這才叫做「老不死」 日本科學家成功「喚醒」海底1億歲老細菌

by:山謬
18532

1億歲究竟有多老?用上帝視角來比喻,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,最後到今天在電腦或手機前讀著這篇文章的你。

圖為日本海洋研究開發機構發布的Twitter,左圖為染色後在鏡頭下閃爍著綠色螢光的老細菌們;右圖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,日本的科學家成功在實驗室中喚醒一批古老、無聲卻又生機蓬勃的細菌,而牠們的年紀......超過 1億歲。

身懷絕技的細菌們

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中生存,例如: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,細菌們能否依然在此生存?

1億年裡發生了什麼?

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

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

post title

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

Photo: Matt Hardy

家住南太平洋海底

這群古老的細菌來自 2010年綜合大洋鑽探計劃(Integrated Ocean Drilling Program,IODP)帶回來的樣本,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中,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,諸野教授和他的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,並追蹤他們的生長情形。

有耐心,才會有成果

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

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

post title

經過長達一年多的培養,諸野教授的團隊這才成功「喚醒」這批沉睡 1億年的老細菌。

Photo: Louis Reed

到底怎麼活下來的?

然而,目前沒有人知道這群老細菌們究竟是如何生存下來的。在其他案例中,科學家發現有些細菌如果意識到身處的環境不適合生存,就會形成內孢子(Endospore,註)等待環境改善,待時間成熟後才再次「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。內孢子是具有多層厚壁的高度濃縮構造,對抗生素、熱、酸鹼、輻射等具有強耐受性,待環境變成適合生存時,細菌內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,來自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,因為細菌們身處營養物質非常稀少的地區,應該鮮少進行繁殖行為。

post title

不只生物學家大受鼓舞,致力於在宇宙中尋找地外生命的科學家也從這項發現中看見一絲曙光。

Photo: Guillermo Ferla

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中,還有更古老的樣本尚未分析,那批樣本的形成時間甚至可以上溯回 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被往前推進。

從深海到外太空,生命無處不在

在生物學家驚艷於生命韌性的同時,許多努力尋找地外生命的科學家也從中受到鼓舞,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,這項研究形同打開了潘朵拉的盒子,暗示人們可能在宇宙的另一個角落發現生命,他說:「似乎我們走到哪,就可以在哪發現生物生存。」