深海微生物的啟示

沈羨云

人類在向太空進軍的同時，也開展了向深海探險的工作。那些在超高溫、缺氧、甲烷、硫化氫極端惡劣環境下生活的微生物，打開了人們的眼界，使人們獲得更多的知識。通過對深海火山微生物的研究，人們得到以下幾點新的認識。

惡劣環境下有豐富生態系統的原因

在深海，陽光照射不到如此深的地方，到處是漆黑的一團，無法進行光合作用，因此深海區域植物是無法生存的。沒有植物提供養料，一般來說，也不會有微生物和其他動物。但事實表明在深海火山處有豐富的生態系統，那么它是如何形成的?靠什么來維持生命?

通過研究，科學家們認為這是由于在海底深處，較冷的海水通過海底裂縫滲入到灼熱的地殼下面，滲進去的海水被加熱到幾百度，又通過火山口回吐回來，被加熱的海水中含有大量的礦物質和硫化氫，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菌，是整個火山生態系統的食物鏈基礎。細菌為浮游生物等較大生物提供了食物。因此，火山附近的整個生態系統不是靠著光合作用，而是靠著硫化氫維持其勃勃生機。

火山微生物防止氣候變暖

科學家們曾經發出警告說，與陸地火山不同，海底火山活動時，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溫室效應的元兇之一。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古微生物組成的獨立生態系統，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人類的威脅。最近，德法聯合研究小組在挪威一座火山考察時，發現了3種生活在火山口的單細胞生物，其中有一種細菌被證明可在氧氣的作用下“吃掉”甲烷。經檢測，證明這種細菌可以分解火山所產生的40％甲烷，這有助于控制全球變暖的趨勢。

探素生命的起源

科學家們一直認為，海底火山噴發時形成巨大的“間歇噴泉”可產生高溫化學反應，地球上最初的生命形態可能是在這種高溫化學反應中誕生的。200／年，美國地質學家宣布，他們在中國境內一處礦井中的古老火山裂縫之中發現了生活在大約14.3億年前地球上一些最早期生物，其形成時間比此前在火山中發現的最古老生物還要早10億年。發現這些古老生物遺跡的地方曾是海底火山的一部分。地質學家提莫吉·卡斯基說：“新發現的這些古老生物遺跡表明，微生物是地球上最古老、進化最慢的生命形態。”他指出，目前越來越多的證據顯示，地球上的生命并非誕生在那些陽光充足的小型水池之中，那些雷合硫化氫等有機物的深水區才是生命的真正誕生地。

引發火星生命討論

2004年，科學察在冰島發現一個處于火山口內的冰川湖，湖深達100米，上面覆蓋著300米厚的冰。科學家制作了整個湖底生態系統的基因圖譜，證明了他們在湖里發現的細菌不同于在冰川上面雪地里發現的所有細菌。這種冰島細菌生活的冰冷、黑暗環境與火星環境相似，因為現在已經知道火星上有地下冰，也可能有冰川和火山活動。因此冰島冰川湖中發現生命存在的現象，引起對火星潛在生命的思考。

用深海微生物生產生物燃料

能否通過對深海微生物的研究使它為人類生活服務呢?這是今后研究的方向，科學家們正在朝此方向努力。美國科學家正在研究用深海微生物生產生物燃料乙醇。乙醇的生產原料是纖維素，纖維素原料來源十分廣泛，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化為糖類，糖類在轉化為氫氣時可以產生乙醇。因此，開展深海極端嗜熱微生物將纖維素轉化為氫氣和生物乙醇的研究是十分有用的。美國微生物學家詹姆士·哈頓正在對來自深海火山環境的微生物開展研究，研究的目的在于培育并發現新的極端嗜熱微生物，對火山生態環境建模，并決定這些極端嗜熱微生物是否可用于生產生物燃料。

責任編輯蒲暉