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      被封存在“時間膠囊”中的生物

      2019-06-26 03:59
      奇聞怪事 2019年6期
      關(guān)鍵詞:水蚤炭疽營養(yǎng)物質(zhì)

      讓我們穿越回500萬年前,那時人類祖先剛與黑猩猩告別。在非洲某地。一天,大風(fēng)把地面的塵埃揚到了高空,然后將其吹到南極。這些塵埃滿載著來自非洲的數(shù)以千計的微生物。當(dāng)南極降雪時,塵埃隨著雪花落回到地面,并永久地凍在了冰里,微生物也被“時間膠囊”封存了起來。

      直到熱衷探索的人類到來,它們才重見天日。人類提取出一塊冰芯,將其融化,并在實驗室培養(yǎng)。幾個月后,驚人的事情發(fā)生了:古代的微生物開始生長起來。

      這不是第一例被復(fù)活的古代生物。2000年,科學(xué)家甚至復(fù)活了一種2.5億年前的微生物。這些一度徘徊在生與死之間的生命,為我們探索生命的本質(zhì),提供了獨特的機會。

      生命不息,修復(fù)不停

      生命被凝凍數(shù)百萬年后仍能復(fù)活,乍一看,這似乎違背了科學(xué)常識。以被復(fù)活的250萬年前的薩拉多細菌為例。在惡劣的環(huán)境下,這種細菌會長出堅硬的殼,變成休眠的孢子。新陳代謝減緩到跟死了差不多——這意味著,它們對自身DNA損傷的修復(fù)也停止了,這些損傷是周遭環(huán)境中的放射性輻射造成的。

      這造成了一個根本的問題:在理想的保存條件下,無法得到修復(fù)的DNA,半衰期約為16萬年(即一半的DNA在該時間內(nèi)被降解)。按此推算,250萬前的生物,其DNA到如今只剩下三萬分之一!僅憑這點DNA,就能將生命復(fù)活,開玩笑吧?所以,有人懷疑,所謂被復(fù)活的細菌,不過是污染了樣品的現(xiàn)代細菌罷了。

      但從事復(fù)活壯舉的生物學(xué)家可不這么認為。他們說,細胞只要沒有真正死亡,就能修復(fù)自身的DNA損傷,即使修復(fù)工作進行得很慢。

      這一觀點得到一項研究的支持??茖W(xué)家將一種從西伯利亞凍土中提取并復(fù)活的2萬年前的細菌,置于-15℃的冷凍狀態(tài),然后照射可破壞DNA的紫外線。幾百天內(nèi),細菌體內(nèi)的DNA不斷受損,似乎看不到任何修復(fù)的跡象。但之后,一些細菌開始慢慢地把它們的DNA碎片重新粘在一起。

      食物匱乏,自有法寶

      對于這些“詐尸還魂”的生命,令人還感興趣的是,它們靠吃什么才能活這么久?換成我們,即便帶上一個食品柜,吃上幾年,貨架子恐怕早已空空如也了。

      但帶上一個“食品柜”,確實能大大提高生存的概率。2009年,一個研究小組報告,他們從3萬年的鹽晶中復(fù)活了微生物。關(guān)鍵的一點是,成功復(fù)活的個體,無一例外都與藻類細胞凍在一起。它們通過吃從死去的藻類細胞中溢出的甘油而活命。據(jù)估計,僅一個藻類細胞提供的甘油,就可維持一個微生物個體存活1200萬年。

      此外,有一點也有助于它們茍延殘喘。當(dāng)水結(jié)成冰時,任何雜質(zhì)(包括營養(yǎng)物質(zhì))都會從冰晶中擠出,成為鹽分極高的液體小泡。這種水泡可以在-15℃依然保持液態(tài)。被復(fù)活的微生物,大多都生活在這些水泡里。濃縮的營養(yǎng)物質(zhì)可讓它們在饑餓的邊緣生存很久。

