研究發現古菌或是恐龍滅絕幕後黑手 科學家擬建古菌資源庫

2020-11-25 騰訊網

古菌被認為地球最早的生命

大洋網訊 恐龍為何滅絕？一直以來科學界有數十種猜想。不久前在深圳召開的古菌（Archaea）地球組學國際研討會（以下簡稱「古菌大會」）上，古菌學專家、南方科技大學海洋與工程系講席教授張傳倫就給廣州日報記者解析了這個說法的科學內涵——這與寄居在恐龍體內的大量古菌有關，古菌能產生甲烷，通過放屁使得空氣中甲烷的濃度越來越高，溫室效應大增，導致地球生態的巨變，恐龍也遭到了滅頂之災。

古菌學家張教授和同事們在尋找古菌這種最古老的生命體。

張傳倫告訴記者，其實沒那麼可怕，古菌也能造福人類。古菌，這種被稱為微生物「暗物質」的最古老生命體，不僅存在於鹽湖、海底熱液口、陸地熱泉等高鹽、高溫或高壓等極端的環境，還存在於沼澤、稻田，甚至人體內。

在今年8月中共中央、國務院印發的《關於支持深圳建設中國特色社會主義先行示範區的意見》中，明確提出組建國家深海科考中心。

如今，張傳倫牽頭成立的南方科技大學古菌地球組學重點實驗室,是我國首家以古菌為主題的研究實驗室，這一群古菌研究者們正在籌建深海古菌和基因資源庫，去撥開這一古老物種身上的層層迷霧。

深海的未知環境，激發了科學家極大的好奇心。自上世紀九十年代起，科學家在一次次遠航中，獲得了珍貴的海底沉積物，堪稱現實版的《海底兩萬裡》。不過，他們的新發現，並不是可怕的龐然大物，而是體積微小而數量眾多的微生物——古菌（Archaea）。在生物技術取得長足發展的今天，這可能是地球上最古老生命體的秘密開始被解開。

張傳倫教授進行古菌研究近25年。他回憶起第一次在顯微鏡下看到古菌形態時，用「離奇」一詞表達了自己的感受「我們正常認識的細菌是一種杆狀或者絲狀的形態。但是古菌有的像一片樹葉，有的又像幾個蛋糕，排列組合在一起。」

當然單從形態上，很難將古菌和細菌完全分開。對古菌認知越深入，張傳倫就越有敬畏之心。古菌的英文名「Archaea」來源於希臘語，是「ancient」古老的意思。

因為古菌常被發現生活在極端的環境中，被認為是極端微生物；但不是所有的古菌都存在於極端環境，也不是所有的極端微生物都屬於古菌。由於陸地熱泉和大洋中脊的環境和地球早期環境十分相似，因此人們最初認為古菌可能代表地球上最早出現的生命，即「古老的生命」。

古菌或成人類稱霸地球的幕後推手

在一億多年前的白堊紀，那時候恐龍大量繁殖，很多草食性恐龍跟今天的牛一樣，它們的胃是反芻的，會海量地放屁。屁中含有豐富的甲烷，它們放屁不斷，一億多年下來不斷提高大氣溫度，導致地球生態的巨變，最後滅絕了，但它們的屁卻對大氣層貢獻卓著，為哺乳類動物稱霸地球提供適宜的溫度。

而產生甲烷的正是古菌，細菌是沒有這種功能的。由於近些年來大氣環境的不斷惡化，溫室效應的出現，人們對甲烷的認識和研究越來越廣泛。

不過，有的古菌產生甲烷，同時也有古菌能消化甲烷，將其埋藏在沉積物中。可以說，古菌同時也是地球高等生物的守護神。「如果沒有古菌將溫室氣體吃掉，一旦發生大型地質事件導致地下甲烷釋放到大氣中，很可能造成滅絕性災難事件。」張傳倫說:「古菌默默無聞地消化甲烷，導致大氣溫度不會攀升很高，這是古菌對人類生存所做的貢獻。」「古菌在全球海洋生物地化科學研究中佔據非常重要的地位，它們對於全球氣候變化和能源與環境問題具有舉足輕重的影響。」張傳倫教授說。目前已發現的古菌有三十多個門，共約480種。古菌作為生命三大域之一的生物,是目前生物地球化學研究的熱點之一。

古菌潛藏在人類身邊亟待深入研究

今天，隨著地球環境被細菌和真核細胞生物大幅改造，古菌已經被後輩們侵佔了大片領地。還有一些大隱於市的古菌，悄然融入了紛繁複雜的現代生物圈。在牛、羊等反芻動物以及白蟻的消化道內，潛藏著產甲烷古菌維持腸道的正常工作。因此，古菌離我們倒也不那麼遙遠，每一碗羊雜湯裡，都有它們的身影。同時，古菌廣泛存在於人類的鼻子、肺、腸道和皮膚中。寄居在人體內的古菌主要是產甲烷古菌。人體內古菌可是一支不可小覷的隊伍。

「研究海洋古菌多樣性，對認識海洋生物資源、保護海洋生態環境、可持續地開發利用海洋生物資源具有重要的理論和現實意義。」張傳倫教授表示。

古菌或成開發生物能源突破口

如今，隨著對古菌研究的深入，我們很多領域裡都可以發揮古菌的作用。張傳倫教授舉例說，比如，用一種嗜熱古菌進行工業發酵本身就可以避免雜菌，因為雜菌無法耐受高溫，這就省去了除去雜菌汙染的過程，可以極大地節約成本。

另外，古菌還有可能成為人類開發生物能源的突破口。甲烷早在3000多年前就被用做可燃氣體，相信有一天，隨著對生產甲烷的古菌的研究逐漸深入，我們能利用產甲烷菌，通過規模化的工業生產來生產甲烷。

我國科學家對於古菌的研究一直都與國際接軌，活躍著一批科學家，發揮著舉足輕重的作用。比如張傳倫對於古菌的熱愛被朋友同事所熟知，從他把電子郵箱命名為「Archaea Zhang」（古菌張）可見一斑。而許多研究地質的同行也因為他的介紹，對古菌產生了濃厚的興趣。張傳倫稱，我國在古菌研究領域比較活躍的科學家約有20多位，受到國際同行的關注。

去年張傳倫教授的科研團隊首次報導了海洋古菌MG-II在富營養河口的持續勃發現象，獲得了該類群的全基因組測序，揭示了該類群在珠江口高豐度及對其環境的適應性。該研究成果對於認識古菌在人類活動影響劇烈的富營養海域的生態功能有著重要的意義。

今年2019年1月份成立的南方科技大學深圳市古菌地球組學重點實驗室，其總體定位是建設為具備國際影響力的科研平臺，比肩並引領國際海洋地球古菌組學研究與應用，希望能建立古菌膜脂化合物標準庫，深海古菌資源庫和基因資源庫。推動深海觀測技術的發展，發現新的菌種。

「古菌研究工作的推進極大地促進了人們對海洋重要生態過程的理解。我們的實驗室希望最終實現引領學科方向、建設和凝聚人才隊伍、強化基礎研究、服務國計民生的總體目標，為深圳市儘快成為國際海洋中心城市貢獻力量。」張傳倫教授表示。

（文/圖廣州日報全媒體記者鮑文娟、王納）

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