深海之謎正改變我們對生命的認知

我們能深入地球多深仍然能找到生命？海洋微生物學家凱倫洛依德向我們介紹了地表下深處的微生物：小小的有機體，埋在數公尺深的海洋泥土中，遠在動物出現之前它們就存在於地球上了。來了解更多這些神秘的微生物，它們拒絕在實驗室中成長，似乎它們與時間及能量的關係，和我們有著根本上的不同。

我是田納西大學的海洋微生物學家，

我想和各位談的是一些微生物，

它們很奇特且美妙，

它們甚至在挑戰我們對於
地球上生命的相關假設。

問大家一個問題。

若你曾想過搭潛水艇到海底深處

是一件很酷的事，請舉手。

好。

大部分人都舉手，因為海洋很酷。

好，現在請再次舉手，

若你想要去海底的理由是因為

那樣你就能稍微更接近

海洋底部那令人興奮的泥巴。

（笑聲）

沒有人舉手。

我是在場唯一的一個。

其實，我常常在想這件事。

我大部分醒著的時間，

都在研究，我們能
潛入地球多深的地方，

還能發現生物，發現任何生命體。

這是個關於地球上生命的基本問題，

但我們仍然不知道答案。

在 1980 年代，有一個英國
科學家叫做約翰帕克斯，

和我有類似的著迷，

他想出了一個瘋狂的點子。

他相信，有一個巨大、深層，
且活生生的微生物圈，

在全世界海洋的底下，

深入海底數百公尺。

這想法很酷，

唯一的問題是，沒有人相信他，

而沒有人相信他的原因，

是因為海洋沉積可能是
地球上最無聊的地方了。

（笑聲）

那裡沒有陽光、沒有氧氣，

最糟糕的可能是

數百萬年來那裡沒有新鮮食物外送。

你不用有生物學博士學位，

也能知道如果要尋找生命，
那地方不是個好選擇。

（笑聲）

但在 2002 年，
約翰說服了足夠的人，

相信他可能會有所發現，

讓他真的搭上「聯合果敢號」
這艘鑽探船展開考察。

與他同行的是丹麥的波巴克尤根森。

終於，他們得以取得

地表下的深層優質原始樣本，

沒有受到表面微生物的污染。

這艘鑽探船能夠鑽到
海底下數千公尺的深度，

而泥土核依序從芯管被取出來，

像這樣非常長的芯管。

登船拿著芯管的科學家們，包括我，

我們會在船上處理泥土核，
然後把它們送回去

家鄉的實驗室做進一步研究。

所以當約翰和他的同事

拿到第一批珍貴的深海原始樣本，

他們把樣本放到顯微鏡下，

他們看到的影像就像是這樣，

這張圖其實是來自
更近期的一次考察，

由我的博士生喬依邦吉歐諾進行的。

你們可以看到背景有模糊的東西。

那就是泥土，深海的泥土；

而帶著綠色螢光的亮綠點

是真正的活微生物。

我要告訴各位一件
關於微生物的悲劇。

在顯微鏡下，它們看起來都一樣，

至少大致上是一樣的。

你可以拿世界上最炫的有機體，

比如能呼吸鈾的微生物，

再找個製造火箭燃料的微生物，

把它們和一些海洋泥土混合，

放到顯微鏡下，

看到的就只是小點點。

這真的很惱人。

所以我們無法從
它們的外觀來區分它們。

我們得用 DNA，就像指紋，

來判斷誰是誰。

我現在就可以教各位怎麼做。

我捏造了一些資料，
等一下看的到資料不是真實的。

這是用來說明，如果一些物種

彼此之間完全沒有關係，
看起來會是什麼樣子。

所以，你們可以看到，每個物種

都能列出其 A、G、C、T 的組合，

它們是 DNA 的四個子單位，

有點算是隨機混雜在一起，
看起來都不一樣，

這些物種彼此之間完全沒關聯。

但真正的 DNA 看起來是這樣的，

來自那些物種剛好共有的基因。

一切的排列幾乎完美。

要有這麼多直行的機率，

