探秘地質時代「年輕人」,追問「地球主人」前世今生

近日，由日本和美國科學家組成的研究團隊成功復活了存在於地表下18000英尺（約5.5千米）、來自1億年前的微生物。要知道，這些微生物早在恐龍滅絕之前就已經處於休眠狀態。

不過，科學家告訴我們，就微生物圈來說，這些甦醒的微生物實在屬於「年輕後輩」，比它們年長的「億歲老人」還有很多。那麼，微生物的前世今生有著怎樣的故事？

人類發現最古老的微生物，來自38億年前

距今約46億年前，地球誕生。但那時的地球荒涼無趣，沒有生命存在，直到這一天——微生物的出現。

「地球上的第一個細胞，就是微生物。」中科院南京地質古生物研究所現代古生物學和地層學國家重點實驗室主任袁訓來告訴《科技周刊》記者，「迄今為止，我們發現最早的微生物可以追溯到38億年前，從那時起到至今六七億年前，地球上一直都是微生物的世界，且種類可能比現在的更多更複雜。」

這個有著數十億年歷史的龐大家族，同樣有著一代又一代的進化史。南京農業大學微生物學系教授閆新表示：「一方水土養一方人，一方水土也養一方菌，地球上的環境條件不斷變化，微生物為了更好地生存也隨之不斷變化。當然，微生物的活動反過來也會改變環境，二者在相互作用中一起變化。」

正因為記錄與反映、甚至影響著地球環境變化，微生物成為了科研人員探索地球環境演變的生物密碼。

今年5月，中科院南京地質古生物所副研究員鄭全鋒等研究人員在華南的二疊系-三疊系界線微生物巖中，發現了一種名為似Polybessurus的單細胞球狀藍細菌化石。鄭全鋒介紹，似Polybessurus藍細菌化石普遍存在於華南的二疊系-三疊系界線微生物巖中，是這些微生物巖的主要造巖微生物。這一發現以化石的證據直接證實了二疊紀末生物大滅絕後藍細菌爆發事件，且該類微生物的發現也在一定程度上再現了二疊紀末生物大滅絕後熱帶淺海海域的微生物群面貌，對於了解大滅絕後的海洋生態環境具有重要意義。

在地球史上，一共發生過5次著名的生物大滅絕事件，其中距今大約2.5億年前發生的「二疊紀-三疊紀滅絕事件」最為嚴重，造成了超過90%的海洋物種從地球上完全消失。不過，也不必為當年的地球擔心。因為，每一次後生動物的大量滅絕都會導致微生物的極度繁盛，其中的主要表現就是滅絕之後的地層中微生物巖的廣泛發育和微生物標誌化合物豐度的激增。也正由於微生物的繁盛，為大滅絕後倖存下來的後生動物提供了豐富的食物，從而自然迎來生命復甦與爆發的下一個時代。

其實，不僅1億年前已經休眠的微生物比較少見，微生物化石同樣難尋。鄭全鋒介紹，微生物化石的保存形式主要有碳質壓膜保存和礦化保存兩種。其中，碳質壓膜形式保存的微生物化石一般只能在細顆粒的碎屑沉積巖中形成，如頁巖或粉砂巖。礦化形式保存的微生物化石主要包括碳酸鹽化石、矽質化石、磷酸鹽化石、硫化物化石等。「微生物形成礦化化石，需要兩個條件。簡而言之，就是礦化過程要發生在微生物有機體腐爛和降解之前，礦化的礦物顆粒最好是納米級礦物顆粒，這樣才能很好保存微生物的形態和解剖結構。另外，微生物化石要能長久保存在巖石中，還需要這些化石不能遭受後期成巖作用的強烈改造，尤其是重結晶作用。即使微生物化石已經在巖石中形成，但之後巖石中發生的重結晶作用也往往會破壞這些微生物化石。」

不起眼的微生物，卻是地球的「真正主人」

對於「龐然大物」人類來說，微生物可能微不足道。但其實，人類卻是生活在微生物的海洋中。僅僅在人體內外，就存在著大量的微生物。閆新介紹，人體內微生物的細胞數大概是人體細胞數的10倍，環境中的微生物就更不計其數了。微生物不僅數量龐大，種類更是極其豐富。為了便於研究，科學家們將微生物劃分為細菌、古菌、真菌、原生動物、單細胞藻類、病毒和亞病毒這幾大類群。

