海底之下是否也繁殖著生命？ （圖）
對地球生命在極端條件下生存的瞭解有助研究外太空生命

2008-08-28 01:34

阿拉伯聯合大公國一家水族館中的獅魚（lionfish）。(KARIM SAHIB/AFP/Getty Images)

生命的存在一直是人類難以完全掌握理解的謎。根據Woods Hole海洋協會所出版《海洋之神》（Oceanus）雜誌的報導，科學家在人類意想不到的艱困地區，發現許多微生物的存在。這打破了人類自以為是的科學框架，瞭解到世界之大，無奇不有，宇宙中可能還有更多的生命與我們同時存在。

報導說，1991年科學家登上阿爾文(Alvin)潛水器，在海底發現了一些意想不到的事情。他們駕駛潛水器至一個前不久火山爆發的海底，眼前所見的景象讓他們驚訝不已。

該處四周是濃密的白色岩層，是由硫磺與微生物所組成，在距離海底30公尺之上漂流著，海底同樣被10公分厚的白色岩層所覆蓋著。

這些大量的微生物岩層不是在海裡產生，而是火山爆發後從海底下面冒出來的。

這個發現是一種轉變，它強烈地顯示以前難以想像的，在黑暗、炎熱又缺氧的海底裂縫與罅隙裡，有大量的微生物在極端困難的環境裡繁殖，其數量之多，超乎想像。 2008年7月20日發表在《自然》(Nature) 雜誌上一篇論文稱，用相當於碳的重量來計算，有九百億噸的微生物存在於海底下面的深層生物圈裡，它約為地球熱帶雨林含碳存量的十分之一，其數目之大令人驚訝。這些發現打破了人們先前狹隘的觀念，使得人類認識到在適合人類的生存環境之外，照樣有許多生命體存在。

到處都存在生命

報導說，隨著科學的進步，過去十年來科學家擬定新的計畫，探測地底下的生命，也就是所謂的地表下生物圈。近幾年來，他們發現許多地表下生物圈的棲息地，再次證實微生物學家貝澤林克（Martinus Willem Beijerinck）所說的："到處都是生命，不同的環境有不同的生命。"

在這地下生物圈會有什麼生物棲息？他們生活的區域有多深？在這種情況下他們能活多久？他們不依賴太陽能可以適應多久？

這個生物圈對海洋與星球有什麼影響？這些頑強進取的生物對地球物種的起源與演進有何教育意義？他們對我們尋找其他星球上的生命有何指導作用？

這些問題都是值得研究的新領域。

微生物依賴化學作用生存

1977 年海底熱液通口發現的生命，使我們瞭解太陽能、氧氣、有機物質與光合作用不是生命生長的唯一方式。有些生物不依賴太陽的能源，而是藉由化學合成的作用而生長。他們利用無機的化學物品，諸如氫與硫化氫，而不是有機物質與二氧化碳作為能源。地熱的能源可以催化出化學反應，在岩石與海水裡產生維持物種生存的化學物質，至於水，則仍然是不可或缺的要素。

至於海底與地表下更深的地方，我們很合理的認為情況更加險峻，生命會更加稀少甚至絕跡。但過去十年來，科學家意想不到發現許多地表下微生物，在各種情況下生存，諸如：深海沉積物掩蓋下、熱洋地殼的裂縫裡、極地冰凍的土壤、地下深坑的內部等。

所有這些地方，個別的物種已經適應各種極端困難的情況，包括高氣壓、高低氣溫、稀有或有毒的化學物質與礦物，或必要養料缺乏稀少之處。這些物種常在極端的情況下開拓其他物種無法繁衍的環境。這一發現對人類探測外星生命有相當大的啟迪作用，它似乎揭示生命到處都存在，不同的環境有不同的生命。

微生物聰明的尋求生存之道

報導說，就以1991年阿爾文號潛水器科學家所見的白色微生物硫磺岩層群的情況為例，他們發現這種物群是由一種細菌所產生，稱之為Arcobacter，生存在低氧的情況下，藉著硫化氫的新陳代謝獲得能量。這種新陳代謝的結果，細菌很靈巧的把硫磺以固體的白細絲排泄出來。

這些細菌群湊在一起，會製造平行線相交的細線團，面對流動的地表下熱液水流，這些細線團可以協助細菌固定在岩石表面，正好適合Arcobacter細菌滋生，好端端生活在海洋地殼所滲透的熱液裡，該處的氧氣稀薄，而硫化氫的含量甚高。在這種情況下Arcobacter盡情吸取大量的二氧化硫熱液，比依賴氧氣的細菌存活得更好。

