住在地球深處的神秘微生物能如何幫助人類

在你腳下的地底存在著一個巨大而神秘的微生物世界，其中有些已經在地殼中存活幾十萬年。地表下的世界是什麼樣子？到哥斯大黎加的火山與溫泉看看吧。微生物學家凱倫‧勞伊德說明這些地底生物將如何深遠地影響地表上的生命。

我們看似腳踏在堅實的地表上，

但其實並非如此。

地底下的岩石與塵埃
藉著微小的碎裂物

與空間相互交錯著。

這些空間被數不清的微生物填滿，

如同這些。

我們目前在地球上發現微生物

最深達距地面五公里。

就好像，若你把自己固定在地面上，

然後開始往地底跑，

微生物可以排一整路，全程五公里。

你可能從沒想到過這些

在地殼深處的微生物，

但你可能會想到
住在我們消化道中的微生物。

如果你將地球上所有人與動物

體內的微生物全部相加，

總共可重達十萬噸。

我們的肚子每天都扛著
如此巨大的生物群。

我們應該都要感到自豪。

（笑聲）

但跟覆蓋在地表的微生物數量相比，

可就相形見絀了。

例如在土壤中、河流中，
以及海洋中的微生物。

這些地方的微生物量
總共約 20 億噸。

然而令人意外的是，
大多數在地球上的微生物

並不存在於海洋、
消化系統或污水處理廠中，

它們大多存在於地殼中。

這些總重達 400 億噸。

這是地球上最大的生物群之一，

而我們直到幾十年前才知道它的存在。

因此在地表下的生活如何，

或它會如何影響人類，

是無限的。

這是個地圖，地圖上的紅點代表

每一個我們藉現代微生物研究法

已取得不錯的地底樣本的地方，

你可能會欽佩我們

受到全球報導關注，

但事實上，如果你記得這些點是

我們唯一能找到樣本的地方，
這看起來就會有點糟糕。

如果我們現在在一個外星船上，

想靠這些樣本重建地球的地圖，

是辦不到的。

因此有時候會有人跟我說：

「對，地表下有很多微生物，可是...

