(méi)有進(jìn)行繁殖，但它們的DNA與海床上正常繁殖的細(xì)菌的DNA幾乎一樣。換句話說(shuō)，沒(méi)有證據(jù)表明細(xì)菌已經(jīng)積累了突變，以便適應(yīng)地下的生活。這令人驚訝，因?yàn)檫@些生物群落經(jīng)歷了數(shù)千年的環(huán)境變化，從海床到很深的地下，而它們并沒(méi)有出現(xiàn)適應(yīng)性進(jìn)化。這似乎違反了我們通常理解的生物學(xué)規(guī)則。

這給了生物學(xué)家一個(gè)不同尋常的機(jī)會(huì)來(lái)研究進(jìn)化本身。比如有一種生活于淡水湖中的微型甲殼類(lèi)動(dòng)物，叫水蚤。它們的卵附著在湖床上。任何沒(méi)有及時(shí)孵化的卵，都會(huì)被漸漸埋入湖底的淤泥里。科學(xué)家從沉積物中收集這些卵，并讓它們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中孵化。于是，一只只古代的水蚤誕生了。有些卵已有六七百年高齡。迄今為止，水蚤是被復(fù)活的最古老的動(dòng)物。

隨后，科學(xué)家將由古代的卵孵化而來(lái)的水蚤和現(xiàn)代水蚤，或置于含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)少的水中，以模擬古代的環(huán)境；或置于含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)多的水中，以模仿現(xiàn)代的環(huán)境，然后觀察它們的生存競(jìng)爭(zhēng)。出乎意料的是，不論在古代還是現(xiàn)代的環(huán)境，現(xiàn)代水蚤總是勝出。難道現(xiàn)代水蚤比它的祖先還更適應(yīng)古代的環(huán)境嗎？打個(gè)比方，難道現(xiàn)代人比六七百年前的古人更能適應(yīng)古代那種沒(méi)自來(lái)水、沒(méi)電、沒(méi)網(wǎng)的環(huán)境嗎？這個(gè)令人困惑的謎至今依然沒(méi)有解決。

復(fù)活生物無(wú)處不在

復(fù)活微生物的存在也許比我們想象的還普遍。不妨設(shè)想一下，地球表面頻繁的地質(zhì)活動(dòng)，會(huì)經(jīng)常把一些被埋入地下的微生物帶回地表，如果它們還活著，甚至還可以跟現(xiàn)代的微生物雜交。這種“穿越”式的交配，或許廣泛存在于野生環(huán)境中。一些研究人員認(rèn)為，微生物的進(jìn)化之所以在冰期之后加速了，部分原因可歸于此。

隨著全球氣候變暖，復(fù)活的古代生物跟人類(lèi)的生活越來(lái)越密切相關(guān)。譬如，在2016年，西伯利亞的炭疽爆發(fā)，至少導(dǎo)致一人死亡。為此次事故負(fù)責(zé)的病原體，據(jù)稱來(lái)自70年前死于炭疽的馴鹿遺體。幾十年來(lái)，尸體一直被保存在永久凍土中，但一場(chǎng)熱浪將它解凍，致命的炭疽病菌也復(fù)活了，被釋放了出來(lái)。