神秘的深海微生物正在改变我们对生命的认知

我们还能进入地球多深，并且还会发现生命呢？海洋微生物学家凯伦·劳埃德带领我们认识深海地层下的微生物们：在海洋底层泥下几米至几千米的小小有机体，已在地球上有动物前就存在了。它们拒绝在实验室里繁殖，它们与时间和能量间有着与人类本质上不同的关系，来了解更多这些神奇的微生物吧。

我是田纳西大学的
一位海洋微生物科学家，

我想告诉大家，有一些微生物

非常的奇特与美妙，

它们挑战着
我们对地球上生命的认知。

我想问大家一个问题。

如果你曾经觉得坐潜水艇去海底

很酷的话，请举起你的手。

很好。

大部分人都举了手，
因为海洋真的很酷！

好的，那如果

你想去海底的原因是
这会让你更加接近

海底令人激动人心的泥，

请举起你的手。

(笑声)

没人啊！

我是这个屋子里的唯一一个。

好的，我总是在想，

我每天醒来后的大部分时间

都花在决定我们可以
探入地球多深这件事上，

并且还会发现有一些活着的生命，

因为我们还是不知道
关于地球上的生命这个

最基本问题的答案。

在上世纪80年代，一位叫做
约翰·派克斯的英国科学家，

也同样沉迷于这个问题，

他想出了一个疯狂的点子。

他相信在全世界的海洋底部
都有一个巨大，深邃，生机勃勃的

微生物圈，

深入海床达几百米，

听起来很酷，

可是唯一的问题是，没人相信他，

而其背后的原因是

海洋的沉积处可能是
地球上最枯燥乏味的地方了。

（笑声）

那里没有阳光，没有氧气，

可能最坏的情况是，

那里没有新鲜的食物供给
已经持续长达几百万年。

你不需要一个生物学博士学位

就会知道那里不是一个
寻找生命的好地方。

（笑声）

但是在2002年，
约翰说服了足够多的人

相信他会有新发现，
于是他得到了一个在一艘叫做

乔伊斯决心号的
钻探船上考察的机会。

他和来自丹麦的波巴克·约金森
一同进行了那次考察。

他们终于可以拿到

真正的深海下表层的样本，

没有接触到任何
表层微生物的污染。

这艘钻探船可以钻进海底几千米，

泥被储存在一个接一个的
管子里按顺序被打上来，

就像这样长长的管子。

然后由像我这样
在船上的科学家拿着，

在船上处理重要的部分，
然后把它们送回

实验室，再进行更深入的研究。

当约翰和他的同事们

初次拿到了这些宝贵，
新鲜干净的深海样本时，

他们把样本放在了显微镜下，

并看到了像这样的图片，

这其实是最近一次考察拿来的样本，

数据来自我的博士学生，
Joy Buongiorno。

你们可以看到背景有些雾蒙蒙的东西。

那是泥，深海泥，

亮亮的绿点，被绿色荧光染色的

是真的，活着的微生物。

现在我需要告诉你们
微生物真正悲剧的地方。

它们在显微镜下看起来都一样。

我是说，初次预测的时候。

你可以拿着世界上
最迷人的有机组织，

比如说一个可以呼吸铀的微生物，

和一个可以产生火箭燃料的微生物，

把它们和一些深海泥混在一起，

然后把它们放在显微镜下观察。

它们只会是一个个小点点，

很让人抓狂。

所以我们不能通过
它们的样子来辨别它们。

我们需要用DNA, 像指纹一样

来分清谁是谁。

我现在来教你们怎么做。

我编了一些数据，
我要给大家展示这些模拟数据。

只是为了展示如果
一群物种彼此之间毫无联系，

数据看起来应该是什么样子。

你可以看到每个物种

有一系列由A, G, C, T组成的组合，

这些是DNA的四个碱基对，

几乎是随机地乱成一团，
彼此看起来毫无相似之处，

这些物种彼此之间毫无关联。

但这是真正的DNA，

这些物种共享的基因。

所有碱基都完美的排列着。

得到这些竖着的列的概率

比如每个物种在这列都有个c，
或者在这列都有个t的

随机概率是无穷小的。

我们了解到所有的物种
是需要有一个共同的祖先的。

它们彼此都是亲戚。

现在我来告诉大家它们到底是谁。

最上边的两个是人类和大猩猩，

我们都知道了这两个物种
是有关联的，这很明显吧。

(笑声)

