科研:深海"潘多拉" 肉眼看不到的溝通網路(組圖)

2010-09-12 21:59

神秘海底如「潘多拉星球」

一隻長著成年後用來覓食觸鬚的管海葵（tube-anemone）幼蟲

旋藻（Lyngbya）

尼爾森教授在實驗中「自製」了海底世界

等幅骨蟲（acantharia）是出現在海洋開闊水域的四種大變形蟲之一

原甲藻（Prorocentrum）是有兩個大瓣膜的罕見甲藻

黏液菌

會「設計」地鐵線路的黏液菌

看過電影《阿凡達》的人們，一定會對納威人與世間生靈的溝通方式記憶猶新：他們只需要將自己長長的辮子和其他的生物連接，就可以互相溝通。最近，一位丹麥的生物學家發現，「潘多拉星球」也許真的存在，它就藏在海洋深處！在那裡生活著的海洋細菌，很有可能是靠著一張納米級的蛋白質網路來互通信息，一切都可以在瞬間完成！也許正是在這些微不足道的細菌身上，蘊藏著解開世間種種謎團的鑰匙。

拉斯彼得尼爾森是丹麥奧斯胡大學的一位生態學家，他最近做了一個實驗，想要搞明白海洋深處的微生物是如何獲取自身生活需要的能量的。

一直以來他都有一個疑問：海洋微生物是通過氧化硫化氫獲取能量，然而，海底沉積物的頂部有氧氣，但缺少礦物養分；沉積物的底部富含礦物養分，但是又沒有氧氣，面對這種「魚與熊掌不能兼得」的狀況，微生物究竟是如何完成氧化活動、獲得生存必需的能量呢？

為瞭解決這個問題，尼爾森決定「自製」一個海底世界來進行觀察。

他和同事在大學附近的奧斯胡灣的海底20米處挖了若干沉積物，將其帶到實驗室，放到燒瓶中，再在燒瓶中灌滿海水，這樣就營造了一個微型的海底世界。然後，尼爾森將沉積物上層的氧氣抽走，過一會兒再恢復供氧。而在這個過程中，科學家一直在密切地觀測著沉積物底部PH值的變化。然後他們發現了一件奇怪的事：當沉積物上層的供氧剛剛恢復，沉積物下層的PH值就變成了酸性，這意味著底層的硫化氫正在將電子釋放給上層的細菌，協助它們完成氧化的活動。

儘管尼爾森最初就預計沉積物上下層的細菌存在某種形式的礦氧互換，但它們的速度之快還是大大地超出了預計，這一切幾乎是瞬間發生的！沉積物雖然只有12毫米的厚度，但這個長度是細菌體長的1萬倍。如果將這種情況放大到人的尺度來探討，就好比是地球的某個地方剛剛開採出石油，20公里外的煉油廠馬上就得到了這個信息開機煉油。在細菌之間不能互相打電話、發電郵的情況下，它們是怎麼完成這一任務的呢？

似乎唯一的解釋只有一個：細菌之間存在一張我們人類肉眼看不到的網路系統。尼爾森假設這有可能是一個納米級的蛋白質導線，上下層的細菌們通過這個導線發送電子信息給對方。研究人員甚至還猜想，這張「網路」不僅能夠傳遞信息，還可以傳遞能量。下層細菌可能直接從電網中吸收電能，並將下層的養分以化學遷移的形式輸送到上層。

尼爾森將自己的發現發表在了《科學》雜誌上。他的發現讓人們震驚無比。「你知道嗎？你發現了地球上的潘多拉星球！」他的朋友激動地告訴他。

微生物的大智慧或可助人類解開「心靈感應」之謎

有科學家認為每一個生物體都像「微型電視塔」一樣向外發散，並且接收著其他生物體發射的某種信號。在我們的生活中，有很多難以解釋的事情都可以用這個「生物場」來解釋：比如傳說中的身處不同地方的孿生子可以感知對方的思想、耳鬢廝磨的夫婦會長 得越來越像……很多事情讓人們一直懷疑：生命在向外發散著某種「生物波」。其實所謂的「心靈感應」，也許只是人體對接受到的信號做出的一種反應。

尼爾森的實驗中，海洋微生物在瞬間就將信息傳遞給超越它們體長一萬倍距離之外的「同伴」，不過和人類那種若有若無、時強時弱的「心靈感應」相比，細菌之間的 「心靈感應」顯得更加強烈、靠譜、富有效率。

據廣州日報報導，海洋微生物功能分子廣東省高校重點實驗室、中山大學化學院的林永成教授是研究海洋微生物方面的專家，他覺得尼爾森的這個實驗確實很有趣。「不過，尼爾森只是提出了一種可能性：就是有可能具有這種納米級的蛋白質導線。但要證實這種納米級的蛋白質導線的存在則非常困難。尼爾森也說，這無異於大海撈針。」