對有個 C 的每種物種，
或有個 T 的每種物種，

在隨機的狀況下，是無限小的。

所以我們知道，所有這些
物種一定有個共同的祖先。

它們彼此都是親戚。

現在，我要告訴各位它們是誰。

前兩種，是人類以及黑猩猩，

你們都知道兩者有關聯，
因為…應該很明顯吧。

（笑聲）

但我們也和外表
不相似的物種有關聯。

比如松樹和賈第鞭毛蟲，
它就是如果你去健行時若喝下

未過濾的水，就會
得到的那種胃腸病。

我們也和細菌有關，比如
大腸桿菌和艱難梭狀芽孢杆菌，

它是種會趁虛而入的
恐怖病原體，很致命。

當然，也有好的微生物，
像是當脫氯菌，

它能幫我們清除工業廢物。

如果我拿這些 DNA 序列，

然後使用它們，用它們
之間的相似和差異，

來為大家做個家譜樹狀圖，

可以清楚看見相近的關聯性，

結果就會像這樣子。

你第一眼就可以清楚看到，

我們、賈第鞭毛蟲、
兔子，以及松樹等等，

都像是手足，

而細菌則是我們古老的表親。

但我們和地球上的
所有生物都是親戚。

所以，我每天的工作，

就是要製造出科學證據
來駁斥存在性的孤獨。

所以當我們拿到第一批 DNA 序列，

來自第一次航行時從地表下
很深的地方取得的原始樣本，

我們想要知道它們之前在哪裡。

所以，我們最先的發現的是：
它們不是外星人，

因為我們能將它們的 DNA
和地球上所有其他物種排列對齊。

但，現在看看它們在
我們的生命之樹上的走向。

你最先會注意到的，
是它們的數量很多。

並不只有一個小物種

能夠在這個糟透的地方生存。

其實有很多東西。

你會注意到的第二件事，

我希望你們注意到了，就是它們
和我們以前見過的物種都不一樣。

它們彼此之間的差異程度，

就如同它們和我們過去
所知之所有物種的差異程度，

如同我們和松樹的差異。

所以，約翰帕克斯完全正確。

他和我們發現地球上有個全新

極多樣化的微生物生態系統，

在 1980 年代之前全然不為人知。

我們現在好運連連。

下一步是要在培養皿中
繁殖這些奇特的物種，

讓我們用來做真正的實驗，

微生物學家應該做的那些實驗。

但，不論我們餵它們什麼，

它們都不肯繁殖。

即使現在，十五年後，
且已經經過許多次考察，

仍然沒有人能夠讓任何一種
從海底表下深處取得的微生物

在培養皿中成長。

且那並非因為缺乏嘗試。

這可能聽起來讓人失望，

但我卻覺得很振奮，

因為那表示有好多誘人的
未知事物等待研究。

比如，我和我同事
想出了一個很好的點子。

我們要把它們的基因
當作烹飪書來讀，

找出它們想要吃什麼，
把那東西放到培養皿中，

接著它們就會快樂繁殖。

但我們去看它們的基因時，

發現它們想要吃的食物就是
我們之前餵食過的食物。

完全是白工一場。

在培養皿中，它們
還想要其他的東西，

是我們還沒給它們的。

所以，我們把來自世界上
不同地方的測量值結合起來，

我在南加州大學的同事，

道格拉洛和楊艾曼，

可以計算出，每一個深海微生物細胞

只需要 1 zepto 瓦的能量，

不用拿手機查了，1 zepto
就是10 的負 21 次方，

換作我是你們，我也會想查。

另一方面，

人類需要 100 瓦的能量。

基本上，100 瓦的
能量就是拿個鳳梨，

每天把它從腰部的高度
丟下去 881,632 次。

如果你那樣做，並和渦輪做連結，

就會創造出足夠的
能量讓我能夠活一天。

如果用類似的方式
說明 1 zepto 瓦，

就是拿一粒鹽巴，

接著，想像非常非常小的球狀體，

