融冰或令遠古細菌重生

朱利·帕拉斯博士(Julie Palais)（左）和安薩斯·奧斯(Anais Orsi)（右）正在一個冰洞中進行考察，他們的研究得到美國國家自然科學基金會的資助。

基本介紹

• 中文名：融冰或令遠古細菌重生
• 提出者：朱利·帕拉斯博士
• 資助：美國國家自然科學基金會
• 報導：《科學美國人》

介紹

南極巨厚的冰川下方的古老生命正在靜靜等待重生，隨著全球變暖的加劇，冰川融化，這些古老有機體和生命體將最終進入現代環境系統。它們將會造成何種影響，科學家們尚不清楚。

南極

台北時間2012年4月25日訊息，據《科學美國人》網站報導，那些冰封在南極和格陵蘭巨厚冰蓋下的古老生命正在靜靜等待重生。就像是來自遙遠過去的時間膠囊，南極和格陵蘭這樣的冰川環境提供了一種可能性，讓那些微小的生命體得以生存下來。它們的歷史可能比人類誕生的時間還要早，這個失落的世界一直被凍結在冰川之下，度過變化的氣候和漫長的時間。而現在，它們或許即將再次獲得自由。

不要以為這樣的情景遙不可及，隨著冰川加速融化，這樣的場景或許已經近在眼前。這種情況一旦發生，中更新世以來就被冰封的古老細菌和其它現代世界聞所未聞的微生物就將重新進入環境當中。中更新世距今大約75萬年，當時曾經發生了顯著的氣候轉變。

巨厚的冰蓋環境原先曾被科學家們認為是過分嚴酷因而無法支持生命存活的，但是現在我們已經知道情況並非如此，這一環境事實上是一個巨大的微生物冷藏庫。據估算，所有被冰封在冰蓋當中或冰蓋下方的微生物細胞總數幾乎相當於全球總人口的1000倍。

約翰·普利斯庫(John Priscu)是美國蒙大拿州立大學教授，南極微生物研究方面的開拓者。他指出，將自己置於深度冷凍狀態冰封於冰川之中是微生物的一種進化策略，它們可以藉此保存自己的基因藍圖，等待未來重生的機會。他說：“這是一種保存基因庫的方式。你將某樣東西放在冰雪之中，然後100萬年後冰雪消融，它又再次出現了。”

基因冷藏庫

普利斯庫在過去的28年內一直在研究南極大陸上他稱之為“冰雪中的蟲子”的微生命體。南極大陸擁有地球上最古老的冰層。其中有一部分冰層的歷史可以追溯到100萬年前，甚至有一部分冰層的歷史超過800萬年。普利斯庫說：“在這些冰層中蘊藏著很多歷史。”

這些歷史中，很大一部分至今仍然充滿生機。普利斯庫本人曾經在距今42萬年的古老冰芯中發現活著的細菌，並且它們還能在被提取出來之後在實驗室內照常生長。還有一些研究者還報告在更加古老的冰芯中發現活體細菌的案例。

這些冰層環境讓這些細菌擁有了一種近似“永垂不朽”的狀態，冰層就像一個巨型冷藏庫，幫助它們保存它們的基因藍本，讓它們得以在環境條件允許的情況下重見天日。喬納森·卡拉森(Jonathan Klassen)是威斯康辛大學進化生物學家，博士後研究員。他說：“這正是冰川的有趣之處，它充當了基因物質的冷藏庫。因此一些原本已經滅絕消失的物種就有機會重見天日。”

那樣的場景將會導致出現冰川版的《侏羅紀公園》嗎？科學家們並不這么認為。因為能夠在冰蓋下寒冷，黑暗，壓力巨大的極端環境中熬過如此漫長時間，並且幾乎沒有任何食物來源的，也就只有某些種類的微生物而已。

除此之外，隨著溫室效應導致的全球變暖在兩極地區表現的更加明顯，科學家們對冰層中封存的微生物便愈加關注。研究人員正試圖弄清這些微生物如何能挺過如此漫長時間的極端環境並存活下來，它們中的一些看起來已經在近乎完全靜止的狀態下度過了上百萬年。這樣的研究將有助於我們對其它生活在各種不同極端環境中生命狀態的理解，如一些冰凍的衛星，以及月球等等。