      不過,話又說回來,即便食物匱乏,它們也有對付的妙招??茖W(xué)家發(fā)現(xiàn),讓已復(fù)活的微生物挨餓幾個月之后,它們棒狀的身體機械地分裂成了小球形。這或許是它們的生存策略。因為較小的體型需要更少的能量,而且分裂之后,總體積不變,但與外界接觸的總表面積卻大大增加了。這意味著它們更容易吸收周圍的營養(yǎng)物質(zhì)。

      當(dāng)然,有些事情能省則省了,比如說繁殖,微生物素來以繁殖速度驚人而著稱。通常情況下,一個細菌在死之前,要繁殖十代。但是,在“時間膠囊”中的微生物,繁殖活動似乎停止了,否則有限的資源很快會被耗盡。

      進化也停滯了

      人們感興趣的還有一點是,通常認為,進化是所有生命不可避免的:通過一代又一代的繁衍,生物體內(nèi)積累著推動進化的微小突變。但是,如果不能繁殖,還會發(fā)生進化嗎?

      一個研究小組分析了從海床底下收集來的細菌DNA,其中一些細菌已經(jīng)被掩埋了5000多年。他們發(fā)現(xiàn),這些細菌盡管沒有進行繁殖,但它們的DNA與海床上正常繁殖的細菌的DNA幾乎一樣。換句話說,沒有證據(jù)表明細菌已經(jīng)積累了突變,以便適應(yīng)地下的生活。這令人驚訝,因為這些生物群落經(jīng)歷了數(shù)千年的環(huán)境變化,從海床到很深的地下,而它們并沒有出現(xiàn)適應(yīng)性進化。這似乎違反了我們通常理解的生物學(xué)規(guī)則。

      這給了生物學(xué)家一個不同尋常的機會來研究進化本身。比如有一種生活于淡水湖中的微型甲殼類動物,叫水蚤。它們的卵附著在湖床上。任何沒有及時孵化的卵,都會被漸漸埋入湖底的淤泥里??茖W(xué)家從沉積物中收集這些卵,并讓它們在實驗室中孵化。于是,一只只古代的水蚤誕生了。有些卵已有六七百年高齡。迄今為止,水蚤是被復(fù)活的最古老的動物。

      隨后,科學(xué)家將由古代的卵孵化而來的水蚤和現(xiàn)代水蚤,或置于含營養(yǎng)物質(zhì)少的水中,以模擬古代的環(huán)境;或置于含營養(yǎng)物質(zhì)多的水中,以模仿現(xiàn)代的環(huán)境,然后觀察它們的生存競爭。出乎意料的是,不論在古代還是現(xiàn)代的環(huán)境,現(xiàn)代水蚤總是勝出。難道現(xiàn)代水蚤比它的祖先還更適應(yīng)古代的環(huán)境嗎?打個比方,難道現(xiàn)代人比六七百年前的古人更能適應(yīng)古代那種沒自來水、沒電、沒網(wǎng)的環(huán)境嗎?這個令人困惑的謎至今依然沒有解決。

      復(fù)活生物無處不在

      復(fù)活微生物的存在也許比我們想象的還普遍。不妨設(shè)想一下,地球表面頻繁的地質(zhì)活動,會經(jīng)常把一些被埋入地下的微生物帶回地表,如果它們還活著,甚至還可以跟現(xiàn)代的微生物雜交。這種“穿越”式的交配,或許廣泛存在于野生環(huán)境中。一些研究人員認為,微生物的進化之所以在冰期之后加速了,部分原因可歸于此。

      隨著全球氣候變暖,復(fù)活的古代生物跟人類的生活越來越密切相關(guān)。譬如,在2016年,西伯利亞的炭疽爆發(fā),至少導(dǎo)致一人死亡。為此次事故負責(zé)的病原體,據(jù)稱來自70年前死于炭疽的馴鹿遺體。幾十年來,尸體一直被保存在永久凍土中,但一場熱浪將它解凍,致命的炭疽病菌也復(fù)活了,被釋放了出來。

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