微生物学领域发生一场深刻革命

【美国《华盛顿邮报》４月６日文章】题：从地球深处揭示的生命地层深处的生命
它们要多陌生就有多陌生。它们生活在深海海底灼热的火山口上、极地冰层下面数千英尺处、弗吉尼亚州地表以下９０００英尺等地方；它们能够在酸中游动，以硫磺为食并从岩石中汲取能量。它们令世界上最优秀的科学家为之着迷。
它们就是嗜极端条件菌体，是一大群生活在地球表面以下另一个世界的微小生物。直到２０年前，科学家们还认为地层深处不可能存在生命。如今，由于冷战时期的军事技术可供利用，研究人员对嗜极端条件菌体的奇异特性取得了一个又一个发现。这方面的研究正在改变着科学并推翻了人们过去关于生命本质、生命出现的适宜条件以及生命可能存在的地方的假设——不仅地球上存在生命，其它星球上也可能存在生命。
西雅图华盛顿大学约翰·巴罗斯领导的研究小组８０年代发现，在深海喷出的温度非常高的热水中，生活着嗜极端条件菌体群。他说：“这是我们取得的一个重要发现，这一发现将为我们揭示有机体的起源、生命的起源、有机物的进化和其它星球上可能出现哪种代谢过程。这一发现在微生物学领域是一次彻底的革命。”追踪“生命祖先”
在不同学科领域从事研究工作的科学家——从微生物学家到地球化学家，从海洋学家到天文学家——取得的一系列惊人发现，使人们对嗜极端条件菌体的重要性有了越来越多的认识。
政府正在为几个新的研究项目提供资助，这些项目以一个诱人的假设为基础：如果这些不同学科的科学家一同开展研究工作，就能从基本水平上理解生命的本质。参加这项跨国界、跨星球、跨学科探索的人们，希望弄清无所不在的“细胞之母”——所有生命的共同祖先——的性质。
去年８月公布的可能已在一块火星陨石上发现古代微生物痕迹的消息，使公众对嗜极端条件菌体的兴趣不断增加。嗜极端条件菌体的发现，反过来又使人们对这块引起争论的陨石说明什么问题产生的兴趣增加了。
科学家们说，不论这块陨石上的生命痕迹是否能得到证实，人们已逐渐认识到，生命可能在我们这个星球上如此极端的条件下以如此多样的形式存活。这大大加强了在条件相似的其它星球上——比如火星和木星的卫星木卫二——目前存在着或者曾经存在过生命的可能性。
科学家们已经发现，在地壳的岩石中，在两英里深的油井里，在干涸的盐碱滩中，都生活着非常原始的微生物。在许多不同学科领域取得的发现表明，这些微生物的生命极为顽强，只要具备某些最基本的条件——液态水、能量和营养物——它就能够以惊人的速度毫不费力地生长。
白宫科学顾问约翰·吉本斯说：“１０年来发生了一系列几乎具有爆炸性意义的事情，把它们归纳在一起，可以得出这样的结论：我们关于生命是罕见现象的想法可能与事实相反。”对地球生命的新认识
对人们的认识具有爆炸性意义的发现包括：
■对地球上微生物不可思议的多样性的认识有所提高。最值得注意的是，前不久查明了一个全新的生命类别。在确定基因的化学结构排列顺序方面所取得的成果说明，一种称为“ａｒｃｈａｅａ”的形状古怪的微生物代表了不断进化的“生命树”的第三枝。（一枝是细菌，另一枝是植物、动物和真菌。）
■研究结果证明，地球上出现生命的时间远远早于人们过去认为的３８亿年前，生命形式也更为多样。这意味着生命出现的时间非常接近于地球的形成初期，甚至是在地球形成期间出现的——那是一个激荡的时期：年幼的地球遭受着太阳系形成以后残留下的岩石和冰块的轰击。