它們不都在休眠狀態嗎？」

這是一個很好的論點。

相對於榕屬植物、麻疹，
或我的孩子養的天竺鼠，

這些微生物看似
對我們沒有什麼影響。

我們知道它們的影響必是緩慢的，
因為它們數量很大。

如果它們他們開始
以大腸桿菌的速率分裂，

它們會在一夜之間使地球，

包含岩石的重量加倍。

事實上，很多微生物
甚至自古埃及時期以來，

尚未經歷任何細胞分裂活動，

非常不可思議。

該如何理解這種如此長壽的東西？

但我想到了一個我很愛的比擬，

但它很怪也很複雜。

我希望你們可以跟著我。

好，我們來試試看。

這就好像你只活一天，

但你卻想弄清楚
一棵樹的生命週期一樣。

所以如果人的壽命只有一天，
而且我們活著的時候是冬天，

那麼你將一輩子

看不到樹上長葉子。

而一個冬天就會有好幾個

人類的世代輪替，

甚至你沒有機會

看到歷史書上寫著：

樹就是沒有生命也沒有功用的棍子。

當然，這很荒謬。

我們知道樹只是在等待夏天，

夏天一到他們就能恢復活動。

但如果人類的生命週期

遠比樹木們來得短，

我們可能不會知道
這個平凡無奇的事實。

所以當我們說這些
地底深層的微生物在休眠，

我們是不是就如同那些一天就死，
卻想研究樹木生命的人呢？

會不會這些地底深處的微生物

只是在等待它們的夏天，

而我們的壽命短得
不足以見證這件事呢？

如果你把大腸桿菌放進密閉的試管中，

不提供食物或養分，

就這樣放好幾個月或好幾年，

當然，大多數的細胞
會因為飢餓而死亡，

但有一些細胞存活。

若你拿這些舊有生存下來的細胞

與新培養出來
成長快速的大腸桿菌相比，

同樣在飢餓的情境下，

這些老細胞每一次都戰勝

那些新細胞。

這就是它們演化如此緩慢

但有成果的證據。

因此可能我們不該

將緩慢與不重要劃上等號。

這些我們看不見、想不到的微生物

可能對人類有實質幫助。

就我們目前所知道的，

有兩種在地底下生活的方式：

第一種是等待食物從地表上往下滴，

就好像試著吃一千年前的
野餐剩餘的碎屑。

這是個很瘋狂的生活方法，

但令人吃驚的是，似乎很多地球上的
微生物是這樣生活的。

另一個可能性是微生物説：

「吶，我不需要地表世界的東西，

我在下面活得很好。」

對於這一類的微生物，

它們必須從地球的內部

收集它們生活所需的一切。

有些東西反而在地底容易取得，

這些資源在地球內部充足——

像水或養分，如氮、鐵和磷——

是宜居之處。

這些東西在地表上

是生物互相殘殺才能取得的。

但在地底下最大的問題
是尋找足夠的能量。

在地表上，

植物可以在陽光的光子
碰到葉子的同時

就能藉由化學反應
將二氧化碳分子轉換成美味的糖。

但在地底下沒有陽光，

所以這裡的生態系就必須解決

誰要為大家提供食物的問題。

地底下需要類似植物

但藉著石頭呼吸的東西。

幸運的是，這樣的東西確實存在，

叫作「化能自養生物」。
（chemolithoautotroph）

（笑聲）

也就是使用化學物質——chemo

來源是岩石——lithos

來製造養分——autotroph。

它們可以利用很多種
不同的元素來進行，

可以使用硫磺、鐵、錳、氮、碳，

有些還可以使用純電子。

比方說，你把電線的尾端剪掉，

它們可以把它當潛水呼吸管吸。

（笑聲）

這些化能自養生物

利用從這些步驟取得的能量

來製造養分，就像植物一樣。

但我們知道植物不只製造養分，

它們還製造對它無用的
副產品——氧氣，

也就是我們百分之百依賴著的氧氣。

但這些化能自養生物
所製造出來無用的副產品

大多以礦物質的形式存在，

像是鏽或硫化礦，像是愚人金，

或砷鉛鐵礦，像石灰岩。

所以這些微生物很緩慢、
很緩慢地，如同石頭一般，

從岩石取得能量，

再將無用的副產品變成其他岩石。

那我到底是在討論生物學
還是地理學呢？

這界線實在很模糊。

（笑聲）

我如果要做，

就得是生物學家，

研究行為像岩石的微生物，

我也應該研讀地理學。

地理學最酷的部份是什麼？

火山。

（笑聲）

這是向哥斯大黎加的波阿斯
（Poás Volcano）火山口往看的樣子。

許多地球上火山的形成都是因為

海洋板塊衝撞大陸板塊。

當這個海洋板塊隱沒，

或被移動到這個大陸板塊下方時，

水、二氧化碳或其他物質

就會被擠壓出來，

