深海層泥下的小生命

王治鈞

目前，人類可以找到微生物的最大深度是地下5000米，也就是說(shuō)，如果你在地面上定一個(gè)點(diǎn)位，然后開(kāi)始向地心跑，沿途5000米的路徑上都能看到微生物。

大部分人可能從來(lái)沒(méi)想到這些微生物還存在于地殼的深處，但是都知道我們的內(nèi)臟里有很多微生物。如果將地球上所有生物的內(nèi)臟微生物全部加在一起，它們的重量約有10萬(wàn)噸。但是，與在土壤里、河里和海里的微生物相比，內(nèi)臟里的微生物就相形見(jiàn)絀了，前者加起來(lái)約有20億噸。

然而，上述這些只是“冰山一角”。大部分地球上的微生物都在地殼深處，全部加起來(lái)有400億噸，這是地球上最大的微生物群之一，而我們?cè)趲资昵安虐l(fā)現(xiàn)它們的存在。所以地表下的生活是什么樣的，或者它們對(duì)人類有多么巨大的影響，還無(wú)法被估量。

為研究微生物群，凱倫的團(tuán)隊(duì)在全球各地都有取樣，但是采樣地點(diǎn)的數(shù)量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，樣本量并不能支撐這一科學(xué)研究。而且這些微生物最不尋常的特點(diǎn)之一是代謝極慢，這與持續(xù)缺乏氧氣或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有關(guān)。它們數(shù)量過(guò)于龐大，成長(zhǎng)得很緩慢，更有甚者從古埃及時(shí)代之后甚至都沒(méi)有完成過(guò)一次細(xì)胞分裂。我們到底該如何去研究它們呢？

早在20世紀(jì)80年代，一位名叫約翰·派克斯的英國(guó)科學(xué)家也同樣沉迷于地下深層微生物研究，他相信在全世界的海洋底部都有一個(gè)巨大并生機(jī)勃勃的微生物圈，深入海床達(dá)幾百甚至幾千米。然而，當(dāng)時(shí)并沒(méi)人相信他，因?yàn)楹Ｑ蟪练e處可能是地球上最枯燥乏味的地方了——那里沒(méi)有陽(yáng)光，沒(méi)有氧氣，沒(méi)有新鮮的食物供給鏈。人們都認(rèn)為在那死氣沉沉的海底深處尋找生命簡(jiǎn)直是不可能的。

但是在2002年，約翰得到了一個(gè)在決心號(hào)大洋鉆探船上考察的機(jī)會(huì)，終于拿到真正的深海下表層樣本，而且樣本在科考過(guò)程中沒(méi)有受到任何表層微生物的污染。

然而，這項(xiàng)研究的難點(diǎn)在于，這些微生物在顯微鏡下看起來(lái)都一樣。例如：一個(gè)可以呼吸鈾的微生物和一個(gè)可以產(chǎn)生火箭燃料的微生物，它們和一些深海泥混在一起，然后把它們放在顯微鏡下觀察，它們只會(huì)是一個(gè)個(gè)小點(diǎn)點(diǎn)。所以科學(xué)家們無(wú)法通過(guò)它們的樣子來(lái)辨別它們。這時(shí)，就需要用脫氧核糖核酸（DNA）來(lái)分清誰(shuí)是誰(shuí)了。

凱倫試圖通過(guò)DNA數(shù)據(jù)來(lái)展示一群物種彼此之間的關(guān)系。用這些DNA序列相同和不同之處做一個(gè)家譜的話，我們就可以看到誰(shuí)跟誰(shuí)的聯(lián)系更緊密。當(dāng)拿到深海底部樣品的DNA序列時(shí)，科學(xué)家們會(huì)想知道它們位于這個(gè)地球家譜上的什么位置，它們的DNA要如何跟地球上的其他生物排在一起。