■认识到这些生命形式中有许多能够在以前被认为是无法生存的严酷条件下生存，例如极端的温度、压力、酸性、碱性或者盐度。有些微生物能够在重金属、有机溶剂或者对大多数生命形式有害的、毒性物质含量很高的其它环境中茁壮生长。
科学家们发现，大量微生物随着海底火山的爆发而从地壳中涌出，随火山喷发喷出的液体的温度远远超过６００华氏度。研究人员已经在高达２３５．４华氏度的环境中培育出嗜极端条件菌体。
■两年来，在其他类似太阳的恒星周围发现了至少８颗星体。
■美国航空航天局“伽利略”号航天器收集到的证据表明，在木卫二的冰层下面，可能有一个由液态水构成的海洋，海洋中有支持生命所需的营养物和热源。
对嗜极端条件菌体的研究，是对深海热液喷发进行的研究的一部分。现在已经知道，在阳光无法到达的深海区域，热液喷发在长３．１万英里的洋中海脊系统是司空见惯的现象。地球上最早的生命形式可能就是在类似的情况下出现的。
几十年来，科学家们一直在对火山喷发进行研究。国家海洋和大气管理局研究深海火山活动的克里斯·福克斯说，１９９３年，国家海洋和大气管理局利用海军的声音监视系统建立了一个快速反应的声学探测系统，使这方面的研究出现了巨大的飞跃。这种系统如今能在海底火山喷发的现场记录喷发的情况。
福克斯和巴罗斯对在世界各个海区海床以下发现的广阔的微生物生物圈进行了比较，从而发现了一种全新的雨林生态系统——这个生态系统除了可以推动生物学研究以外，还可以为抗药性疾病找到新的治疗方法，提供其他有益的天然产品。多学科专家协同研究
全国科学基金会“极端环境下的生命”研究计划协调员迈克尔·珀迪说：“生命能在地球上难以置信的广泛环境中存在，我们认为这方面的研究是对生命可能以何种形式存在于其他星球、生命在古代地球上如何开始的诸多问题取得了解的最有效途径。”支持“极端环境下的生命”研究计划的人士说，他们将努力使这项研究的经费每年达到１亿美元。
科学家们希望建立一个从原始宇宙时期开始的连续性的叙事模型——对星球如何形成进行研究，发射航天器前往其他星球收集样本并进行研究，对含有生命必需的水和其他物质的彗星进行研究，对太阳系中的幼年星体进行研究，加强对除了太阳以外的其他恒星周围的星体的研究——全都属于其中的内容。
开展这方面的研究不仅需要有生物学家参加，还需要有遗传学家、地球化学家、地球物理学家、海洋学家、火山学家、地震学家、冰川学家、天文学家、宇宙哲学家、显微镜专家和工程师参加。
若干世纪以来，地球上的微生物要么没有受到人们的重视，要么被人们视为致病的“细菌”和“杀手”。但是，随着科学家通过显微镜、基因分析和其他手段，揭示出微生物对地球上的生命发挥了极为重要的作用——例如，科学家们发现，原始细菌形成了地球的氧气层——微生物受到了人们的重视。
哈佛大学的史蒂芬·杰伊·古尔德说，地球历来被细菌统治着。他指出，人的体重的１０％以及人的结肠里有一半的东西是细菌。马萨诸塞大学的林恩·马古利斯指出，实际上，我们人类不仅是从猿进化而来的，而且也是随着很久很久以前出现的微生物进化成最早的多细胞生物以后出现的。
科学家们说，生活在地表以下的生物的数量很可能超过生活在地表上面的生物的数量。虽然地球上已经确认的细菌种类不到３５００种，但是科学家们估计，世界上的细菌种类可能高达１００万种。
华盛顿大学地质学家约翰·德莱尼说，如果巴罗斯等人对这种所谓的深海生物圈将会产生的影响所作的预测是正确的话，“那么将会为寻找生命起源的研究提供一个起到引导作用的、深刻而又强有力的范例。星球所起的作用也许就是孕育生命”。