「上至萬米高空，下至幾千米深的地下，都能找到活著的微生物。」袁訓來告訴記者，微生物存在於各處，而且很常見。當連續多日降雨的時候，石板地上可能會出現一層薄薄的綠色覆蓋物，踩上去會有滑滑的感覺，這就是微生物藍細菌。如果拿上小瓶子去玄武湖內打上一瓶水，選擇少許放至顯微鏡下，可能會發現上萬種活躍的微生物。「當然，也有一些微生物只能在特定的環境下生存。比如在美國黃石公園內超過100℃的熱泉中，就生活著一種適宜高溫的微生物『古菌』。菌如其名，這種微生物在數十億年前就已經存在。如果暫時脫離這種高溫環境，它們會進入休眠狀態。」

在我們的身邊還能見到那些有著古老基因組的古菌嗎？「很容易找到。」袁訓來回答。比如，深挖至煤堆的最底下，在煤渣的黑水中，生活著一種很原始的古菌——甲烷菌。甲烷菌的性格、脾氣與其他微生物不同，只有在無氧的條件下才能生長繁殖。所以，人們常會在密不透氣的池子裡放上甲烷菌愛『吃』的食物，如各種農作物的莖、葉及許多排洩物、廢棄物。讓甲烷菌生長並釋放出一種無色、略帶一點酸臭的可燃性氣體，也就是俗稱的沼氣。」

「微生物之所以能無處不在，繁衍於地球，很大程度上歸功於其代謝的多樣性，通俗來說就是食譜廣。」閆新表示。對於微生物來說，有機無機有毒無毒好啃難啃皆不在話下，有些細菌以農藥甚至塑料為食。也正是因為微生物「食物種類」多樣的特點，人類利用微生物可以解決不少大麻煩。

在醫療健康方面，乳酸菌等益生菌可以幫助人類調節腸道菌群平衡，一些病毒甚至可以作為載體製作疫苗；食品方面，微生物可以被用來發酵產生酒、醋、醬油和麵包等食物；在環境方面，汙水處理主要就是藉助微生物分解有毒有害汙染物……隨著合成生物學的興起，人類改造微生物的能力越來越強，微生物作為細胞工廠的潛力被無限放大，幾乎可以合成任何化合物。

來自地球的微生物，會成為其他星球的生命起源嗎

既然微生物如此強大，它們有機會跟隨人類的航空器飛往外太空和其他星球繁衍嗎？

今年7月下旬到8月上旬，恰逢26個月一遇的火星探測器發射窗口期，阿聯的「希望」號火星探測器已於杜拜時間7月20日發射成功，中國的「天問一號」也在北京時間7月23日發射成功，美國的「毅力號」火星車已於北京時間7月30日發射成功。而火星也一直被科學家們認為是唯一可能會適合人類移民移居的星球。

當這些火星探測器還在地球上時，一定會有微生物附在其表面繁衍生息。當這些微生物離開地球之後，會不會給其他星球帶去生命的種子呢？

「從上個世紀70年代人類第一個火星探測器在火星著陸至今，沒有任何可靠證據證明火星上有從地球前往的微生物或其他生物存活下來。」袁訓來說。他以我國剛剛發射成功的「天問一號」為例，從地球前往火星的太空之旅長達7個月，在宇宙中飛行，探測器所面臨的是最低溫度達到-273.15℃的真空環境，同時還存在各種宇宙射線。如此條件下，微生物的活性蛋白會失去活性。這樣艱難且遙遠的旅途，實在不適合微生物的生存。

不過，如果真的有如此強大的微生物成功抵達了火星，結局如何呢？「等待它們的依舊還是死亡。」袁訓來說，「火星的溫度在-133℃至27℃之間，大氣密度僅為地球的1%、成分以二氧化碳為主。最重要的一點，火星表面並不存在液態水。水是生命之源，因此，即使僥倖活到火星，微生物也會最終斃命。」

本報記者 葉 真 實習生 孫海峰