2021/07/04   

南太平洋環流區可能是地球上最為貧瘠、荒涼的地區之一，但這裡卻出人意料地蘊藏著生命的奇蹟。 這裡的生命不會輕易露出它們的面目，只有當科考隊鑽出深海沉積物時，它們才會隨之甦醒。 這些沉寂了1億年的細菌，彷彿睡了一覺之後又再次開始繁殖。
 在這篇選自《環球科學》7月刊的文章中，科學家推測，只要給這些細菌合適的條件，它們或許真的能夠永生。

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 撰文 | 珍妮弗·弗雷澤（Jennifer Frazer）

 翻譯丨張長風

 2010 年，來自綜合大洋鑽探計劃（Integrated Ocean Drilling Program，IODP）的科學家跟隨船隻駛入了南太平洋環流區。 除了最乾旱的地帶以外，這片海洋可以稱得上是地球上最貧瘠的地方。 環流區的中心附近就是“海洋難抵點”（Oceanic Pole of Inaccessibility，是地表距離陸地最遠的地方），同時也是南太平洋的“垃圾站”——微塑料會在這裡堆積。 科幻作家霍華德·菲利普斯·洛夫克拉夫特（Howard Phillips Lovecraft）的粉絲甚至認為這裡是克蘇魯的家。 有些時候，離這片海域最近的人可能是海域上空的國際空間站上的宇航員。

 儘管洋流會圍繞環流區流動，但環流區內部是相對靜止的。 這裡幾乎沒有營養物質進入，也鮮有生命存在，需要至少100萬年才能累積一米的“海洋雪”，這是一種由海洋生物的屍體、排泄物和灰塵組成的物質，能將能量從 光線充足上層帶到海洋底層。 可以說，這裡是地球上生物生產力最低的地方。

 IODP團隊從一個60多米高的鑽井平台上向這片海域投放了長達數千米的探測管線。  12個推進器會將鑽井平台固定在波濤起伏的大海中。 一旦探管觸底，鑽頭會在多個位點向下鑽入75米，直達深海粘土和鈣質超微化石軟泥之中。

 隨著這些採集了海底沉積物的探管再次浮出水面，1億年的地球歷史也一同展現在我們眼前。  IODP團隊成員希望了解在這樣空曠的海洋中會有哪些微生物生存，它們又能存活多久。 正如預期的那樣，原始沉積物樣本含有的細菌很少，密度大約只有每立方厘米100~3000個，是高產水域中，同等深度樣品的1/1000萬~1/10。

 不過，當研究者在實驗室中培養這些細菌時，一些出乎意料的事情發生了。 按理說，細菌在經歷了1億年的持續飢餓狀態後，可能已經變成了微生物“殭屍”，即它們仍能存活，但不能生長，或者只能以人類無法測量、極慢的速度生長。 在21世紀初，科學家誘導培養了幾株從至多3500萬年前的海洋沉積物中分離出來的細菌，但該實驗並沒有研究細菌的生長過程。  2017年，一項關於無氧煤層微生物（形成於1600萬~1200萬年前的陸地上，但之後被海水浸沒）的研究表明，從該處採集的微生物經過培養後能夠生長，只是速度十分緩慢 。 它們的倍增時間從數月至一個世紀不等，算得上是已經觀測到的生長最慢的微生物了。

 但這些來自南太平洋的微生物卻完全不同。  2020年7月，一篇發表在《自然·通訊》（Nature Communi-cations）上的文章表明，其中99%的微生物在養分充足的條件下會迅速“甦醒”，攝取營養並開始生長。 只需培養68天，這些微生物的數量就能增長到最初的1萬倍，每5天數量就會增長一倍。 這些微生物的後代含有同位素標記的碳和氮元素，而這些信號只有在攝入了科學家提供的食物後才會出現。

 這一結果值得我們深思。 海洋沉積物覆蓋了地球表面的70%，其中的微生物數量佔據了地球微生物總量的一半。 設想這樣的情景，當蛇頸龍游過一片海域時，它們可能在海底覓食，導致沉積在海洋底部的微生物被喚醒並且開始增殖。 接下來，在漫長的地質演化過程中，這些微生物被海洋和沈積物所保護，免受宇宙線損傷而存活了下來。 當它們再次被挖掘出來並獲得營養物質後，可以像什麼都沒發生過一樣繼續生存。

 當然這只是猜想，從某種意義上來說，這種想法不太可能發生。 想像一下這些微生物在黑暗中存在了長達1億年之久。 緻密的海底沉積物就像不使用麵粉的巧克力蛋糕，其中氣孔直徑不過0.02微米。 鑑於細菌通常有幾微米長，它們很難移動去尋找食物，更不可能意外地出現在科學家面前。

 一些細菌（絕大多數是厭氧細菌）會產生芽孢用於增強自身抵抗力，並且降低代謝活性，這種變化似乎能讓細菌應對惡劣的環境。 芽孢常被認為是細菌休眠的一種形式。 但當科學家研究環流區沉積物中細菌的DNA時，他們發現這些細菌幾乎不會形成芽孢。 大部分被喚醒的細菌竟然會進行有氧呼吸。

 更令人意外的是，研究者在一個培養了557天的實驗樣本中發現，一種光合細菌正在大量繁殖。 這種擬甲色球藻屬（Chroococcidiopsis）的細菌是一種藍細菌，因其具有強大的生命力，曾被考慮送往火星，以改變火星表面的環境。 這些細菌能在乾燥、寒冷、含鹽量高且有輻射穿過的半透明岩石下生存，並且具有利用紅光的罕見能力。 但是，這類能進行光合作用的微生物如何在海底繁殖，仍然是一個未解之謎。

 我們可以確定的是，含有這些細菌的沉積物形成於1億年前，但是每個細菌的年齡還很難確定。 其中一些細菌可能是原始細菌群落的後代，因此也更年輕。 不過，繁殖的代價並不小，考慮到它們所處的環境，繁殖現象可能極少發生。 總結來說，這些細菌在狹小的空間中生存，幾乎不產生芽孢並且能夠迅速恢復活性。  《自然·通訊》的這篇論文的作者認為，貧瘠的沉積物中的微生物是有生命的，只是一直處於休眠狀態。

 科學家推測，個別細菌在不繁殖的狀態下可以生存數百萬年。 當然，這一點是否正確，需要等到探測細胞年齡的技術出現後才能確定，現有的技術只能探測沉積物的年代。 幾年前，當古生代煤層中的細菌被科學家喚醒時，我曾為《科學美國人》撰寫了一篇博客文章。 我推測，在多種嚴格受限的條件下，細菌可以永生。 當然，時間似乎也是關鍵要素：白堊紀（約1.45億~6600萬年前）沉積物中的細菌復甦後，複製的速度可能只有數百萬年前沉積物中細菌的一半。 大量證據表明，我們生活在一個滿是活化石的行星上，它們可能既是化石又是生命。

 喜歡恐龍的人能夠去博物館參觀恐龍的骨頭、牙齒和足跡化石；喜愛植物的人也能觀察石化林和其他樹木化石。 但喜愛微生物的人有更好的觀察對象：他們想要看的化石可能還活著。