甲烷氣體釋放

然而更大的隱患還在後面。隨著冰層加速消融，大量沒掩埋和冰封的有機物將暴露出來並開始腐爛，這將產生大量的二氧化碳和甲烷。這些都是溫室氣體，它們進入大氣層將可能引發的效應已經引起了氣候研究專家們的普遍擔憂。除了對大氣造成的影響，大量微生物湧入海洋也必將對海洋生態系統構成挑戰，讓海洋脆弱的化學環境更加岌岌可危。

甚至，科學家們還發現即便是在冰封在冰雪之中，這些微生物竟然還在進行著進化。他們相互之間交換DNA物質並發生變異，獲得新的特徵。儘管這些習慣生活的寒冷環境中的微生物似乎並不會對溫血生命構成什麼威脅，但是它們確實將可能排擠並驅逐現代的其它細菌和微生物物種，這樣的情景將會造成何種後果我們現在還不甚了解。

路易斯安那州立大學微生物學家布蘭特·克里斯特納(Brent Christner)指出，這些被冰封的細菌體，在經歷數十萬年的休眠之後，一旦環境條件允許，它們仍然具備正常生長繁殖的能力。克里斯特納是該校生物科學系助理教授，他曾經發現過采自75萬年前，至今仍然存活的細菌樣本。他說：“當我們審視我們所能取得的最古老冰芯樣本時，我們意識到那裡仍然存在存活著的細菌體。”

這是一件大事，因為科學家們仍然無法理解一個生命體是如何能夠在休眠狀態下經歷75萬年之久卻仍然維持生命的。

石器時代的古老來客

事實已經證明，將自己冰封在冰雪之中是微生物體保存自己的最佳方式。在冰川下方，它們似乎會將自己調整成某種最低限度的活動狀態，以此保存自己的DNA物質，並在漫長的時間內不斷修復自身由於輻射，氧化和其它破壞作用導致的損傷。克里斯特納認為，以這種方式，這些細菌幾乎可以永遠這樣休眠下去。

然而這些生存於石器時代的古老細菌體在經歷了如此漫長的時間之後自身也確實付出了一定的代價。克里斯特納發現，冰層中越是古老的微生物體，恢復生命體徵所需要的時間也就越久。

這些微生物體的出現給了科學家們一個極好的機會，去對過去的古老基因組展開研究，並且可以通過這些生活在溫暖和寒冷不同氣溫下的古代細菌去了解地球過去的氣候模式。蒙大拿州立大學微生物生態學助理研究教授克里斯蒂·法羅曼(Christine Foreman)表示：“你可以將冰層視作時間博物館，或者通向過去的窗子。”法羅曼目前正在對采自南極，距今6萬多年前的沉積物進行研究。

而對於普利斯庫來說，最基本的問題，至少在古氣象學領域，是要確定這些不同的細菌群落是否是代表了分別生活在冰期和間冰期的不同生態群落？他說：“如果考慮我們現在所處的溫暖時期，那么100萬年前的時候微生物是否有所不同？”

普利斯庫希望明年冬季他將能夠嘗試回答這個問題，那時候他將和一個美國考察隊一起前往南極洲西部，他們將在那裡鑽探考察一條冰層下方的溪流。這條溪流流淌在南極大陸被冰雪覆蓋之前，距今已經有超過2000萬年之久。在這條冰下河流中存在著當時生活其中的微生物樣本。

這項計畫是近期即將進行的3項類似的冰層鑽探計畫之一，它們共同的目標都是將冰蓋下方封存的古老生物樣本帶上來進行研究。這些項目包括：今年2月份，一個俄羅斯團隊在遙遠的南極大陸東部向下鑽探超過兩英里，打穿了東方湖上覆的冰蓋，這是一個和北美伊利湖面積相當的巨型冰下湖，大約在2500萬年前開始便已經被冰雪覆蓋；而一群英國科學家則同樣正計畫在南極大陸西部鑽探一個被大約1英里厚度冰層覆蓋的冰下湖。

