2010年09月06日 10:07 來源：廣州日報 金葉
圖：Gettyimages 
一隻長著成年後用來覓食觸須的管海葵（tube-anemone）幼蟲 
旋藻（Lyngbya） 
等幅骨蟲（acantharia）是出現在海洋開闊水域的四種大變形蟲之一 看過電影《阿凡達》的人們，一定會對納威人與世間生靈的溝通方式記憶猶新：他們只需要將自己長長的辮子和其他的生物連接，就可以互相溝通。最近，一位丹麥的生物學家發現，原來這個“潘多拉星球”也許真的存在，它就藏在海洋深處！在那裏生活著的海洋細菌，很有可能是靠著一張奈米級的蛋白質網路來互通資訊，一切都可以在瞬間完成！
驕傲的人類現在必須承認，單細胞的海洋微生物，在很多方面確實比我們更加“聰明”。作為“萬物之靈長”的我們，也許是時候匍匐下身子，好好地向微不足道的細菌們學習一下了。要知道，它們比我們在這個星球上多生活了幾十億年，比我們知道更多在這個星球上生存的智慧。也許正是在這些微不足道的細菌身上，蘊藏著解開世間種種謎團的鑰匙。
深海發現“潘多拉星球”
生命，在沒有光合作用的深海遊戈
在上個世紀70年代之前，人們一直認為海洋的最深處是生命的禁區。因為那裏沒有陽光，不能發生光合作用。然而，1977年，當一個美國的地質小組乘坐一艘名叫“阿爾文”號的深潛器潛入東太平洋加拉帕戈斯海底裂谷2600米深的海洋深處的時候，卻在這裡發現了一個生機盎然的“海洋綠洲”。一個個像煙囪一樣的海底火山正在這裡噴吐著溫度高達350℃的熱液，而在這些熱液的旁邊，各種各樣前所未見的奇異生物正在優哉遊哉地散著步：大得出奇的紅蛤和海蟹、血紅色的管狀蠕蟲、大量的牡蠣和貽貝，還有一些類似蒲公英的生物，它們放射狀的細絲附著在海底岩石上……
在隨後的研究中科學家們發現，在這個沒有陽光的世界裏，維繫著海洋中所有生命的原來是看似微不足道的硫細菌——這種微生物可以通過氧化海底熱泉中的硫化氫而獲得生存的能量，然後它的不斷繁殖又為其他的生物提供了豐富的食源，以這種細菌為肇始，海底深處的食物鏈得以建立起來。就好像陸地上植物的葉綠素進行光合作用合成碳水化合物一樣，所不同之處只是，高能量的硫化氫取代了陽光。這種不依靠陽光而從地球內部獲取能量的“化學合成”程式，是生物科學史上的第一次發現，它具有深遠的意義是不言自明的。
然而，雖然科學家們在上世紀70年代的時候就大體知道了硫細菌靠氧化硫化氫獲得能量，但並沒有人真的搞明白這具體是怎樣的一個過程，直到今年，丹麥奧斯胡大學的一位生態學家在自己的燒瓶裏模擬了一個微型的海洋世界，然後有了驚人的發現……
原甲藻（Prorocentrum）是有兩個大瓣膜的罕見甲藻 
黏液菌 靠蛋白質“導線”溝通資訊？
拉斯彼得尼爾森是丹麥奧斯胡大學的一位生態學家，他最近做了一個實驗，想要搞明白海洋深處的微生物是如何獲取自身生活需要的能量的。
一直以來他都有一個疑問：海洋微生物是通過氧化硫化氫獲取能量，然而，海底沉積物的頂部有氧氣，但缺少礦物養分；沉積物的底部富含礦物養分，但是又沒有氧氣，面對這種“魚和熊掌不能兼得”的狀況，微生物究竟是如何完成氧化活動、獲得生存必需的能量呢？
為了解決這個問題，尼爾森決定“自製”一個海底世界來進行觀察。
他和同事在大學附近的奧斯胡灣的海底20米處挖了若干沉積物，將其帶到實驗室，放到燒瓶中，再在燒瓶中灌滿海水，這樣就營造了一個微型的海底世界。然後，尼爾森將沉積物上層的氧氣抽走，過一會兒再恢復供氧。而在這個過程中，科學家一直在密切地觀測著沉積物底部PH值的變化。然後他們發現了一件奇怪的事：當沉積物上層的供氧剛剛恢復，沉積物下層的PH值就變成了酸性，這意味著底層的硫化氫正在將電子釋放給上層的細菌，協助它們完成氧化的活動。
儘管尼爾森最初就預計沉積物上下層的細菌存在某種形式的礦氧互換，但它們的速度之快還是大大地超出了預計，這一切幾乎是瞬間發生的！沉積物雖然只有12毫米的厚度，但這個長度是細菌體長的1萬倍。如果將這種情況放大到人的尺度來探討，就好比是地球的某個地方剛剛開採出石油，20公里外的煉油廠馬上就得到了這個資訊開機煉油。在細菌之間不能互相打電話、發電郵的情況下，它們是怎麼完成這一任務的呢？
