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海底神秘古生菌

生物


海底神秘古生菌

艾莉森·桑托洛在實驗室里培育消耗氨的微生物
據鳳凰科技：生物學家發現古生菌非常有趣，它組成了生命的三個主要分支之一 。前兩個已知的分支是細菌和真核生物，最后一個分支包括動物、植物和真菌 。但古生菌非常神秘，科學家對它的了解非常有限 。事實上，它們獨特的狀態直到1977年才被科學家所認識 。
如水晶般清澈的海里充滿了各種不可見的生命體 。全世界的海洋包含40億噸神秘的微生物古生菌，大約相當于全世界魚類的總重量 ?？蒲写簧系目茖W家們準備將一項名為CTD-rosette 采水器的設備放進海洋里 。這個采水器能夠收集海洋不同深度的海洋樣本 ， 從海洋表面到海底數千英尺深處 。這樣獲得的海水樣本使得科學家能夠發現生活在深海的微生物 。
每天上億噸重的魚類、哺乳動物、植物和其它海洋生物體死在海里 。隨著它們的腐爛，它們會釋放出惡臭性氣體氨 ?！八屦^里一點氨就足以殺死全部魚類 ?！泵绹餮艌D華盛頓大學的微生物生態學家大衛·斯特爾（David Stahl）這樣說道 。海洋里太多氨將相當于劇毒 。
但是海洋里的氨不會堆積到有害的程度 。在過去的50年間，科學家一直好奇究竟是什么清除了氨，他們假定微生物是其中一員 ， 但究竟是哪些微生物呢？海洋里有上百萬種不同類型的微生物 ， 只有少數會消耗氨 。
美國馬里蘭大學環境科學研究中心的科學家艾莉森·桑托洛（Alyson Santoro）正在積極尋找這些神秘的微生物 。她認為某種未知的古生菌物種可能在氨剛形成時就迅速消耗了它，并將其轉化為其它化學物質 。這些古生菌甚至可能是第二個神秘之謎的關鍵所在——大量一氧化二氮氣體的來源 。每年海洋里有近200萬噸一氧化二氮進入大氣層，成為溫室氣體 。它比二氧化碳吸收更多的太陽光，并且更大程度地加熱了大氣層 。
沒有人知道這種一氧化二氮背后的生命形式，所有生物學家知道這種氣體具有某種奇特的化學特征，它和吸收氨的微生物一樣，都是科學界的未知 。盡管它非常神秘，但這種微生物可能是地球上最常見的生命形式，然而過去幾十年生物學家都沒有研究它們，原因很簡單：他們無法在實驗室里培育這種生物 。
圖4透過顯微鏡看到的以氨為食的古生菌（圖中顯示為綠色 ， 主要是因使用的特殊化學物質所致，以便更清晰的觀看） 。這種古生菌生活在美國加州海岸海底名為天然海綿（一種簡單的多細胞海洋動物）的動物體內 。圖中顯示的紅色細胞屬于天然海綿的 。
【海底神秘古生菌】很難培育
一般來說，生物學家會將神秘微生物放在玻璃瓶或者培養皿上培育它們，當獲得大量微生物后他們就能鑒別其類屬，或者進行實驗觀察它們所吃的食物或者生活方式 ?！澳惚仨殗L試不同的溫度和食物”，桑托洛補充說道 。
桑托洛收集的海水樣本包含上百萬種不同類型的微生物，但大約99%從未在實驗室環境內培育出 。“還有很多微生物拒絕在實驗室里生長 ， ”麻省理工學院的微生物生態學家愛德華·德?。‥dward DeLong）這樣說道 。微生物拒絕在實驗室里生長讓科學家困惑不已，這使得科學家們很難理解它們是如何影響環境的 。
海底神秘古生菌

研究里收集的海水樣本瓶 。它們看起來是空的 ， 但實際上包含上百萬種不同類型的微生物 。
實驗室培養微生物
研究海洋微生物群落是非常具有挑戰性的 。在實驗室里培育并觀察微生物生態系統會改變微生物本身，且沒有任何科學家可以預測它將如何改變 。玻璃瓶里的條件與真實海洋里的完全不同 ， 很可能玻璃瓶里的水包含更多食物 。這將導致玻璃瓶里的微生物生長速度超過海洋里緩慢增長的微生物 。
海底神秘古生菌

電子顯微鏡下的以氨為食的古生菌 。
這也是實驗室研究人員有時候會忽略自然界最常見微生物的原因之一 。試圖查明海洋里究竟是什么生物消耗了氨的科學家們也面臨這一的問題 。消耗氨的微生物可能非常常見，但它們生長的非常緩慢，生物學家何時才能培養足夠多的實驗室微生物以研究它們？桑托洛意外地解決了這一問題：那便是完全不理睬這些微生物，不給它們提供任何食物補充 。
存活者
DNA測試顯示大多數玻璃瓶里的微生物在無食物供給后18個月后消失了，存活下來的主要是緩慢生長的古生菌 。初一咋看古生菌類似于細菌，它們大小相當，而且在顯微鏡中和細菌一樣具有相同的圓形和棒形狀 。但古生菌是完全不同的有機體 。
化學印記
海洋里產生的一氧化二氮具有罕見的化學印記 。桑托洛想要測試她培育的古生菌是否也具有相匹配的化學印記，這將暗示它是這種氣體的來源 。某些元素的原子，例如氮和氧，都有所謂的輕和重的形式 。海洋里產生的一氧化二氮具有這種“重”原子的罕見比例，科學家將其定義為它們的特征標記 。每10萬個氮原子里有369個、每10萬個氧原子里有209個是“重的” 。它們具有額外的中子 。其它地方的氮和氧 ， 例如地球大氣層里，也具有少數重原子，但海洋里產生的一氧化二氮的重原子更加多 。
然而桑托洛培育的古生菌產生的一氧化二氮只有少數重原子 ， 即它與海洋里產生的一氧化二氮并不匹配，但“它的成分與后者非常相似，” 桑托洛說道 。這暗示著 ， 古生菌而非細菌，產生了主要的海洋一氧化二氮 。因此這種古生菌不僅以氨為食，還釋放了大量溫室氣體 。如果科學家知道哪一種古生菌產生了溫室氣體，這將幫助他們更好地預測一氧化二氮以及全球溫度水平在未來上升的速度有多快 。
科學家現在了解到古生菌無處不在，不僅在海洋里，也在干燥的陸地，甚至生活在人們的內臟里 ?？茖W家甚至爭論古生菌是否會影響我們的胖瘦 。最新數據并不支持古生菌影響體重的觀點 ， 但它的確提供了證據表明古生菌能夠幫助消化食用纖維 。加拿大多倫多大學和一所加拿大醫院的研究人員將這項發現發表在8月13日的期刊《營養學》上 。(eeook.com)