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，如果你在地面上定一個點位，然后開始向地心跑，沿途5000米的路徑上都能看到微生物。

大部分人可能從來沒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絀了，前者加起來約有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，全部加起來有400億噸，這是地球上最大的微生物群之一，而我們在幾十年前才發(fā)現(xiàn)它們的存在。所以地表下的生活是什么樣的，或者它們對人類有多么巨大的影響，還無法被估量。

為研究微生物群，凱倫的團隊在全球各地都有取樣，但是采樣地點的數(shù)量還遠遠不夠，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之一是代謝極慢，這與持續(xù)缺乏氧氣或營養(yǎng)物質(zhì)有關(guān)。它們數(shù)量過于龐大，成長得很緩慢，更有甚者從古埃及時代之后甚至都沒有完成過一次細胞分裂。我們到底該如何去研究它們呢？

早在20世紀80年代，一位名叫約翰·派克斯的英國科學(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巨大并生機勃勃的微生物圈，深入海床達幾百甚至幾千米。然而，當(dāng)時并沒人相信他，因為海洋沉積處可能是地球上最枯燥乏味的地方了——那里沒有陽光，沒有氧氣，沒有新鮮的食物供給鏈。人們都認為在那死氣沉沉的海底深處尋找生命簡直是不可能的。

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

然而，這項研究的難點在于，這些微生物在顯微鏡下看起來都一樣。例如：一個可以呼吸鈾的微生物和一個可以產(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，它們只會是一個個小點點。所以科學(xué)家們無法通過它們的樣子來辨別它們。這時，就需要用脫氧核糖核酸（DNA）來分清誰是誰了。

凱倫試圖通過DNA數(shù)據(jù)來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家譜的話，我們就可以看到誰跟誰的聯(lián)系更緊密。當(dāng)拿到深海底部樣品的DNA序列時，科學(xué)家們會想知道它們位于這個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。

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

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)實驗。然而，不管科學(xué)家們投喂什么，它們都不成長。直到今天，仍然沒有人可以讓那些來自深海的微生物在培養(yǎng)基上長大。也許這聽起來很令人失望，但凱倫卻覺得這種奇特結(jié)果其實很令人振奮，因為這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量數(shù)據(jù)結(jié)合到一起，成功計算出，每個深海微生物只需要一仄普托（zepto，數(shù)量級為10-21）瓦的能量——這是少到幾乎沒有的超微量單位，幾乎比我們之前想的可以支撐生命的能量要少很多。

所以，一個微生物靠著這么微小的能量生活，是不可能快速成長的。也許深海的下表層這個極度無聊的環(huán)境其實對這些微生物來說，是一種財富。它們不會被一場風(fēng)暴沖刷走，也不會被海草覆蓋，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養(yǎng)是時間——科學(xué)家們沒法提供的東西。當(dāng)科學(xué)家們在培養(yǎng)基上繁殖它們，它們可能會看看科學(xué)家們的食物說：“謝謝，我決定加速繁殖，要在下個世紀分裂一個新細胞。”它們一直在變化，可能這種變化只是慢到無法被發(fā)現(xiàn)。

為什么其他的生物動作那么快？這是因為其他生物被太陽主宰著。當(dāng)生命弄清怎么通過光合作用從太陽獲取能量時，就不得不加速，然后適應(yīng)白天黑夜的輪回。在這個意義上，太陽給了我們一個加速的理由，也給了我們加速的原料，太陽就是我們跳動著的心臟。

而深海下表層像一個與太陽完全隔離的循環(huán)系統(tǒng)，它的演變在被漫長的地質(zhì)“韻律”驅(qū)使。一個單細胞的生命長度目前還沒有理論上的限制，只要有一丁點兒的能量可以用，理論上講，一個細胞可以存活幾十萬年甚至更久。強行讓一個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得如此緩慢的機制，那我們就可以在癌細胞中模擬這個機制，從而減緩癌細胞的分裂。當(dāng)然，這還只是科學(xué)猜測。

生命，幾乎無處不在，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招呼！