似乎唯一的解釋只有一個：細菌之間存在一張我們人類肉眼看不到的網路系統。尼爾森假設這有可能是一個奈米級的蛋白質導線，上下層的細菌們通過這個導線發送電子資訊給對方。研究人員甚至還猜想，這張“網路”不僅能夠傳遞資訊，還可以傳遞能量。下層細菌可能直接從電網中吸收電能，並將下層的養分以化學遷移的形式輸送到上層。
尼爾森將自己的發現發表在了《科學》雜誌上。他的發現讓人們震驚無比。“你知道嗎？你發現了地球上的潘多拉星球！”他的朋友激動地告訴他。
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國際海洋生物普查計劃
浩瀚的大海中都生活著哪些生物？2000年，這個看似簡單的問題卻引來了一項耗資6.5億美元的研究項目，來自80多個國家的2000余名調查人員分成17個小組，對珊瑚礁、大陸架、海洋中心山脊、微生物等進行分門別類的調查。他們還實施了其他一系列的研究，如用拖網取出浮游生物；給大型海洋食肉動物挂上標牌以跟蹤它們的洄遊等。
此次海洋生物大普查迄今為止已經進行了整整十年，而最終的調查結果將於今年10月在倫敦公佈。先期公佈出來的一些資訊透露出一些令人驚嘆的發現——
1.在南美洲的西海岸，探險者發現了巨大的微生物墊，它的覆蓋面積有希臘面積那麼大，這些微生物群落是世界上最大的成員之一，而且，據研究者講，類似的生態系統處於原生代時期，處於25億年~6.5億年之前。
2.通常人們認為巨大的鯨魚與健壯的頭足綱動物（如巨型章魚）是典型的海洋中最大型的生物，但是海洋生物普查卻發現，這些龐大的動物可能不得不給更加龐大的微生物讓路，微生物佔到海洋總生物量的50%~90%。
3.之前認為1升海水包含有大約10萬個微生物，但是普查研究稱，實際上1升海水能夠容納的微生物數量超過了10億。
4.調查人員在南太平洋的東部發現了各種巨大的、絲狀的、多細胞的海洋細菌。這些細菌可能是海洋早期進化過程中的活化石。那時候地球上沒有氧氣，它們生活在有毒的氣體硫化氫中。科學家們設想，這些細菌可能會對有機污染底質具有生物修復作用。而且由於它們能夠生活在缺氧的環境下，可能還是發現地球外生命的重要線索。
5.這些微小的生物並非僅僅在水層或者海底活動。在海底一千多米發現的巨大微生物群中，有一些微生物能夠鑽地，就像鎧甲動物一樣，它們僅有四分之一毫米長（1毫米等於一千分之一米）。
微生物的大智慧或可助人類解開“心靈感應”之謎
海洋微生物功能分子廣東省高校重點實驗室、中山大學化學院的林永成教授是研究海洋微生物方面的專家，他覺得尼爾森的這個實驗確實很有趣。“不過，尼爾森只是提出了一種可能性：就是有可能具有這種奈米級的蛋白質導線。但要證實這種奈米級的蛋白質導線的存在則非常困難。尼爾森也說，這無異於大海撈針。”林永成對記者說。並且，尼爾森所提出的“奈米級蛋白質網路”並非是可以解釋海底微生物快速傳遞資訊的唯一可能。林永成就提出了另外一種可能性：“也許是因為微生物在通過‘生物場’彼此溝通了資訊。”
有科學家認為每一個生物體都像“微型電視塔”一樣向外發散，並且接收著其他生物體發射的某種信號。在我們的生活中，有很多難以解釋的事情都可以用這個“生物場”來解釋：比如傳說中的身處不同地方的孿生子可以感知對方的思想、耳鬢廝磨的夫婦會長得越來越像……很多事情讓人們一直懷疑：生命在向外發散著某種“生物波”。其實所謂的“心靈感應”，也許只是人體對接受到的信號做出的一種反應。
尼爾森的實驗中，海洋微生物在瞬間就將資訊傳遞給超越它們體長一萬倍距離之外的“同伴”，不過和人類那種若有若無、時強時弱的“心靈感應”相比，細菌之間的“心靈感應”顯得更加強烈、靠譜、富有效率。
除了尼爾森實驗當中的硫細菌，林永成在工作當中還遇到了不少有這種心靈感應的微生物現象。比如有一種海洋費氏弧菌：如果它單獨待著的時候很平常，但是當一群弧菌湊到了一起，它們就會一起發出光來。再等到數目變少，光又會黯淡下來。後來研究人員發現，是因為弧菌們湊到一起的時候會彼此發送一種信號，這種信號會刺激它們發出光來。
“要想搞清楚‘生物場’是否真的存在，必然要從微生物的世界去找答案。”林永成說。因為人是很複雜的生命體，每個人的身上有超過100多萬億個細胞，這就決定了普通人對身體當中一些簡單的反應已經很難察覺到了。而細菌的世界則要簡化而單純得多，“生物場”的作用在它們身上也可以被放大。
黏液菌可在26小時內“設計”最便捷的地鐵線路
