被封存在“时间胶囊”中的生物

2019-06-26 03:59
奇闻怪事 2019年6期
关键词:水蚤炭疽营养物质

让我们穿越回500万年前,那时人类祖先刚与黑猩猩告别。在非洲某地。一天,大风把地面的尘埃扬到了高空,然后将其吹到南极。这些尘埃满载着来自非洲的数以千计的微生物。当南极降雪时,尘埃随着雪花落回到地面,并永久地冻在了冰里,微生物也被“时间胶囊”封存了起来。

直到热衷探索的人类到来,它们才重见天日。人类提取出一块冰芯,将其融化,并在实验室培养。几个月后,惊人的事情发生了:古代的微生物开始生长起来。

这不是第一例被复活的古代生物。2000年,科学家甚至复活了一种2.5亿年前的微生物。这些一度徘徊在生与死之间的生命,为我们探索生命的本质,提供了独特的机会。

生命不息,修复不停

生命被凝冻数百万年后仍能复活,乍一看,这似乎违背了科学常识。以被复活的250万年前的萨拉多细菌为例。在恶劣的环境下,这种细菌会长出坚硬的壳,变成休眠的孢子。新陈代谢减缓到跟死了差不多——这意味着,它们对自身DNA损伤的修复也停止了,这些损伤是周遭环境中的放射性辐射造成的。

这造成了一个根本的问题:在理想的保存条件下,无法得到修复的DNA,半衰期约为16万年(即一半的DNA在该时间内被降解)。按此推算,250万前的生物,其DNA到如今只剩下三万分之一!仅凭这点DNA,就能将生命复活,开玩笑吧?所以,有人怀疑,所谓被复活的细菌,不过是污染了样品的现代细菌罢了。

但从事复活壮举的生物学家可不这么认为。他们说,细胞只要没有真正死亡,就能修复自身的DNA损伤,即使修复工作进行得很慢。

这一观点得到一项研究的支持。科学家将一种从西伯利亚冻土中提取并复活的2万年前的细菌,置于-15℃的冷冻状态,然后照射可破坏DNA的紫外线。几百天内,细菌体内的DNA不断受损,似乎看不到任何修复的迹象。但之后,一些细菌开始慢慢地把它们的DNA碎片重新粘在一起。

食物匮乏,自有法宝

对于这些“诈尸还魂”的生命,令人还感兴趣的是,它们靠吃什么才能活这么久?换成我们,即便带上一个食品柜,吃上几年,货架子恐怕早已空空如也了。

但带上一个“食品柜”,确实能大大提高生存的概率。2009年,一个研究小组报告,他们从3万年的盐晶中复活了微生物。关键的一点是,成功复活的个体,无一例外都与藻类细胞冻在一起。它们通过吃从死去的藻类细胞中溢出的甘油而活命。据估计,仅一个藻类细胞提供的甘油,就可维持一个微生物个体存活1200万年。

此外,有一点也有助于它们苟延残喘。当水结成冰时,任何杂质(包括营养物质)都会从冰晶中挤出,成为盐分极高的液体小泡。这种水泡可以在-15℃依然保持液态。被复活的微生物,大多都生活在这些水泡里。浓缩的营养物质可让它们在饥饿的边缘生存很久。

不过,话又说回来,即便食物匮乏,它们也有对付的妙招。科学家发现,让已复活的微生物挨饿几个月之后,它们棒状的身体机械地分裂成了小球形。这或许是它们的生存策略。因为较小的体型需要更少的能量,而且分裂之后,总体积不变,但与外界接触的总表面积却大大增加了。这意味着它们更容易吸收周围的营养物质。

當然,有些事情能省则省了,比如说繁殖,微生物素来以繁殖速度惊人而著称。通常情况下,一个细菌在死之前,要繁殖十代。但是,在“时间胶囊”中的微生物,繁殖活动似乎停止了,否则有限的资源很快会被耗尽。

进化也停滞了

人们感兴趣的还有一点是,通常认为,进化是所有生命不可避免的:通过一代又一代的繁衍,生物体内积累着推动进化的微小突变。但是,如果不能繁殖,还会发生进化吗?

一个研究小组分析了从海床底下收集来的细菌DNA,其中一些细菌已经被掩埋了5000多年。他们发现,这些细菌尽管没有进行繁殖,但它们的DNA与海床上正常繁殖的细菌的DNA几乎一样。换句话说,没有证据表明细菌已经积累了突变,以便适应地下的生活。这令人惊讶,因为这些生物群落经历了数千年的环境变化,从海床到很深的地下,而它们并没有出现适应性进化。这似乎违反了我们通常理解的生物学规则。

这给了生物学家一个不同寻常的机会来研究进化本身。比如有一种生活于淡水湖中的微型甲壳类动物,叫水蚤。它们的卵附着在湖床上。任何没有及时孵化的卵,都会被渐渐埋入湖底的淤泥里。科学家从沉积物中收集这些卵,并让它们在实验室中孵化。于是,一只只古代的水蚤诞生了。有些卵已有六七百年高龄。迄今为止,水蚤是被复活的最古老的动物。

随后,科学家将由古代的卵孵化而来的水蚤和现代水蚤,或置于含营养物质少的水中,以模拟古代的环境;或置于含营养物质多的水中,以模仿现代的环境,然后观察它们的生存竞争。出乎意料的是,不论在古代还是现代的环境,现代水蚤总是胜出。难道现代水蚤比它的祖先还更适应古代的环境吗?打个比方,难道现代人比六七百年前的古人更能适应古代那种没自来水、没电、没网的环境吗?这个令人困惑的谜至今依然没有解决。

复活生物无处不在

复活微生物的存在也许比我们想象的还普遍。不妨设想一下,地球表面频繁的地质活动,会经常把一些被埋入地下的微生物带回地表,如果它们还活着,甚至还可以跟现代的微生物杂交。这种“穿越”式的交配,或许广泛存在于野生环境中。一些研究人员认为,微生物的进化之所以在冰期之后加速了,部分原因可归于此。

随着全球气候变暖,复活的古代生物跟人类的生活越来越密切相关。譬如,在2016年,西伯利亚的炭疽爆发,至少导致一人死亡。为此次事故负责的病原体,据称来自70年前死于炭疽的驯鹿遗体。几十年来,尸体一直被保存在永久冻土中,但一场热浪将它解冻,致命的炭疽病菌也复活了,被释放了出来。

猜你喜欢
水蚤炭疽营养物质
茶树吸收营养物质的特性
水蚤心率观测的实验条件探究
北方水库水季节性浮游生物抑制方法与实践
指向生命观念培养的初中生物探究性实验设计
——以“不同咖啡因饮料对水蚤心率的影响”为例
带你走进炭疽的世界(下)
带你走进炭疽的世界(上)
2005-2018年中卫市炭疽流行因素分析
生鲜乳中营养物质的调控技术
试分析高中生物三大营养物质的代谢关系
油茶炭疽病菌拮抗木霉菌的分离与筛选