探尋極端環境下的生命耐力

℃的高壓蒸汽來滅菌消毒,因為在這么高的溫度中所有的生物都會死掉。 ℃的高溫中還能夠生存。 ℃溫度的微生物,在121

臨床醫生和牙醫都利用121℃的高壓蒸汽來滅菌消毒,因為在這么高的溫度中所有的生物都會死掉。可是一些新發現的細菌卻是例外,它們不僅在121℃中還生長良好,在130℃的高溫中還能夠生存。

這種細菌打破了以前發現的微生物的耐熱記錄,成為迄今已知微生物中的耐熱“冠軍”。不過這種耐高溫的細菌只有在海底熱泉中才找得到。

近20年來,科學家一直在尋找破記錄的耐高溫細菌,前一個記錄保持者可以在110℃下生存,而且其呼吸作用是用硫而非氧,所以大部分科學家都把注意力放在硫細菌上。但是美國麻州大學的科學家卻注意到,大部分的耐高熱細菌在呼吸作用中會利用到鐵,所以他們在太平洋的深海熱泉中尋覓代謝鐵的細菌。海洋學家們利用遙控操作的潛水艇,在太平洋海面以下2400多米深的胡安·德富卡海脊附近發現了這種微生物。它存在於含鐵和硫等礦物的熱泉水中。這些自海底噴涌而出的礦液呈黑色,能直立向上形成約3至4層樓房高的“黑煙囪”,因為壓力的關係,最高溫可達400℃。

當他們把熱泉水放到含有氧化鐵的試管中時,發現有一種古細菌能還原氧化鐵並且在100℃時還能生長。當他們測試該細菌的耐熱極限時,發現在加熱至121℃時仍具有繁殖能力,24小時內數量可翻一番。不僅如此,它在130℃下存活兩個小時後,再重新置於103℃的環境下仍能繼續生長。與之相比,前世界耐熱“冠軍”、1997年發現的一種最多可承受113℃溫度的微生物,在121℃高壓滅菌器中過了一個小時就熱死了。

該古細菌被命名為“菌株121”。這是一種太古生物。太古生物是細菌以及包括人在內的真核生物之外的第三種生命形式,通常可在極熱、極冷、高鹽、強酸、強鹼或壓強極大的極端環境下生存。而且“菌株121”不是用氧,而是用鐵來進行能量轉換,這是以前不為人知的一種嶄新的生物“呼吸”方式。科學家猜測,因為地球在形成後還經歷頗長的一段時間才冷卻,在早期較高溫度環境下產生的第一批生命,或許正是通過這種方式進行新陳代謝的。

這項研究開啟了對耐高溫和其他超常細菌如耐寒、耐酸生物的搜尋。地質化學家表示,生物可能延伸它們的領域到更深遠的空間,而地球上的生物圈可能比我們想像的還要廣大,甚至生命的可能性還擴充到外星球上。也因此,科學家們始終在不斷探尋在極端環境下生存的生命。

比如在南極,即使在氣溫達到攝氏零下六七十度,沒有任何有機物質的內陸,每半升雪中仍能找到一個細菌。

科學家們認為,南極大陸的孤立狀態,比那裡的惡劣氣候更加有效地抵制了細菌的傳播,但是,通過大氣對流、海洋環流以及生物遷徙等途徑,有些細菌仍然傳播到了南極大陸。而沿岸地區有一些細菌,特別是某些病菌,則是由人類帶過去的。因為許多細菌和病毒都是從外面帶進去的,一旦適應了那裡的氣候,就會大量地繁殖起來,從而給那裡的生物造成威脅。

南極地區缺少溫暖,缺少水分,缺少肥料,缺少土壤,也就是說,幾乎缺少植物生長所必需的一切,惟一不缺少的只有陽光。在這樣奇特的條件之下,南極地區生長得最成功的是最原始的植物,如藻類、地衣和苔蘚之類。生長在南極的藻類有350多種,只要提供地點讓它生長,即使環境艱苦,條件很差,這種微小植物照樣也能大量生長,很快散開,給南極那些單調的淡褐色土地鋪上一層鮮艷的色彩。

地衣具有極為頑強的生命力。一塊在大英博物館裡陳列了15年的地衣標本,偶然沾了一點水分之後,居然又生長了起來!而在實驗室里,生物學家們驚奇地發現,即使在攝氏零下198度超低溫的條件下,南極地衣也能夠照樣生存。因此,地衣恐怕也是地球上最為耐寒的植物。而地衣長壽的訣竅則是生長極其緩慢。據觀察,地衣在一年當中,也許只有一天的活躍生長期。因此,科學家們認為,南極那些直徑已經長到13厘米的地衣,可能是非常古老的生物。而在離南極點只有483公里的一些山峰上,人們發現了生長得很好的地衣,就是說,地衣也是地球上生長得最靠南的植物。

在極寒的南極,昆蟲品種雖少,但每種的數量卻多得驚人,主要是扁虱、小蟲和蟎類。這些小昆蟲雖然微不足道,但卻都有著非凡的耐寒能力,一年之中有300多天都是處於冬眠狀態,且身體是處在冰凍之中,只有兩個月左右的時間可以解凍。但一旦甦醒過來,它們便緊張地開始社交活動,以便能繁衍生息,世代相傳。

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