極端生命新發現

謝小軍

早在幾十年前，人們就注意到一類被稱為極端微生物的微小生命，那些對于大部分地球生命猶如地獄的火山口、冰川、鹽湖等惡劣的自然環境對它們而言卻是棲息繁衍的天堂。分子遺傳學的研究表明，它們中的大部分成員在進化上也是很獨特的，屬于被科學家們稱為古菌的生物類群。這類生物既有別于細菌，又有別于更高級的真核生物，它們也許是世界上現存的最古老的生命。幾十年來，新的極端生命形式不斷被人們發現和認識，它們一次次地打破生命的極限，一次次地沖擊人們對生命現象的傳統觀念。以下是近年來新發現的一些此類生命，關于它們的發現和研究報告均全文發表于美國《科學》或英國《自然》雜志上。

冰凍的生命

沃斯托克湖是位于南極俄羅斯沃斯托克科考站附近的一個液態湖泊，其大小相當于美國的安大略湖。它的特別之處在于湖面上覆蓋著厚達3600米的冰層，由于地熱和冰層的隔熱作用，湖水的溫度僅比冰點低幾攝氏度，并且由于冰層產生的巨大壓力，湖水仍能保持液態。該湖于20世紀70年代被機載聲測雷達發現，但其大小直到1996年才被弄清，多年來科學家們很想弄清楚湖水中是否存在生命。1999年，一個國際合作小組對沃斯托克湖進行了研究，為了不污染湖水，他們并未鑿穿冰層，而是在距湖面50米處取出了一些由湖水結成的冰芯樣品來分析。在電子顯微鏡下，冰芯上一幅幅微生物生活的生動畫面呈現在人們眼中。據推測，沃斯托克表層湖水中的微生物濃度大約是每毫升十萬到百萬個，這個數字雖然是相當可觀的，但微生物的種類卻顯得不那么豐富，主要是一些細菌和放線菌。這些微生物也許與世隔絕了上百萬年。

沃斯托克湖中生命的發現大大激起了科學家們對歐羅巴星球存在生命的信心。歐羅巴星是木星的第二顆衛星，多年來科學家們就一直猜測由于地熱和來自木星巨大引力引起的潮汐揉搓的作用，在其表層厚達三四千米的冰層下很可能是一個奔涌浩瀚的液態海洋。自1995年以來，多次掠過歐羅巴星的“伽利略”號探測器提供了許多關于它擁有一個鹽水液態海洋的新證據，并且“伽利略”號傳回的信息同時還表明它的鄰居木衛四甚至木衛三也可能擁有一個類似的海洋。在科學家眼中，歐羅巴無疑是一個被放大的沃斯托克湖，既然沃斯托克湖能夠支撐生命的生存，那歐羅巴又為什么不能呢？

不朽的生命

很多細菌在遇到惡劣環境時，菌體可以形成一種叫芽孢的休眠體，它對熱、干燥、輻射都有很強的抗性；當環境重新變得適宜細菌生活時，芽孢又萌發為菌體。芽孢的休眠能力相當驚人，休眠幾百年甚至幾千年的芽孢重新萌發的例子并不鮮見。迄今為止，最為罕見的例子是分離自一只埋在琥珀中的2500萬年前的蜜蜂身上的芽孢仍然可以萌發。但前不久，一組美國科學家卻宣稱，他們喚醒了“休眠”了2.5億年的芽孢，這些芽孢原本沉睡在一個古老的地下巖洞的一些鹽結晶體中?？茖W家們小心地在無菌狀態下將它們取出并轉移到新的培養基上，很快它們便“蘇醒”過來并進行代謝活動和繁殖。它們十分喜歡鹽分，必須在含有20％鹽分的培養基上方能生長。這些古老的細菌非常類似今天的芽孢桿菌，可能二者存在親緣關系。目前，這組美國科學家正在分析5億年前甚至8億年前的鹽晶體，以期有更驚人的發現。

這一驚人的發現似乎為生命來自太空提供了佐證。生命的種子要從一個星球向另一個星球撒播，必須經受住漫長太空旅行的考驗。它們能否經受住如此嚴酷的考驗的確也考驗著人們的想象力，美國科學家的發現似乎為這個問題提供了一個肯定的答案。