史前瘟疫

在冰層中進行如此之深的鑽探搜尋生命體的做法也讓人不得不聯想到一種可怕的可能性：是否有可能這樣做會喚醒曾經被封存的可怕瘟疫，讓它們再次重見天日，肆虐人群？

對此，來自美國俄亥俄州博林格林州立大學生命科學系的進化生物學家斯科特·羅傑斯(Scott Rogers)教授表示：“為了在冰雪環境中求得生存，這些微生物可能已經經歷一部分進化適應，這給了這些致病菌一定的優勢。”一般情況下，一旦人體對某種病原產生抗體，那么這種病原便將很難再次對人體構成威脅。“然而如果某些病菌適應了冰雪環境，並因此發生了局部變異，當它們再次重見天日時，我們的機體已經無法識別它們，對它們已經不具備抗體，它們將再次變得有威脅。”

羅傑斯曾經在格陵蘭的冰層下發現距今14萬年，但仍然存活的病毒樣本，他相信存在一些生命力特別頑強的病毒，如導致脊髓灰質炎的病毒毒株，它們可以經受冰雪的封存並在此後捲土重來。不過他和其它大多數科學家都並不認為極地冰雪的融化將會導致類似好萊塢大片《傳染病》中所描述的那種全球性的傳染性疾病大爆發。人類和其它大多數動物都已經經過進化適應了較為溫暖的氣候環境，他們難以在冰雪下存活。而病毒在這種氣候條件下則並沒有什麼優勢，顯得相當脆弱。他說：“這樣的幾率並非是零，但是也相當接近於零。”

另外一種更加顯著的可能性是冰雪的消融將會導致大量古老的微生物基因物質流入大海，和現代生命體的基因物質相混合，讓海洋環境中突然充斥大量陌生的有機物質。羅傑斯相信這種情況事實上現在已經發生。他說：“我們認為冰雪消融正無時不刻地進行著，舊的基因組分正不斷和新的基因組分發生融合。”

而根據克里斯特納的觀點，這些重見天日，甚至可以說經歷重建的微生物體最有可能被發現的地方便是在海洋中。地球的冰川和冰川下方沉積物中蘊含的微生物細胞和碳組分總量超過了地球表面所有湖泊和河流中的相應組分，這是巨大的有機物質儲藏庫，一旦冰雪消融，這些物質都將最終匯入大海。

克里斯特納說：“潛在的氣候變化趨勢是將更多的營養物質送入海洋生態系統中。”一種可能的圖景是：海水中營養物質的增加將會導致海洋微生物的爆發性增長，從而消耗光海水中的氧氣。這將摧毀魚類生態體系，加劇海洋中現在已經開始出現的大量死亡現象。

蒙大拿州立大學的法羅曼表示：“我們習慣上總是將海洋視作某種巨大的容器，可以容納一切。但是我們現在知道這樣的想法並不正確。存在一個臨界點，一旦越過這一限度事情就會發生變化。但是我們暫時卻並不清楚這一臨界點位於何處。”

巨量有機物質的釋放

消融的冰川同樣將釋放出巨量的有機體，這些有機體暴露於溫暖的環境中，從而開始迅速腐爛。科學家們估計，曾經被封存在冰川中和冰川下方的大量含碳物質一旦被轉化為二氧化碳，將相當於全世界10年內所有機動車釋放出的尾氣總和。當然並非所有含碳物質都會直接被轉化為溫室氣體，但是任何一點二氧化碳排放都將加劇目前嚴峻的狀態。普利斯庫說：“這是一個必須加以考慮的巨大碳儲存庫。碳循環非常重要，尤其是對於氣候變化而言，我們必須考慮這一點。”

因此研究人員指出，儘管這些從冰雪封存下被釋放出來的微生物體或許並不太可能像科幻電影中所描述的那樣變成肆虐全球的致命殺手，但它們的出現將確實的為我們的將來帶來另一種隱憂。當將其它顯示全球氣候發生轉變的表現考慮在內——不斷上升的海平面，發生改變的生物棲息地， 不斷減小的行星總體反照率，等等，我們的星球系統已經開始失去平衡，或許這些被從冰雪下釋放出來的微生物，它們所能造成的最大潛在威脅便是它們會不會成為壓垮地球整個生態系統運行的最後一根稻草？

普利斯庫將今天我們所處的氣候狀態比作一個被按下的電燈開關。他說：“如果你按住電燈開關卻不按到底，燈就會開始閃爍。我想這就是我們現在所面臨的狀態。我們正在按下按鍵，一切變得非常脆弱，很快它就可能越過某一個門檻並進入一種新的狀態模式。一旦發生那樣的情況，是否還能再次回到原來的狀態？我們不知道。或許我們就將再也無法回去了。”