沉睡数百万年的微生物被唤醒

【川透社编译报道】一些细菌在极端条件下会进入停滞状态,在结晶盐中沉睡百万年。而当盐矿的条件由于工业失误被人为破坏,这些细菌就随之苏醒。所以,新物种细菌不是因为发现而苏醒,是被工业灾难唤醒的。

以往的经验告诉我们:新物种通常是被发现而不是被唤醒,它们通常在热带雨林或南极高原等偏远地区被发现。但最近,在《极端微生物》杂志上发表的一篇论文中所描述的一种细菌却并非如此。正如该论文的作者罗素·弗里兰(Russell Vreeland)和崔恒林(Hen-Lin Chui)所指出的那样,这种细菌对科学来说是新的,但对地球来说并不新鲜。事实上,在被一场工业灾难唤醒之前,这种微生物可能已经沉睡了数百万年。

作为起因的一场事故

这种细菌沉睡在美国路易斯安那州南部的皮内尔湖(Peigneur)下面。这里资源丰富,湖底还蕴藏着一座盐矿。1980年,德士古公司(Texaco,财富500强公司之一,总部在美国,主要经营炼油)打算在这里勘探石油,它还夸耀自己有一个开采岩盐的矿山。但在11月20日,这两项行动意外相撞在一起。石油钻井平台的钻头意外穿透了盐矿的第三层,在湖底形成了一个排水口。

在接下来的几天里,曾经平静的皮内尔湖好像变成了一个巨大的黑洞,吞噬着周围的一切。石油钻井平台、11艘驳船、一艘拖船、35公顷的土地和一栋房子的一部分全都被吸入其中。此时,由于漩涡的作用,水位下降,从墨西哥湾远道而来咸水逆流而上,短暂地形成了路易斯安那州最高的瀑布。与此同时,泥泞的喷泉从矿井中间歇式喷发出来。但幸好,在矿井里工作的50人都赶在洪水上涨之前逃了出来。

官方报告无法确定造成这场事故的原因是石油钻井平台估算错了开钻位置,还是矿井的地图不准确。不管怎样,这场灾难彻底改变了原本的环境。流入矿井的水含盐量不到2%,但是岩盐很容易溶于水。1987年,当时在新奥尔良大学(the University of New Orleans)的弗里兰博士(Dr Vreeland)被允许进入部分废弃盐矿,搜集一些水样。他发现里面的水含32%的盐,大约是海水的9倍。

沉睡了数百万年的生命

对大多数生物来说,这么多的盐是致命的。但是弗里兰博士(Dr Vreeland)在他的样本中发现了一种被称为盐杆菌属的嗜盐细菌(Halobacteriales)。这种虫子在含盐量为18%的水中生长得最好,当含盐量低于10%时就会死亡。既然细菌不可能在湖中存活,那么它是如何进入矿井的水中的呢?

由于只能使用一个小实验室,而且资源有限,弗里兰博士决定暂时放弃这个项目,转而研究其他项目。然而,在2016年访问中国期间,他遇到了另一位盐耐受微生物专家——崔博士。于是他决定重新开始研究这个被搁置的案例。

在此期间,科学家们发现一些细菌具有很强的自我保护能力。当环境不利于生存时,它们会进入一种停滞状态,停止所有的生物活动,直到情况好转。皮内尔湖(Peigneur)下面的盐是由先前的咸水体蒸发而形成的。其中一些盐有1.25亿年的历史,这意味着这些细菌在恐龙鼎盛时期就已经存在。因此,研究人员认为,新物种无论从字面上还是隐喻上来说都是属于上古时代的。在矿井被淹之前,它就在那里了。它们可能在盐晶体形成时被锁在晶体内,或者以某种方式被困在晶体包裹的水中,以这种形式存活了数百万年。

细菌究竟能在假死状态下存活多久是很难测试的,因为实验时间不可能超过几十年。但弗里兰博士在2000年的《自然》杂志上声称,他和他的同事已经成功地复活了另一种2.5亿年前的嗜盐细菌。去年发表的一项研究认为,在某些情况下,一种名为耐辐射球菌(Deinococcus radiodurans)的特别有弹性的物种可能能够在停滞状态下生存3亿年。

弗里兰博士指出,盐矿的条件可能有助于这个最新物种在相对安全的环境中存活亿万年。嗜睡生物体面临的一个问题是其DNA的损伤逐渐加重。氧气和紫外线是造成这种损害的原因。但是,这种元素并不存在于岩盐晶体中,在盐水中只能极微地溶解,且没有任何一种紫外线能够能够穿透地下。

除此之外,背景辐射也会损害基因组。但在盐水中发现的唯一放射性原子是钾-40。它的半衰期超过10亿年,只有轻微的放射性。并且生活在恶劣环境中的细菌,包括盐杆菌,含有大量保护DNA的蛋白质来防止损伤,所以背景辐射对此造成的损伤微乎其微。现在,由于这场工业事故,这些成功复活的嗜盐细菌拥有了一个完整的矿区作为合适的生活环境。【全文完】


来源:《经济学人》2023年11月15期 | 作者:作者不详
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