一滴海水中的微生物奧秘

撰文/童國(guó)慶

一滴海水中的微生物奧秘

撰文/童國(guó)慶

◎科學(xué)家揭示出一滴海水中微生物之間的關(guān)系，讓人感慨：海洋處處有故事。

每一滴海水中都有無(wú)數(shù)的故事在發(fā)生或者已經(jīng)結(jié)束，但是故事的情節(jié)比我們看電視劇要復(fù)雜和深?yuàn)W得多，很多奧秘我們?nèi)祟?lèi)到目前還難以掌握。

每滴海水的具體故事，取決于你所觀(guān)察的是哪一滴海水，以及你是在什么時(shí)候觀(guān)察的。在太陽(yáng)光能夠照射到的海域，每滴海水中大約含有100萬(wàn)個(gè)微生物，它們吸收所需要的物質(zhì)，排出不需要的物質(zhì)，不停地進(jìn)行新陳代謝和繁殖，然后死去。它們隨時(shí)有可能被別的微生物吃掉，或者被餓死，或者成為病毒感染的對(duì)象。一些微生物彼此相互爭(zhēng)奪海水中的資源，而另外一些微生物則相互配合、相互依賴(lài)。一滴海水的故事可能缺乏浪漫和激烈的戰(zhàn)爭(zhēng)，但是每滴海水中所進(jìn)行的故事卻充滿(mǎn)了生命的精彩和生存的傳奇。

一滴海水實(shí)在是太小了，而微生物則更加渺小。它們之間的那些看不見(jiàn)的、復(fù)雜的小故事似乎無(wú)關(guān)緊要，那么，我們?yōu)槭裁催€要去觀(guān)察它們呢？

我們這個(gè)星球的四分之三被海水所覆蓋，這些海水大約有1萬(wàn)億萬(wàn)億滴，而一滴海水的大小又是微生物體積的10萬(wàn)倍以上。這意味著，我們這個(gè)星球上微生物組織的生存規(guī)模是巨大的。理解這些微生物之間的關(guān)系，有助于我們預(yù)測(cè)未來(lái)海洋環(huán)境變化情況下海洋生物的生存或者滅亡。

但是，我們?nèi)绾文芸吹胶Ｑ笪⒂^(guān)層面上發(fā)生的故事呢？觀(guān)看每滴海水中的故事，并不像我們看電視那么簡(jiǎn)單。你可以盯著一個(gè)充滿(mǎn)海水的燒杯一整天，卻什么也看不到。了解海洋微生物的故事，得需要具備一些生物和化學(xué)方面的知識(shí)。

◎誰(shuí)在制造，誰(shuí)在吃？

對(duì)一滴海水的研究，海洋微生物學(xué)家花費(fèi)了很多時(shí)間和精力，試圖回答看似簡(jiǎn)單的兩個(gè)問(wèn)題：“每滴海水中有些什么？”以及“它們?cè)谧鲂┦裁矗俊?/p>

科學(xué)家們正在使用基因的方法來(lái)研究海水中的微生物，而幾十年前，我們?nèi)祟?lèi)對(duì)基因還一無(wú)所知。雖然現(xiàn)在人們對(duì)于海洋中究竟有哪些微生物已經(jīng)有所了解，但對(duì)于它們究竟在做些什么仍然知之甚少。一些關(guān)于海洋微生物是如何生存等問(wèn)題仍然是奧秘。由于人類(lèi)這方面知識(shí)的缺乏，所以我們對(duì)于一滴水中所發(fā)生的故事難以理解和掌握。

一個(gè)根本的疑問(wèn)是微生物是如何攝取食物和如何排除廢物。盡管很微小，許多海洋微生物卻是相當(dāng)活躍的?？偟膩?lái)說(shuō)，這些微生物就像是許多微觀(guān)的“農(nóng)場(chǎng)”和“車(chē)間”，在不停地生產(chǎn)和消費(fèi)大量的物質(zhì)。

科學(xué)家將活體組織所生產(chǎn)的含碳物質(zhì)稱(chēng)為有機(jī)碳。事實(shí)證明，大氣層中的二氧化碳的數(shù)量與海洋中溶解的有機(jī)碳的數(shù)量是大致相等的。但是，這些溶解的有機(jī)碳究竟是什么，以及它們到底來(lái)自何方呢？

◎“自養(yǎng)”還是“異養(yǎng)”？

我們先從所謂的“自養(yǎng)型”生物說(shuō)起吧。自養(yǎng)型生物就是自己可以制造食物的生物，有很多是依賴(lài)于光合作用。它們利用太陽(yáng)光將二氧化碳合成有機(jī)碳，自養(yǎng)型生物體利用這些有機(jī)碳進(jìn)行生長(zhǎng)和繁殖。很多陽(yáng)光能夠照射到的海域中的微生物都是自養(yǎng)型的。這些微生物所生產(chǎn)的有機(jī)碳構(gòu)成的海洋食物網(wǎng)的基礎(chǔ)，最終為幾乎所有的海洋生物提供食物。

不能自己制造食物的生物就是異養(yǎng)型生物。它們必須吃一些自養(yǎng)型生物所制造的有機(jī)物，或者吃一些其他異養(yǎng)型生物來(lái)維持生存。很多海水中的微生物也是異養(yǎng)型的，和我們?nèi)祟?lèi)一樣，它們需要進(jìn)食有機(jī)碳才能生存，但是卻不會(huì)自己利用二氧化碳制造有機(jī)碳，只能直接或者間接地從其他微生物的身上獲取有機(jī)碳。

◎一個(gè)異養(yǎng)型微生物，在沒(méi)有“牙齒”或“手腳”的情況下是如何吃掉另一個(gè)與它差不多大小的微生物的呢？

答案是：它們并不直接去吃。雖然一些較大的海洋微生物確實(shí)會(huì)整個(gè)地吞噬某些微生物，但實(shí)際上，海洋中大多數(shù)的異養(yǎng)型微生物并不以其他微生物的器官或者組織為食。其實(shí)，每滴海水中都溶解有豐富的有機(jī)碳化合物，它們可以直接以這些有機(jī)碳為食。

但是，這些化合物到底從哪里來(lái)的？它們是由自養(yǎng)型生物生產(chǎn)的，但卻由于各種原因并不存在于任何生物體的體內(nèi)。較大的生物體吞噬微生物時(shí)并不是整個(gè)兒地吞下，就像坐在高腳椅上的嬰兒，吃東西時(shí)總會(huì)將食物掉得七零八落的。自養(yǎng)型海洋生物也有可能會(huì)感染上病毒，感染后有機(jī)組織就會(huì)爆裂開(kāi)來(lái)，促使機(jī)體中的碳水化合物溶解在海水中。

科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，自養(yǎng)型微生物還會(huì)直接將細(xì)胞中的碳水化合物排放到海水中。目前尚不清楚為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況。這可能是它們制造了太多的有機(jī)碳，而將不需要的部分排除體外。另外，自養(yǎng)型微生物在受到威脅或者壓力后也會(huì)釋放出有機(jī)物。不管是什么原因，許多海洋自養(yǎng)微生物所產(chǎn)生的有機(jī)碳最終成為非生命性物質(zhì)，而這些物質(zhì)就成為異養(yǎng)微生物主要的食物來(lái)源。