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。」
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。
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。」