林永成就提出了另外一種可能性：「也許是因為微 生物在通過‘生物場’彼此溝通了信息。」

除了尼爾森實驗當中的硫細菌，林永成在工作當中還遇到了不少有這種心靈感應的微生物現象。比如有一種海洋費氏弧菌：如果它單獨待著的時候很平常，但是當一群弧菌湊到了一起，它們就會一起發出光來。再等到數目變少，光又會黯淡下來。後來研究人員發現，是因為弧菌們湊到一起的時候會彼此發送一種信號，這種信號會刺激它們發出光來。

「要想搞清楚‘生物場’是否真的存在，必然要從微生物的世界去找答案。」林永成說。因為人是很複雜的生命體，每個人的身上有超過100多萬億個細胞，這就決定了普通人對身體當中一些簡單的反應已經很難察覺到了。而細菌的世界則要簡化而單純得多，「生物場」的作用在它們身上也可以被放大。

和海洋微生物打了多年交道，林永成對微生物們表現出來的這些超常「智慧」一點兒也不陌生。他隨便就可以講出好多有趣又生動的例子：比如「有一種微生物，它能夠分泌出一種化合物，這種化合物的分子式漂亮極了，像是三個對稱的花瓣。好幾個國家的科學家在實驗室裡百般嘗試，怎麼也做不出這樣的化合物，做出的三個花瓣總是有一個是塌掉的……微生物可以如此輕而易舉地就做到人類無法做到的事情。」不過，儘管我們目前無法在實驗室裡複製微生物的這一傑作，但這並不影響我們讓微生物幫我們大量製作這種彷彿「三瓣玫瑰」一樣的化合物，它對治療心血管疾病有很好的療效，「而這種‘微生物製造’的藥物就算長期服用，人體也不會產生耐藥性，也不會對人體有副作用。」

海洋微生物的世界究竟有多大？

除了「智慧」之外，海洋微生物有時候還會有一些非常「無厘頭」的表現。中山大學的研究人員提取了某種海洋微生物的基因，將它轉入到大腸桿菌裡，然後發現大腸桿菌居然產生了板藍根的一種活性成分；在大亞灣的海面中獲得的一種海洋微生物，竟然能夠分離出辣椒素，這些現象都讓研究人員百思不得其解。

「海洋微生物的世界實在太奇怪了……你瞭解得越多，就越感到它的不可思議。」林永成說。對這個充滿了未知和挑戰的世界，我們人類目前仍舊知之甚少。因為大概只有1%的海洋微生物在脫離了深海環境仍舊可以存活，而人類目前又很難到幾千米的海洋深處去長時間作業，所以毫不誇張地說，我們對海洋微生物的瞭解只不過是滄海一粟。

國際海洋生物普查計畫

浩瀚的大海中都生活著哪些生物？2000年，這個看似簡單的問題卻引來了一項耗資6.5億美元的研究項目，來自80多個國家的2000餘名調查人員分成17個小組，對珊瑚礁、大陸架、海洋中心山脊、微生物等進行分門別類的調查。他們還實施了其他一系列的研究，如用拖網取出浮游生物；給大型海洋食肉動物掛上標牌以跟蹤它們的洄游等。

此次海洋生物大普查迄今為止已經進行了整整十年，而最終的調查結果將於今年10月在倫敦公布。先期公布出來的一些信息透露出一些令人驚嘆的發現——

1.在南美洲的西海岸，探險者發現了巨大的微生物墊，它的覆蓋面積有希臘面積那麼大，這些微生物群落是世界上最大的成員之一，而且，據研究者講，類似的生態系統處於原生代時期，處於25億年~6.5億年之前。

2.通常人們認為巨大的鯨魚與健壯的頭足綱動物（如巨型章魚）是典型的海洋中最大型的生物，但是海洋生物普查卻發現，這些龐大的動物可能不得不給更加龐大的微生物讓路，微生物佔到海洋總生物量的50%~90%。

3.之前認為1升海水包含有大約10萬個微生物，但是普查研究稱，實際上1升海水能夠容納的微生物數量超過了 10億。

4.調查人員在南太平洋的東部發現了各種巨大的、絲狀的、多細胞的海洋細菌。這些細菌可能是早期海洋中的活化石。那時候地球上沒有氧氣，它們生活在有毒的氣體硫化氫中。科學家們設想，這些細菌可能會對有機污染底質具有生物修復作用。而且由於它們能夠生活在缺氧的環境下，可能還是發現地球外生命的重要線索。

5.這些微小的生物並非僅僅在水層或者海底活動。在海底一千多米發現的巨大微生物群中，有一些微生物能夠鑽地，就像鎧甲動物一樣，它們僅有四分之一毫米長（1毫米等於一千分之一米）。