其結果，這些釋放出來的細菌團也可能覆蓋在熱液通口周圍，吸引其他的生物如Alvinella管形蠕蟲在該處生存發展。如果我們進一步觀察棲息地，會發現Arcobacter菌在淺的沉積物裡，也能同樣能產生深海通口一樣的硫磺細線。

世界最大的細菌

這種微生物驚人的適應力幾乎到處可見，1999年世界科學家小組探索世界各地的海底火山區，結果在奈米比亞海岸面的沉積物，發現一個最大的細菌團，他們以硫化氫維生，靠硝酸鹽來呼吸。

這個細菌稱之為Thiomargarita，其體積有750微米（正常的細菌只有1至2微米），他大到用肉眼就可以看到，這打破了我們傳統的認知，以為細菌不可能會這麼大。他們的體積是因為細胞裡有一個大液泡，像一些熱液通口的微生物一樣，氧氣缺少時仍能存活一段時間。這很像我們利用水肺箱裡儲存氧氣，而得以在水裡繼續生存。

極端艱困的地方照樣有生命存在

上述的Arcobacter 與Thiomargarita是細菌在淺的地表下適應良好的例子。但迄今為止，過去十年在更深地表下已探測到一些獨特、前所未知的微生物棲息地。

有一些初次在地下深水源所發現的病原體與有毒化學物質，引起人們的關切。調查團體在南非三公里深的金礦區岩石裂縫採集地下水，發現深層的大陸地殼含有豐富多樣的微生物。

2000 年時，賓州West Chester大學的研究人員聲稱，在新墨西哥州地下610公尺古老的鹽礦床發現有最老的微生物存活。這個微生物陷在一個具有2億5千萬年光景、微小的鹽水晶礦囊裡。研究人員表示，在恐龍絕跡6千500萬年後，他成為休眠狀態，等待適當時機"甦醒"其遺傳機制，重新成長繁衍。

在北極與南極，科學家在長年攝氏零下10度以下200至300萬年的地表下永凍土壤，發現活的微生物。此外，在深達500公尺的海洋岩心也發現大量活的微生物，他們的生命恐怕超過1千萬年。

有些微生物的耐熱力驚人

生物生存的極限條件由一系列物理與化學因素的組合所定。一般而言，壓力因地表下深度的增加而增加，但是報導說，在所發現的生命裡，其生存受隨深度而增加壓力的影響較小，而熱度的增加才是主要的限制因素，不過現在尚難以確知，生命存在的最大熱度極限是多少。

在熱液噴口，暴烈的溫度所形成的環境，使喜歡超高熱的微生物得以繁衍。
迄今為止，麻薩諸塞大學的科學家在2003年發現微生物生存的最高溫度是攝氏120度，但大致上科學家都同意，生命可以在攝氏140至145度間存活。

1990年代中期，科學家在北海與阿拉斯加地下3公里深的熱油槽發現新奇的超耐熱微生物。過去石油製造業一直認為這種損害、污染石油的微生物是從外面傳進油井的，但事實上，他們是在石油的有機物裡面自然產生的。

這樣的發現促使我們瞭解生命的極限，並瞭解在哪些範圍找到他們。目前科學界所知最大的生物圈在深海，它佔地球生存空間的80％。不過，隨著對海底以下生物圈研究的深入，這種說法可能要大打折扣了，因為最大的生物圈不僅只在深海了，而包括了海底之下。

對生命在極端下生存的瞭解有助研究外太空生命

報導說，我們可能永遠無法確定生命在地球的起源，但科學家認為，對生命力在困難情況下生存的瞭解掌握，將進一步引導我們研究外太空的生命。目前從火星所得到的新證據，美國航空航天局已經確認其上曾經有水，也可能像新墨西哥州的海水一樣有鹽礦床。美國航空航天局科學家2008年7月30日稱，美國卡西尼飛船的最新觀測數據表明，在土星最大的衛星--土衛六表面發現了液體。土衛六是太陽系內除地球之外第二個表面發現液體的星球。土衛六大型湖泊中至少有一個充滿了液態碳氫化合物，而且可以肯定這個湖泊中含液態乙烷。

報導說，在地球上火山爆發熱液通口周圍的地表下，有可能是某些生物的產生之地，因為它的環境似乎具備產生化學反應的要素，製造有機生物的基本條件。眾所周知，乙烷在合適的化學反應條件下可以生成更為高級的有機物質。那麼如果推測土衛一個湖泊中所含液態乙烷，在適當環境下生成製造有機生物的基本條件，似乎不是天方夜談，只是等待科學進一步證實而已。

木星的衛星歐羅巴（Europa）可能存在許多火山，在其冰封的表面之下可能存在具有熱液活動的海洋。這樣我們用來在地球上經常出現火山爆發的海洋中或海底之下探尋生命所用相同工具和技術，將被證實在木衛的生命探上也可發揮用途。