深海微生物的啟示

沈羨云

人類在向太空進(jìn)軍的同時(shí)，也開展了向深海探險(xiǎn)的工作。那些在超高溫、缺氧、甲烷、硫化氫極端惡劣環(huán)境下生活的微生物，打開了人們的眼界，使人們獲得更多的知識(shí)。通過(guò)對(duì)深海火山微生物的研究，人們得到以下幾點(diǎn)新的認(rèn)識(shí)。

惡劣環(huán)境下有豐富生態(tài)系統(tǒng)的原因

在深海，陽(yáng)光照射不到如此深的地方，到處是漆黑的一團(tuán)，無(wú)法進(jìn)行光合作用，因此深海區(qū)域植物是無(wú)法生存的。沒(méi)有植物提供養(yǎng)料，一般來(lái)說(shuō)，也不會(huì)有微生物和其他動(dòng)物。但事實(shí)表明在深海火山處有豐富的生態(tài)系統(tǒng)，那么它是如何形成的?靠什么來(lái)維持生命?

通過(guò)研究，科學(xué)家們認(rèn)為這是由于在海底深處，較冷的海水通過(guò)海底裂縫滲入到灼熱的地殼下面，滲進(jìn)去的海水被加熱到幾百度，又通過(guò)火山口回吐回來(lái)，被加熱的海水中含有大量的礦物質(zhì)和硫化氫，硫化氫是氧化硫菌維持生命所必需的“食物”。氧化硫菌是一種耐高溫的細(xì)菌，是整個(gè)火山生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈基礎(chǔ)。細(xì)菌為浮游生物等較大生物提供了食物。因此，火山附近的整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)不是靠著光合作用，而是靠著硫化氫維持其勃勃生機(jī)。

火山微生物防止氣候變暖

科學(xué)家們?cè)?jīng)發(fā)出警告說(shuō)，與陸地火山不同，海底火山活動(dòng)時(shí)，噴涌出的不是熔巖和火焰，而是大量的泥漿和甲烷，甲烷是造成全球出現(xiàn)溫室效應(yīng)的元兇之一。但是，由于海底火山一般都擁有由一些至今尚不為人所知的遠(yuǎn)古微生物組成的獨(dú)立生態(tài)系統(tǒng)，甲烷是這些海底火山周圍生存微生物的“食物”，這些微生物的存在可能消除部分甲烷對(duì)人類的威脅。最近，德法聯(lián)合研究小組在挪威一座火山考察時(shí)，發(fā)現(xiàn)了3種生活在火山口的單細(xì)胞生物，其中有一種細(xì)菌被證明可在氧氣的作用下“吃掉”甲烷。經(jīng)檢測(cè)，證明這種細(xì)菌可以分解火山所產(chǎn)生的40％甲烷，這有助于控制全球變暖的趨勢(shì)。

探素生命的起源

科學(xué)家們一直認(rèn)為，海底火山噴發(fā)時(shí)形成巨大的“間歇噴泉”可產(chǎn)生高溫化學(xué)反應(yīng)，地球上最初的生命形態(tài)可能是在這種高溫化學(xué)反應(yīng)中誕生的。200／年，美國(guó)地質(zhì)學(xué)家宣布，他們?cè)谥袊?guó)境內(nèi)一處礦井中的古老火山裂縫之中發(fā)現(xiàn)了生活在大約14.3億年前地球上一些最早期生物，其形成時(shí)間比此前在火山中發(fā)現(xiàn)的最古老生物還要早10億年。發(fā)現(xiàn)這些古老生物遺跡的地方曾是海底火山的一部分。地質(zhì)學(xué)家提莫吉·卡斯基說(shuō)：“新發(fā)現(xiàn)的這些古老生物遺跡表明，微生物是地球上最古老、進(jìn)化最慢的生命形態(tài)。”他指出，目前越來(lái)越多的證據(jù)顯示，地球上的生命并非誕生在那些陽(yáng)光充足的小型水池之中，那些雷合硫化氫等有機(jī)物的深水區(qū)才是生命的真正誕生地。

引發(fā)火星生命討論

2004年，科學(xué)察在冰島發(fā)現(xiàn)一個(gè)處于火山口內(nèi)的冰川湖，湖深達(dá)100米，上面覆蓋著300米厚的冰。科學(xué)家制作了整個(gè)湖底生態(tài)系統(tǒng)的基因圖譜，證明了他們?cè)诤锇l(fā)現(xiàn)的細(xì)菌不同于在冰川上面雪地里發(fā)現(xiàn)的所有細(xì)菌。這種冰島細(xì)菌生活的冰冷、黑暗環(huán)境與火星環(huán)境相似，因?yàn)楝F(xiàn)在已經(jīng)知道火星上有地下冰，也可能有冰川和火山活動(dòng)。因此冰島冰川湖中發(fā)現(xiàn)生命存在的現(xiàn)象，引起對(duì)火星潛在生命的思考。

用深海微生物生產(chǎn)生物燃料

能否通過(guò)對(duì)深海微生物的研究使它為人類生活服務(wù)呢?這是今后研究的方向，科學(xué)家們正在朝此方向努力。美國(guó)科學(xué)家正在研究用深海微生物生產(chǎn)生物燃料乙醇。乙醇的生產(chǎn)原料是纖維素，纖維素原料來(lái)源十分廣泛，如木材廢料和各種草類都可提供纖維素，但纖維素難于降解，影響乙醇的生產(chǎn)量和成本。極端嗜熱微生物有某種特定的酶可以把纖維素轉(zhuǎn)化為糖類，糖類在轉(zhuǎn)化為氫氣時(shí)可以產(chǎn)生乙醇。因此，開展深海極端嗜熱微生物將纖維素轉(zhuǎn)化為氫氣和生物乙醇的研究是十分有用的。美國(guó)微生物學(xué)家詹姆士·哈頓正在對(duì)來(lái)自深海火山環(huán)境的微生物開展研究，研究的目的在于培育并發(fā)現(xiàn)新的極端嗜熱微生物，對(duì)火山生態(tài)環(huán)境建模，并決定這些極端嗜熱微生物是否可用于生產(chǎn)生物燃料。

責(zé)任編輯蒲暉