這才叫「老不死」!日本科學家成功「喚醒」海底 1 億歲老細菌

作者 | 發布日期 2020 年 08 月 02 日 12:00 | 分類 生態保育 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


1 億歲究竟有多老?用上帝視角比喻,這群細菌看著白堊紀中後期的恐龍蓬勃發展,又被隕石滅絕;看著哺乳類的祖先努力求生,學會生火,最後到今天正閱讀這篇文章的你。

▲ 日本海洋研究開發機構的推文,左為染色後在鏡頭下閃爍綠色螢光的老細菌;右為部分採集到的海底沉積物樣本。

超過 1 億歲的老生物

經過一番細心照料,日本科學家成功在實驗室喚醒一批古老、無聲卻又生機蓬勃的細菌,而它們的年紀……超過 1 億歲。

身懷絕技的細菌

科學家一直以來都知道,部分細菌有辦法在非常極端的環境生存,如高溫、氧氣稀薄等。不過,最讓主持這份研究的日本海洋研究開發機構(Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology)的微生物學家諸野祐樹(Yuki Morono)好奇的是:如果是在缺乏營養的環境,細菌能否依然生存?

1 億年裡發生了什麼事?

而這群沉睡 1 億年的細菌,向諸野教授證明了生命的潛力。這 1 億年裡,它們伴隨白堊紀的恐龍生存、死亡,經歷恐龍滅絕,看著哺乳類動物的祖先出現、努力求生,一直到人類祖先出現,直到今天。

超長的壽命就連科學家也摸不著頭緒,諸野教授說:「沒有任何微生物學理論可以解釋,但我們就是發現了。」

▲ 這批老細菌住在南太平洋的深海平原,直到 2010 年才被日本海洋研究開發機構帶回岸上。(Source:Unsplash

家住南太平洋海底

這群古老的細菌來自 2010 年的綜合大洋鑽探計畫(Integrated Ocean Drilling Program,IODP)帶回的樣本,採集自南太平洋環流的海底平原。

這個區域的環境非常獨特,堪稱「海洋沙漠」。由於營養物質稀少,讓以營養物質維生的浮游藻類和以藻類為食的動物相對也少;再加上距離陸地遙遠,陸地提供的沉積物稀少,使這裡的海底沉積物累積的速度異常緩慢。因此,溶解在水中的氧氣就有機會滲透到海底沉積物的深處,進入古老年代的沉積物層,讓待在這裡的這群細菌保有一線生機。

「喚醒」細菌要有耐心

想喚醒這批細菌非常不容易,如果操之過急,很容易就會不小心摧毀樣本。因此,諸野教授和團隊先將培養場域降溫至華氏 50 度(攝氏 10 度)以下,模擬深海環境;研究團隊也添加了穩定同位素標記的外部碳源,如碳酸氫鹽、醋酸鹽、葡萄糖、丙酮酸鹽等,以便區分這些細菌是自營還是異營菌,並追蹤生長情形。

有耐心,才會有成果

經過 557 天悉心照料後,諸野教授的團隊成功喚醒這批古老細菌,細菌開始生長、繁殖並展現多種新陳代謝活動。

諸野教授說:「從生物學角度來看,大部分細菌長時間埋在海底平原深處極度缺乏營養物質的環境,卻能重新喚醒,非常令人驚豔。」

▲ 經過長達一年多培養,諸野教授的團隊才成功「喚醒」這批沉睡 1 億年的老細菌。(Source:Unsplash

到底怎麼活下來的?

然而,目前沒有人知道這群老細菌究竟如何生存下來。在其他案例,科學家發現有些細菌如果意識到身處環境不適合生存,就會形成內孢子(Endospore,註)等待環境改善,待時間成熟才再次「甦醒」。

但這並不是這批老細菌採用的策略,大部分的細菌都沒有形成內孢子,讓科學家十分不解。

註:某些細菌或古菌會在環境不適合生存的時候產生「內孢子」,進入休眠狀態。內孢子是有多層厚壁的高度濃縮構造,對抗生素、熱、酸鹼、輻射等有強耐受性,待環境轉成適合生存時,細菌孢子會打破睡眠狀態甦醒繁殖。

「輩分」其實分不清楚?

未參與研究的伍茲霍爾海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution)的地質微生物學家埃德格柯姆(Virginia Edgcomb)指出,要具體判斷這批細菌的年紀十分有挑戰性,因為有些細菌可能和沉積物樣本形成於同一時間,但有些細菌可能是上述細菌的後代。

不過,美國羅德島大學的海洋學家鄧恩特(Steve D’Hondt)對這個說法抱持疑慮,因為細菌身處營養物質非常稀少的地區,應該鮮少有繁殖行為。

▲ 不只生物學家大受鼓舞,致力於在宇宙尋找地外生命的科學家也從這項發現看見一絲曙光。(Source:Unsplash

更老的還在後面?

最令人引頸期盼的是,當時日本海洋研究開發機構帶回來的樣本,還有更古老的樣本尚未分析,那批樣本的形成時間甚至可上溯至 2 億年前,如果類似種類的細菌同樣藏身其中,生命的生存極限將再度往前推進。

從深海到外太空,生命無處不在

在生物學家驚豔於生命韌性同時,許多努力尋找地外生命的科學家也受到鼓舞,因為即便在嚴苛的環境裡,生物仍然有可能找到方法生存。

未參與研究的加拿大麥基爾大學(McGill University)微生物學家馬穆迪(Nagissa Mahmoudi)指出,這項研究形同打開潘朵拉的盒子,暗示人們可能在宇宙角落發現生命,他說:「似乎我們走到哪,就可以在哪發現生物生存。」

(本文由 地球圖輯隊 授權轉載;首圖來源:JAMSTEC