通過(guò)研究，科學(xué)家們得出：第一，它們有很多種類，并非是一個(gè)存活在惡劣環(huán)境下的小小物種，而是很多種類并存;第二，它們與我們之前見(jiàn)過(guò)的生物一點(diǎn)都不像，彼此之間也大不相同，就像我們跟松樹(shù)不同一樣。所以說(shuō)，這是一個(gè)嶄新并高度多樣化的地球微生物圈，而在20世紀(jì)80年代以前沒(méi)人知道它的存在。

科學(xué)家們希望在培養(yǎng)基上觀察這些奇異的物種，以便用它們做真正的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。然而，不管科學(xué)家們投喂什么，它們都不成長(zhǎng)。直到今天，仍然沒(méi)有人可以讓那些來(lái)自深海的微生物在培養(yǎng)基上長(zhǎng)大。也許這聽(tīng)起來(lái)很令人失望，但凱倫卻覺(jué)得這種奇特結(jié)果其實(shí)很令人振奮，因?yàn)檫@意味著有許許多多未知有待發(fā)掘。

凱倫的同事們把從世界不同地方的測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)合到一起，成功計(jì)算出，每個(gè)深海微生物只需要一仄普托（zepto，數(shù)量級(jí)為10-21）瓦的能量——這是少到幾乎沒(méi)有的超微量單位，幾乎比我們之前想的可以支撐生命的能量要少很多。

所以，一個(gè)微生物靠著這么微小的能量生活，是不可能快速成長(zhǎng)的。也許深海的下表層這個(gè)極度無(wú)聊的環(huán)境其實(shí)對(duì)這些微生物來(lái)說(shuō)，是一種財(cái)富。它們不會(huì)被一場(chǎng)風(fēng)暴沖刷走，也不會(huì)被海草覆蓋，它們要做的就是存在著。

凱倫猜想，這些深海微生物在培養(yǎng)基上缺少的根本不是食物，也不是任何化學(xué)物質(zhì)，也許它們真正想要的營(yíng)養(yǎng)是時(shí)間——科學(xué)家們沒(méi)法提供的東西。當(dāng)科學(xué)家們?cè)谂囵B(yǎng)基上繁殖它們，它們可能會(huì)看看科學(xué)家們的食物說(shuō)：“謝謝，我決定加速繁殖，要在下個(gè)世紀(jì)分裂一個(gè)新細(xì)胞?！彼鼈円恢痹谧兓赡苓@種變化只是慢到無(wú)法被發(fā)現(xiàn)。

為什么其他的生物動(dòng)作那么快？這是因?yàn)槠渌锉惶?yáng)主宰著。當(dāng)生命弄清怎么通過(guò)光合作用從太陽(yáng)獲取能量時(shí)，就不得不加速，然后適應(yīng)白天黑夜的輪回。在這個(gè)意義上，太陽(yáng)給了我們一個(gè)加速的理由，也給了我們加速的原料，太陽(yáng)就是我們跳動(dòng)著的心臟。

而深海下表層像一個(gè)與太陽(yáng)完全隔離的循環(huán)系統(tǒng)，它的演變?cè)诒宦L(zhǎng)的地質(zhì)“韻律”驅(qū)使。一個(gè)單細(xì)胞的生命長(zhǎng)度目前還沒(méi)有理論上的限制，只要有一丁點(diǎn)兒的能量可以用，理論上講，一個(gè)細(xì)胞可以存活幾十萬(wàn)年甚至更久。強(qiáng)行讓一個(gè)微生物在我們的培養(yǎng)皿中存活，等于是在要求它們適應(yīng)我們瘋狂的、以太陽(yáng)為中心的快速生活方式，也許它們有其他更重要的事情要做呢。

想象一下，如果我們研究出它們之所以可以成長(zhǎng)得如此緩慢的機(jī)制，那我們就可以在癌細(xì)胞中模擬這個(gè)機(jī)制，從而減緩癌細(xì)胞的分裂。當(dāng)然，這還只是科學(xué)猜測(cè)。

生命，幾乎無(wú)處不在，在研究深層生物圈方面，我們才剛剛起步。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，也許有一天，我們可以和地球上全部的生命打個(gè)招呼！