[科普中國]-尋找神秘的深淵微生物——海洋深淵區(qū)最龐大的生命群體探秘

深淵里的一塊泥、一滴水，在普通人看來沒什么稀罕，但在海洋學家的眼里卻是無價之寶。“蛟龍”號載人潛水器前些天深潛雅浦海溝帶回的深層水和海底泥，短短幾天，中國大洋38航次的科考隊員已經(jīng)從中培養(yǎng)出了數(shù)萬個生命，它們是深?！熬用瘛敝凶铨嫶蟮纳后w——微生物。

海洋學家告訴記者，對深淵區(qū)微生物的研究，不僅有助于揭示生命起源、演化和全球氣候變化等宏大命題，也有助于治療我們?nèi)祟惡鸵恍┙?jīng)濟作物、養(yǎng)殖動物的疑難病癥，在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和環(huán)保領域有著廣闊的應用天地。然而，這些隱藏于海底、肉眼看不見的微生物，對高壓、幽暗、寒冷的海底是如何適應的？如何對其分離培養(yǎng)和研究利用？

常溫培養(yǎng)上萬深海微生物菌落

“雅浦海溝的深層水和沉積物中可培養(yǎng)微生物的多樣性很豐富，尤其是沉積物（泥），采用不同的培養(yǎng)方式，已經(jīng)獲得了30000多個微生物菌落，其中5000米以下水深的有20000多個?！眹液Ｑ缶值谌Ｑ笱芯克硌芯繂T王玉光指著一些圓形平板盒上芝麻大小的微生物菌落說。

這些菌落呈現(xiàn)白色、乳白色、黃色和紅色，密密麻麻地分布在從恒溫4攝氏度冰箱取出的這些圓形透明平板上。它們是溫鹽深儀（CTD）從5000-6000米深處、“蛟龍”號深潛雅浦海溝帶回的近底海水和沉積物中獲取的樣品。

王玉光說，在同一溫度培養(yǎng)下，平板上菌落大小不一，表明生長速度不同。這些分離獲得的微生物為雅浦海溝微生物遺傳特性及其環(huán)境適應性機制、共生微生物與宿主相互作用研究奠定了基礎。

對王玉光來說，海上實驗室里的現(xiàn)場微生物培養(yǎng)，只是萬里長征走過的第一步?；氐絾挝缓笮枰^續(xù)對已長成的菌落逐個分離鑒定，篩選培養(yǎng)，直至發(fā)現(xiàn)那些特殊功能的極端微生物，從中分離出有用的酶，應用于食品加工、醫(yī)療衛(wèi)生……

“土著”微生物的培養(yǎng)與發(fā)現(xiàn)

王玉光用于培養(yǎng)微生物的泥和海水樣品，保存在4攝氏度中，培養(yǎng)的溫度為室溫，因此生長較快。對國家海洋局第一海洋研究所研究員陳顥來說，他希望將其收集的泥和海水樣品在4攝氏度的溫度下培養(yǎng)，這樣對其微生物的活性物質(zhì)研究更為有利，因而微生物被培養(yǎng)出來的時間，要漫長的多。

“兩周能看到菌落就不錯了，有的要一兩個月、甚至半年才能培養(yǎng)出來。不過，時間越長，培養(yǎng)出來的菌落對我們研究微生物的活性物質(zhì)來說就越有價值，通過活性篩選來檢查或了解微生物的功能?！标愵椪f。

深淵微生物生存環(huán)境的溫度一般在2攝氏度左右，“希望還原與其生存環(huán)境相適應的‘土著’微生物?！标愵椪f，去年他在常溫下培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)出的很多微生物近海也有，這次放在低溫下培養(yǎng)或利用選擇性培養(yǎng)基培養(yǎng)，希望找到深淵環(huán)境下具有獨特生物化學特征的微生物，從而尋找到具有特殊功能的酶、具有抗癌活性的先導藥物和新的抗生素。

“目前，獲得新的抗生素越來越難，我們希望通過深淵微生物，尋找到比較強的抗菌效果的抗生素。”陳顥說。

培養(yǎng)深淵微生物“原住民”

對于研究深淵微生物對主要生源要素響應機制的吳謖琦來說，此次研究的重心，是考察雅浦海溝海水表層到底層的垂直方向和海溝從北部到南部的水平方向，微生物與環(huán)境之間的相互作用。

去年，這位國家海洋局第一海洋研究所的研究員從雅浦海溝北部海底獲取的海水和沉積物樣品中，培育了7萬多個微生物。

“通過對‘蛟龍’號、溫鹽深儀和多管取樣器去年在雅浦海溝采集的樣品培養(yǎng)研究，發(fā)現(xiàn)了至少50種細菌。這次在回收去年布放的錨系中，安放了微生物原位培養(yǎng)裝置，獲取真正的海底原位微生物群落，以期更深入地研究微生物在雅浦海溝地球化學循環(huán)中所起的作用。”吳謖琦說。

此外，國家海洋局第三海洋研究所使用的保壓樣品高壓釜，也是深淵微生物采集保壓技術的具體應用，同樣是為了培養(yǎng)出真正的深淵微生物“原住民”。

深淵微生物應用天地廣闊

“獲取深淵沉積物、近底海水，培養(yǎng)和分離深淵微生物，是科學研究的基礎，也是應用的基礎，不然一切都無從談起?！敝袊笱?8航次第三航段首席科學家陳新華說。

陳新華表示，對深淵特殊功能微生物、大型生物共生微生物的分離培養(yǎng)，從采得的樣品中分離培養(yǎng)深淵微生物充實微生物菌種庫，意義重大。采集高質(zhì)量的微生物樣品，為研究深淵生物極端環(huán)境適應性及其對關鍵生源要素和海底化學環(huán)境的響應機制提供樣品，是這次科考的一個主要調(diào)查任務。

深海微生物資源的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)利用潛力巨大，新型工業(yè)用酶、新型活性物質(zhì)及高效環(huán)境保護制劑等深海生物技術產(chǎn)品，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和環(huán)境保護方面有著廣泛的應用前景。

吳謖琦說，他從去年雅浦海溝獲取的樣品中，已培養(yǎng)出包括硝化電導菌在內(nèi)的一些特殊功能的菌株，有可能在生物能源方面存在較高的應用價值；已培養(yǎng)的亞硫酸桿菌、假交替單細胞菌、玫瑰桿菌，可用于石油化工方面，包括溢油的處理、環(huán)境修復及二次采油等。

深淵環(huán)境的特殊性，決定了深淵微生物的特殊性。深淵同時是無可替代的生物基因資源庫。一項研究認為，位于深海沉積物頂部的10厘米空間，據(jù)估算約含有4.5億噸脫氧核糖核酸（DNA），是保留在深海環(huán)境的地球上最大的基因儲庫。

“深淵微生物基因資源取樣困難，可培養(yǎng)微生物占生物總量的比例極低。”陳新華說，但是，隨著深海裝備技術的進步、基因測序技術的提高與生物信息學的發(fā)展，深淵微生物基因資源的發(fā)掘速度正在加快。