就像擰乾濕毛巾一樣。

如此一來，隱沒帶就像
通往地底深處的門戶，

地表與地底的物質在此交換。

我最近受哥斯大黎加同事之邀，

去跟他們一起研究火山。

我當然答應了，
因為哥斯大黎加很美，

也因為這個國家座落於
其中一個隱沒帶之上。

我們想問這個特定的具體問題：

為什麽從這個深埋的海洋板塊

釋放出來的二氧化碳

只從火山口排放出來呢？

為什麼不是一整個隱沒帶
都有排放二氧化碳的蹤跡呢？

微生物跟這件事有什麼關聯嗎？

這是我在波阿斯火山裡面的照片，

與我同行的是
同事 Donato Giovannelli。

我們站立處旁邊的湖
完全像是由電池裡的酸所組成。

我會知道是因為我們拍照當時
正在測量其酸鹼值。

在火山口裡工作的某個時刻，

我轉向我的哥斯大黎加同事
Carlos Ramírez，問他：

「好，如果現在這個東西開始噴發，

我們的逃生策略是什麼？」

他回答：「喔，
很好的問題，這非常簡單，

就轉過身欣賞風景吧。」

（笑聲）

「因為那會是你的最後一眼。」

（笑聲）

他的話聽起來似乎過於戲劇化，

但自我們站在那湖邊的 54 天之後，

發生了這件事。

觀眾：噢！

超級可怕，對吧？

（笑）

這是這座火山六十餘年來
最大的一次噴發；

在這影片結束的不久後，

拍攝這支影片的攝影機被淹沒；

而我們一直在調查的湖

完全蒸發了。

但我必須聲明，

我們在火山裡工作的那天，

是非常確定這樣的事情不會發生的，

因為哥斯大黎加透過
OVISICORI 機構

嚴密地監控火山動態，

當時也有幾位該機構的科學家陪同。

而這個它噴發的事實完美地說明了

如果你要找尋二氧化碳氣體

是從這個海洋板塊的何處釋放，

那你應該從火山本身找尋。

但如果你到哥斯大黎加，

你可能會注意到除了這些火山之外，

還有非常多小型溫泉。

實際上有些溫泉水是從

這個深埋的海洋板塊冒上來的。

而我們提出的假說是二氧化碳

應該也跟著一起冒上來，

但地底下的某個東西把它過濾掉了。

於是我們花兩週的時間
在哥斯大黎加到處繞，

調查我們所能找到的每一座溫泉——

我跟你說，這經驗很糟。

接著我們花兩年的時間
測量和分析這些資料。

若你不是科學家，我就直接告訴你，

重大的發現通常不會發生在

你身處美麗的溫泉或站在講台上時；

而通常發生在
你弓著背在雜亂的電腦前，

在檢修一個複雜儀器中，

或因對資料毫無頭緒

而和同事視訊時。

就好像地表深層的微生物，

科學發現可能進展得非常、非常慢。

但就我們的經驗來說，
這次真的有所斬獲。

我們發現真的有好幾噸的二氧化碳

從這個深埋的海洋板塊排放出來。

而讓它們留在地底下，

不讓它們釋放到大氣層的，

位於地底深處的東西，

在所有哥斯大黎加的
可愛樹懶與巨嘴鳥之下，

是化能自養生物。

這些微生物與周遭進行化學反應，

將二氧化碳轉換成碳酸鹽，

並將它們固定在地底。

這讓你思考：

如果這些地底下進行的反應

如此擅長吸收
所有在其底下的二氧化碳，

它們能不能幫助我們解決

地表上的碳排放問題？

人類已釋放太多二氧化碳到大氣層，

以致削弱了地球

支持生命的能力。

科學家、工程師、和企業家

在想辦法將二氧化碳

從這些直接來源抽出，

如此它們就不會被排放到大氣層中。

而它們必須被存放在某個地方。

基於這個原因，

我們必須繼續研究
這些碳可能存放的地方，

可能是地底，

我們必須知道把它存在那裡會怎樣。

會因為這些地表深層的微生物
長得太慢，無法實際存放，

而變成問題嗎？

還是會因為它們幫忙轉換這東西

成為固態的碳酸鹽而有用呢？

如果我們藉著

在哥斯大黎加的研究而有所突破，

想像一下還有什麼
在地底下等著被發現。

這個全新的地理—生物—化學
或地底深層生物學，

隨便你怎麼稱呼它，

即將帶來新的啟示，

不光是減緩全球暖化，

也可能讓我們了解
生命與地球是如何一起演化的，

或許發現工業、醫學上
有用的全新物質，

甚至還可能預測地震、

找尋外星生命。

它還能幫助我們了解生命的起源。

幸運的是，我不需要自己完成這件事。

我在世界各地都有很棒的同事們，

他們解開地底深處世界的謎。

深埋在地殼底下的生命看似

離我們的日常生活遙遠而不相關，

但事實上這些奇異緩慢的生命

可能會是解開

地球上一些生命之謎的關鍵。

謝謝。

（掌聲）