來自深層地下的生命

在深層地下也存在生命是勿庸置疑的，很早以前人們就從深層礦井中分離到微生物?？茖W家們曾在南非的一個金礦下3.2千米處發現微生物，但這可能并不算是深層地下生命的極限。一些科學家曾指出，地層深度對微生物來說也許根本不是一個限制，真正的限制可能是溫度。目前世界上公認的最耐熱的生命是一種超嗜熱古菌——熱葉菌，它可在113℃下生存，這相當于地下5千米處的溫度。深層地下生命生存的地方除了光禿禿的巖石和一些水外，就是高溫和無邊的黑暗，那么這些微生物是靠什么生存的呢？

深層地下顯然缺乏大部分微生物生存所需的有機物，即使存在的少量有機物也不足以維持相對繁榮的微生物群落，于是人們自然把目光轉移到地球上的一類獨特的生物——利用化學能的微生物。這類微生物的生存不依賴于陽光，僅靠氧化某些還原性物質（如氫氣、硫化氫、亞鐵離子）來獲得能量進而把二氧化碳轉化為自身的物質，深層地下生命系統或許就是以這類微生物作為初級生產者。不久前，一組美國科學家宣布發現了一個微生物群落，DNA的分析表明這些地下微生物屬于一類產甲烷的古菌，它們在嚴格厭氧的條件下靠氧化溶解在水中的氫氣獲得能量，在利用二氧化碳的同時產生甲烷這種副產品。它們生存所需的氫氣據推測來自巖石和水的一些微妙的化學反應。

地下生命的發現無疑證明了地下也可能是生命的樂土，這可能為我們尋找外星生命指示了方向。到目前為止，尚未在我們的近鄰火星表面發現液態水和生命的蹤影，但火星表面明顯有被洪水沖刷的痕跡，這證明至少在其歷史上水是很充裕的?，F在的疑問是：這些水上哪里去了？火星上是否還殘存有水？一個可能的答案是部分水滲到了火星地表下并且保留到了今天。最近奧德賽探測器在火星南半球淺表層發現了大量水冰，這似乎也證實了這種猜想。如果真是如此，火星地下少量的液態水就足以維持一個生機勃勃的“食氫”細菌世界。

嗜壓生命

以前人們早已從大洋底部、深層礦井這些地方分離到嗜壓或耐壓的微生物，但它們能承受1000個大氣壓就相當了不起了。近期的一篇報告讓科學家們大跌眼鏡：在科學家們制造的超過10000個大氣壓的環境中，100萬個受試大腸桿菌和另外一種細菌中的1％居然仍能夠存活并完成正常的代謝活動。這似乎已超過了人們的想象，因為這個壓力相當于地殼下30千米或一個假想的海面下100千米處的壓力，而大腸桿菌在人們眼中可是最普通的細菌啊!這一發現表明木衛二、木衛三和木衛四等星球的深水及冰層，以及火星的極地冰蓋下的超高壓并不一定能阻礙細菌的正常生長。

嗜酸生命

自然界中有許多喜歡酸性環境的細菌，科學家們稱之為嗜酸菌，它們在酸性條件下旺盛生長，在中性或堿性條件下生長不良，甚至死亡。最近，美國科學家們的發現卻堪稱這類細菌的極限。他們在測量一個廢棄銅礦的酸礦水深度時意外發現水中充滿了細菌，這些細菌生長的最適應pH值是1.2，但它們最低可以耐受到pH值為0（氫離子濃度比普通細胞正常生長所需高出100萬倍）的酸度，在酸度超過pH值為2.5后便不再生長。更奇妙的是，這些細菌居然沒有普通細菌都有的保護性外殼——細胞壁，而只裹了一層細胞膜。它們是如何靠這層薄薄的細胞膜抵御強酸和酸礦水中的大量重金屬離子的毒害還不得而知，但據推測，這些細菌在酸礦水的形成和鐵、硫的礦質循環中扮演著重要角色。目前科學家們已在其他礦場中發現了類似的細菌，可見它們有可能廣泛分布在自然界中。

可以肯定，在我們的星球上還有許多極端生命尚未被人類發現，要完全揭開這些生命的奧秘尚需漫長和艱巨的工作，但目前的這些發現意義畢竟重大，它大大拓展了生命生存的疆域，無疑也支持了20世紀微生物學家布勞克提出的“只要水保持液態就有發生生命的可能”的觀點。這些都必將為人類對生命現象的認識帶來質的飛躍，為我們尋找外星生命帶來無窮的信心。

顧國建圖