一滴海水中的微生物奧秘

撰文/童國慶

一滴海水中的微生物奧秘

撰文/童國慶

◎科學家揭示出一滴海水中微生物之間的關系，讓人感慨：海洋處處有故事。

每一滴海水中都有無數的故事在發生或者已經結束，但是故事的情節比我們看電視劇要復雜和深奧得多，很多奧秘我們人類到目前還難以掌握。

每滴海水的具體故事，取決于你所觀察的是哪一滴海水，以及你是在什么時候觀察的。在太陽光能夠照射到的海域，每滴海水中大約含有100萬個微生物，它們吸收所需要的物質，排出不需要的物質，不停地進行新陳代謝和繁殖，然后死去。它們隨時有可能被別的微生物吃掉，或者被餓死，或者成為病毒感染的對象。一些微生物彼此相互爭奪海水中的資源，而另外一些微生物則相互配合、相互依賴。一滴海水的故事可能缺乏浪漫和激烈的戰爭，但是每滴海水中所進行的故事卻充滿了生命的精彩和生存的傳奇。

一滴海水實在是太小了，而微生物則更加渺小。它們之間的那些看不見的、復雜的小故事似乎無關緊要，那么，我們為什么還要去觀察它們呢？

我們這個星球的四分之三被海水所覆蓋，這些海水大約有1萬億萬億滴，而一滴海水的大小又是微生物體積的10萬倍以上。這意味著，我們這個星球上微生物組織的生存規模是巨大的。理解這些微生物之間的關系，有助于我們預測未來海洋環境變化情況下海洋生物的生存或者滅亡。

但是，我們如何能看到海洋微觀層面上發生的故事呢？觀看每滴海水中的故事，并不像我們看電視那么簡單。你可以盯著一個充滿海水的燒杯一整天，卻什么也看不到。了解海洋微生物的故事，得需要具備一些生物和化學方面的知識。

◎誰在制造，誰在吃？

對一滴海水的研究，海洋微生物學家花費了很多時間和精力，試圖回答看似簡單的兩個問題：“每滴海水中有些什么？”以及“它們在做些什么？”

科學家們正在使用基因的方法來研究海水中的微生物，而幾十年前，我們人類對基因還一無所知。雖然現在人們對于海洋中究竟有哪些微生物已經有所了解，但對于它們究竟在做些什么仍然知之甚少。一些關于海洋微生物是如何生存等問題仍然是奧秘。由于人類這方面知識的缺乏，所以我們對于一滴水中所發生的故事難以理解和掌握。

一個根本的疑問是微生物是如何攝取食物和如何排除廢物。盡管很微小，許多海洋微生物卻是相當活躍的。總的來說，這些微生物就像是許多微觀的“農場”和“車間”，在不停地生產和消費大量的物質。

科學家將活體組織所生產的含碳物質稱為有機碳。事實證明，大氣層中的二氧化碳的數量與海洋中溶解的有機碳的數量是大致相等的。但是，這些溶解的有機碳究竟是什么，以及它們到底來自何方呢？

◎“自養”還是“異養”？

我們先從所謂的“自養型”生物說起吧。自養型生物就是自己可以制造食物的生物，有很多是依賴于光合作用。它們利用太陽光將二氧化碳合成有機碳，自養型生物體利用這些有機碳進行生長和繁殖。很多陽光能夠照射到的海域中的微生物都是自養型的。這些微生物所生產的有機碳構成的海洋食物網的基礎，最終為幾乎所有的海洋生物提供食物。

不能自己制造食物的生物就是異養型生物。它們必須吃一些自養型生物所制造的有機物，或者吃一些其他異養型生物來維持生存。很多海水中的微生物也是異養型的，和我們人類一樣，它們需要進食有機碳才能生存，但是卻不會自己利用二氧化碳制造有機碳，只能直接或者間接地從其他微生物的身上獲取有機碳。

◎一個異養型微生物，在沒有“牙齒”或“手腳”的情況下是如何吃掉另一個與它差不多大小的微生物的呢？

答案是：它們并不直接去吃。雖然一些較大的海洋微生物確實會整個地吞噬某些微生物，但實際上，海洋中大多數的異養型微生物并不以其他微生物的器官或者組織為食。其實，每滴海水中都溶解有豐富的有機碳化合物，它們可以直接以這些有機碳為食。

但是，這些化合物到底從哪里來的？它們是由自養型生物生產的，但卻由于各種原因并不存在于任何生物體的體內。較大的生物體吞噬微生物時并不是整個兒地吞下，就像坐在高腳椅上的嬰兒，吃東西時總會將食物掉得七零八落的。自養型海洋生物也有可能會感染上病毒，感染后有機組織就會爆裂開來，促使機體中的碳水化合物溶解在海水中。

科學家還發現，自養型微生物還會直接將細胞中的碳水化合物排放到海水中。目前尚不清楚為什么會出現這種情況。這可能是它們制造了太多的有機碳，而將不需要的部分排除體外。另外，自養型微生物在受到威脅或者壓力后也會釋放出有機物。不管是什么原因，許多海洋自養微生物所產生的有機碳最終成為非生命性物質，而這些物質就成為異養微生物主要的食物來源。