質量只有一粒鹽巴的千分之一，

然後把它從一奈米的高度丟下，

一奈米比可見光波長還要小一百倍，

一天丟一次。

只要這樣，就能讓微生物活著。

我們從來沒有想過這麼少的
能量也能夠維持生命，

但，不知以什麼方式，
很神奇，也很美妙，

它就是足以維生。

所以，如果這些深海微生物

和能量之間的關係和
我們先前所想的很不一樣，

那就表示，它們一定也會

和時間有不一樣的關係，

因為當你生活中的
能量梯度那麼小的時候，

不可能會快速成長。

如果這些東西想要在我們的
喉嚨中殖民，讓我們生病，

它們在開始做細胞分裂之前，

就會被快速成長的鏈球菌趕出去了。

那就是為何我們從未
在喉嚨中找到它們。

也許，雖然表面下的
深層地區很無聊，

對這些微生物而言卻是一項資產。

它們永遠不會被暴風雨沖走。

不會被過分茂密的雜草給抑制。

它們只需要做一件事：存在。

也許，我們的培養皿中缺少的東西，

根本不是食物。

也許不是化學物質。

也許它們真正想要的東西，

它們想要的營養物，是時間。

但，時間是我永遠不可能
給予它們的東西。

即使我把我的細胞培養
傳給我的博士生，

他們再傳給他們的
博士生，以此類推，

我們得要持續傳數千年，

才有可能精確模仿
地面下深處的條件，

而不繁殖任何污染物。

這是不可能的。

但，也許，我們已經以某種方式
在培養皿中繁殖它們了。

也許它們看著我們
提供的各種食物，並說：

「謝謝，我能夠加速成長，

快到在下世紀就能做出一個新細胞。

呃。

（笑聲）

所以，為什麼其他的
生物都進行那麼快？

為什麼細胞在一天後就會死亡，

一個人僅在一百年後就會死亡？

這些時限是非常短的，

相對於宇宙的所有時間而言。

但它們並非隨意的時限。

它們受到一樣很單純的東西所支配，

那就是太陽。

一旦生命搞懂了要
如何透過光合作用利用

太陽的能量，

我們都得要加速，
開始過日夜循環的日子。

就這方面來說，太陽
給了我們加速的理由，

以及加速需要的燃料。

你可以把地球上大部分的
生命視為是循環系統，

而太陽就是在跳動的心臟。

但在地表下的深處，這個循環系統

完全和太陽沒有連結。

取而代之，驅動它的
是又長又慢的地理節奏。

目前，在理論上，單一細胞的
壽命長度是沒有極限的。

只要還有一絲絲的能量可以利用，

在理論上，單一細胞就能

再活數億年甚至更久，

只要隨著時間把壞掉的
部分換掉即可。

要讓那樣子生活的微生物，
在我們的培養皿中成長，

就等於是在要求它們適應我們

這種以太陽為中心
且快速瘋狂的生活方式，

也許它們有別的更想做的事。

（笑聲）

想像一下，如果我們能夠
研究出它們如何辦到的。

如果它們是利用某種
超穩定複合物，

而若我們能將之用於
生物醫學或工業產業

延長保存期限，這樣會如何呢？

或者，假若我們能找出
它們使用的超慢速成長機制，

我們就能仿照這機制
來減慢癌細胞的分裂速度。

我不知道。

老實說，這些都是猜測，

但我知道有一件事是肯定的，

有 10 的 29 次方個
活生生的微生物細胞

在全世界的海洋底下。

那是地球上人類
生物質總量的兩百倍。

且那些微生物與時間及能量的關係，

跟我們有本質上的不同。

對它們而言是一天的時間，

對我們而言可能就是一千年。

它們不在乎太陽，

它們也不在乎要快速成長，

很可能它們也不在乎我的培養皿。

（笑聲）

但，如果我們能繼續尋找
有創意的方式來研究它們，

也許最終我們會能了解
在地球上所有生命的樣貌。

謝謝。

（掌聲）