深海微生物的启示

沈羡云

人类在向太空进军的同时，也开展了向深海探险的工作。那些在超高温、缺氧、甲烷、硫化氢极端恶劣环境下生活的微生物，打开了人们的眼界，使人们获得更多的知识。通过对深海火山微生物的研究，人们得到以下几点新的认识。

恶劣环境下有丰富生态系统的原因

在深海，阳光照射不到如此深的地方，到处是漆黑的一团，无法进行光合作用，因此深海区域植物是无法生存的。没有植物提供养料，一般来说，也不会有微生物和其他动物。但事实表明在深海火山处有丰富的生态系统，那么它是如何形成的?靠什么来维持生命?

通过研究，科学家们认为这是由于在海底深处，较冷的海水通过海底裂缝渗入到灼热的地壳下面，渗进去的海水被加热到几百度，又通过火山口回吐回来，被加热的海水中含有大量的矿物质和硫化氢，硫化氢是氧化硫菌维持生命所必需的“食物”。氧化硫菌是一种耐高温的细菌，是整个火山生态系统的食物链基础。细菌为浮游生物等较大生物提供了食物。因此，火山附近的整个生态系统不是靠着光合作用，而是靠着硫化氢维持其勃勃生机。

火山微生物防止气候变暖

科学家们曾经发出警告说，与陆地火山不同，海底火山活动时，喷涌出的不是熔岩和火焰，而是大量的泥浆和甲烷，甲烷是造成全球出现温室效应的元凶之一。但是，由于海底火山一般都拥有由一些至今尚不为人所知的远古微生物组成的独立生态系统，甲烷是这些海底火山周围生存微生物的“食物”，这些微生物的存在可能消除部分甲烷对人类的威胁。最近，德法联合研究小组在挪威一座火山考察时，发现了3种生活在火山口的单细胞生物，其中有一种细菌被证明可在氧气的作用下“吃掉”甲烷。经检测，证明这种细菌可以分解火山所产生的40％甲烷，这有助于控制全球变暖的趋势。

探素生命的起源

科学家们一直认为，海底火山喷发时形成巨大的“间歇喷泉”可产生高温化学反应，地球上最初的生命形态可能是在这种高温化学反应中诞生的。200／年，美国地质学家宣布，他们在中国境内一处矿井中的古老火山裂缝之中发现了生活在大约14.3亿年前地球上一些最早期生物，其形成时间比此前在火山中发现的最古老生物还要早10亿年。发现这些古老生物遗迹的地方曾是海底火山的一部分。地质学家提莫吉·卡斯基说：“新发现的这些古老生物遗迹表明，微生物是地球上最古老、进化最慢的生命形态。”他指出，目前越来越多的证据显示，地球上的生命并非诞生在那些阳光充足的小型水池之中，那些雷合硫化氢等有机物的深水区才是生命的真正诞生地。

引发火星生命讨论

2004年，科学察在冰岛发现一个处于火山口内的冰川湖，湖深达100米，上面覆盖着300米厚的冰。科学家制作了整个湖底生态系统的基因图谱，证明了他们在湖里发现的细菌不同于在冰川上面雪地里发现的所有细菌。这种冰岛细菌生活的冰冷、黑暗环境与火星环境相似，因为现在已经知道火星上有地下冰，也可能有冰川和火山活动。因此冰岛冰川湖中发现生命存在的现象，引起对火星潜在生命的思考。

用深海微生物生产生物燃料

能否通过对深海微生物的研究使它为人类生活服务呢?这是今后研究的方向，科学家们正在朝此方向努力。美国科学家正在研究用深海微生物生产生物燃料乙醇。乙醇的生产原料是纤维素，纤维素原料来源十分广泛，如木材废料和各种草类都可提供纤维素，但纤维素难于降解，影响乙醇的生产量和成本。极端嗜热微生物有某种特定的酶可以把纤维素转化为糖类，糖类在转化为氢气时可以产生乙醇。因此，开展深海极端嗜热微生物将纤维素转化为氢气和生物乙醇的研究是十分有用的。美国微生物学家詹姆士·哈顿正在对来自深海火山环境的微生物开展研究，研究的目的在于培育并发现新的极端嗜热微生物，对火山生态环境建模，并决定这些极端嗜热微生物是否可用于生产生物燃料。

责任编辑蒲晖