黏液菌是一種黃色的單細胞微生物，在遇到大量分散的食物時，它會讓自己的身體向四面八方擴張以獲取營養。根據它的這個特性，2000年，日本名古屋模擬生物控制研究中心做了一個有趣的實驗：科研人員設計了一個迷宮，迷宮有四條通道，每個通道的盡頭都放置了食物。然後，科研人員將黏液菌放在了迷宮的正中央。一開始，黏液菌伸出自己的偽足在整個迷宮裏四處試探。8個小時之後，黏液菌收起了大部分路徑上的“身體”，而只是在那條距離食物最短的通路上伸展，將食物吞入口中。
單細胞的黏液菌具有的這種傑出的“智力”著實令人驚訝。今年年初，英國和日本的研究人員又做了一個實驗。他們將黏液菌喜歡的食物燕麥片按照東京附近的城市的佈局排列，然後將黏液菌放置在中間位置，觀察黏液菌會作何反應。起初，黏液菌均勻地以蔓狀結構擴散開來，似乎在對新領地進行試探。幾小時之後，黏液菌開始重新佈局，科研人員發現它正在為自己尋找一條可以將所有燕麥片納入囊中的最短通道。與此同時，一些不太符合效率的通道逐漸收縮，直至消失。26小時之後，黏液菌終於成功地建立了一個相互連接的營養輸送管道網。而科研人員驚訝地發現，黏液菌建立的這個網路和東京環城鐵路系統驚人地相似，在個別的連接處甚至顯得更為便捷有效！
面對聰明的細菌，人類應該學會利用
林永成說，微生物在某一方面具有超強的能力，與它們經歷了漫長的進化過程是分不開的。在35億年前，地球上出現的最早的生命就是微生物，因此它們有足夠的時間去修正自己曾經犯過的錯誤。相形之下，人類是全方位的進化，而微生物只是在某一方面進化，並且進化了幾十億年，這就使得它們會在某一方面展現出驚人的“稟賦”，顯得越來越“聰明”。“比如黏液菌，那些不能在最短時間內形成最有效的覓食通道的黏液菌會在幾十億年的進化過程中被淘汰，而它們設計路線的能力也在一代代地被改進和修正，以至於十億年之後，黏液菌可以比人類更快地設計‘地鐵線路’了——這並不是它們思考出來的結果，而是在進化過程中形成的本能，是一種下意識的行為。”
“人最聰明的地方是懂得利用。”林永成說。狗的嗅覺比我們靈敏，鳥比我們飛得高，人類可以利用倣生學的原理將其變成自己的能力。對於細菌的高明之處，我們也應該保持相同的態度。
和海洋微生物打了多年交道，林永成對微生物們表現出來的這些超常“智慧”一點兒也不陌生。他隨便就可以講出好多有趣又生動的例子：比如“有一種微生物，它能夠分泌出一種化合物，這種化合物的分子式漂亮極了，像是三個對稱的花瓣。好幾個國家的科學家在實驗室裏百般嘗試，怎麼也做不出這樣的化合物，做出的三個花瓣總是有一個是塌掉的……微生物可以如此輕而易舉地就做到人類無法做到的事情。”不過，儘管我們目前無法在實驗室裏複製微生物的這一傑作，但這並不影響我們讓微生物幫我們大量製作這種仿佛“三瓣玫瑰”一樣的化合物，它對治療心血管疾病有很好的療效，“而這種‘微生物製造’的藥物就算長期服用，人體也不會產生耐藥性，也不會對人體有副作用。”
“潘多拉星球”的人口普查：海洋微生物的世界究竟有多大？
除了“智慧”之外，海洋微生物有時候還會有一些非常“無厘頭”的表現。中山大學的研究人員提取了某種海洋微生物的基因，將它轉入到大腸桿菌裏，然後發現大腸桿菌居然產生了板藍根的一種活性成分；在大亞灣的海面中獲得的一種海洋微生物，竟然能夠分離出辣椒素，這些現象都讓研究人員百思不得其解。
“海洋微生物的世界實在太奇怪了……你了解得越多，就越感到它的不可思議。”林永成說。對這個充滿了未知和挑戰的世界，我們人類目前仍舊知之甚少。因為大概只有1%的海洋微生物在脫離了深海環境仍舊可以存活，而人類目前又很難到幾千米的海洋深處去長時間作業，所以毫不誇張地說，我們對海洋微生物的了解只不過是滄海一粟。
從2000年起，全球科學家歷時十年，進行的名為“國際海洋生物普查計劃”（Census of Marine Life）的大型國際項目，即將於今年10月宣告完成。而在目前已經披露的部分資料裏，最吸引人注意的正屬於海洋微生物的這一部分。
負責此次普查計劃中海洋微生物部分的馬薩諸塞州伍茲霍爾海洋生物實驗室的米契索金說:“海洋微生物的數量多得驚人，其總重相當於2400億頭非洲大象(最大陸地動物)的重量。”
毫無疑問，海洋深處的“潘多拉星球”是世界上最渺小，同時也是最龐大的“星球”。在那裏，還有許多的謎團等待人類去揭開。
（責任編輯：徐晶慧） | 
發表於 10-9-7 09:49 AM