但是我们也和很多跟我们
不相像的物种有联系，

比如，松树、贾第虫，
一种肠胃疾病，

如果你徒步时在山上喝了没有经过
过滤的水的话，可能会得这种病。

我们与大肠杆菌和
艰难梭菌也有联系，

艰难梭菌是一种特别不好的
爱钻空子的病原体，杀死了很多的人。

但也有很多对我们有益的微生物，
比如产乙烯脱卤拟球菌，

它们可以帮助我们清洁工业废物。

如果我用这些DNA序列，

用它们的相同和不同之处

做一个家谱的话，

你可以看到谁跟谁联系更紧密，

它们看起来是这样的。

你可以清楚的看出来，

我们人类和贾第虫，兔子，还有松树

都像是亲兄弟姐妹，

细菌则像我们的远古表亲。

但我们跟地球上的
生物都有亲戚关系。

我每天的工作就是，

提供科学证据来
反驳我们是孤独存在着的物种。

所以当我们在第一艘钻探船上拿到

深海底部样品的第一个DNA序列时，

我们想知道它们位于
这个家谱上的什么位置。

我们发现的第一件事是，
它们不是外星人，

它们的DNA可以跟地球上的
其他生物排在一起。

但是看它们在这个家谱上的位置。

你们首先会注意到的是，
它们有很多种类，

不是一个小小的物种

存活在恶劣的环境下。

而是很多东西并存。

你们也许会注意到的第二点就是，

它们与我们之前见过的
东西一点儿都不像。

它们彼此也大不相同，

就像和我们已知的物种很不同一样，

就像我们跟松树的不同。

所以约翰·帕克思是完全正确的。

他，和我们，发现了一个
崭新并高度多样化的

地球微生物圈，

而在80年代以前没人知道它的存在。

现在我们手气正旺，

下一步是在培养基上
培养这些奇异的物种，

这样就可以用它们
做真正的科学实验，

做微生物学家该做的工作。

可是不管我们喂给它们什么，

它们都不成长。

甚至在15年后的现在，
经历了许多科学考察之后。

仍然没有人可以让
那些来自深海的微生物

在培养基上长大。

这不是因为缺乏尝试。

这也许听起来很令人失望，

但我却觉得这令人振奋，

因为这意味着有许许多多
未知有待发掘。

比如，我和同事
想出了一个特别好的点子。

我们打算像读菜谱一样
读取它们的基因，

发现它们想吃什么，
然后放在培养基上，

这样它们就会快乐地长大。

但是当我们检查它们基因的时候，

发现它们想吃的食物
我们已经在喂了。

所以那个点子就废了。

就是说，在培养基上，
它们想要的其他东西

我们并没有提供。

把从世界不同地方的测量数据

结合到一起时，

我在南加州大学的同事们

Doug LaRowe和Jan Amend，

成功计算出了每个深海微生物

只需要一仄普托（zepto）瓦的能量，

别忙着掏手机，
一个仄普托是10的负21次方。

要是我肯定是会查一下的。

另一方面，人类

需要100瓦的能量。

100瓦是你拿一个菠萝，

然后每天从你腰部那么高的地方
丢到地上88万1632次。

如果你连上一个涡轮
这么做了的话，

你就可以创造足够支撑我
一整天的能量。

一仄普托瓦，用一个类似的比较，

如果你拿一粒盐做参照物，

然后你想象一个很小很小很小的球，

大约是一粒盐重量的1/1000，

然后你把它丢下1纳米的高度，

一纳米大约是
可见光波长的1/100的长度，

每天丢一次。

这就是这些微生物存活需要的能量。

比我们之前想的
可以支撑生命的能量要少很多，

但是让人惊讶，却十分美妙的是，

这就够了。

如果这些海洋底部下的微生物

跟能量之间有一个与我们之前
假设的不一样的关系，

那么接下来就是它们需要

与时间之间也有不同的关系，

因为如果你靠着
这么微小的能量生活，

快速成长是不可能的。

如果这些微生物想占领我们的喉咙
然后让我们生病，

它们会在第一次分裂发生前

被快速繁殖的链球菌踢出局。

所以我们不会在喉咙里找到它们。

也许深海的下表层
极度无聊的环境

其实是对这些微生物
来说是一种财富。

它们不会被一场风暴冲刷走。

它们不会被海草覆盖。

它们要做的就是存在着。

也许我们在培养基上缺少的

根本不是食物。

也许都不是任何化学物质。

也许它们真正想要的，

它们想要的营养是，时间。

但是时间是唯一
我没法给它们的东西。

即使我有一个细胞群可以
传给我的博士生，

然后他们会传给他们的
博士生，如此延续，

都需要传上个几千年

才能模仿出深海的环境，

这还是在无任何污染的情况下。

这是完全不可能做到的。

但也许我们已经在我们的
培养基上繁殖它们了。

也许它们看看我们给的食物说，

“谢谢，我决定加速繁殖，

要在下个世纪分裂一个新细胞。”

唉.....

(笑声)

那为什么其他的生物动作那么快？

为什么一个细胞一天就死亡了，

一个人在一百年后就会死亡？

当你想到宇宙中的时间总和，

这些看起来就都是
很短的随机限制了。

但这些并不是毫无规律的限制。

它们被一个东西主宰着，

那就是太阳。

当生命弄清怎么通过光合作用

从太阳获取能量，

我们不得不加速，
然后适应白日黑夜的轮回。

在这个意义上，太阳给了
我们一个加速的理由，

也给了我们加速的原料。

你可以把地球上大多数生命
看成一个循环系统，

太阳就是我们跳动着的心脏。

而深海下表层也像一个
与太阳完全隔离的

循环系统。

它的演变在被漫长的地质韵律驱使。

一个单细胞的生命长度
目前还没有理论上的限制。

只要有一丁点儿的能量可以用，

理论上讲，一个细胞可以存活

几十万年甚至更久，

必要时换掉坏的部件就可以了。

让一个微生物在我们的培养皿中
那样存活，就等于是在

要求它们来适应我们疯狂的
以太阳为中心的快速生活方式，

也许它们有其他
更重要的事情要做呢。

(笑声)

想象一下，如果我们可以
弄清它们怎么做到的。

如果这其中包含着某些
特别酷，特别稳定的化合物

可以被利用来提高生物医药产品和

工业产品的有效期，会怎么样？

或许我们可以研究出它们之所以可以

成长得如此缓慢的机制，

那我们就可以在癌细胞中
模拟这个机制，从而减缓癌细胞的分裂。

我也不知道。

那些都只是我的猜测，

但是我唯一可以确定的是，

有着数目无法估量的

活着的微生物细胞

待在全世界海洋的底部。

相当于地球上全部人类生物质
总和的200多倍。

从本质上说，比起人类，
那些微生物与时间和能量

有着不同的关系。

它们世界中的一天

可能对我们而言像是几千年。

它们才不管太阳呢，

也不屑于快速的繁殖，

它们可能也不在意
呆在我的培养皿里...

（笑声）

但是如果我们继续去
发现新的方法来研究它们，

那么也许我们最终可以
搞清楚地球上全部的生命。

谢谢大家。

（鼓掌）