來(lái)源：Nautilus
撰寫(xiě)：維拉特 · 馬坎迪亞（Virat Markandeya）
藝術(shù)家喬 · 戴維斯認(rèn)為，自己找到了一種持久穩(wěn)定的人類歷史記錄載體。這種微生物也許可以幫助我們與系外文明進(jìn)行交流。
法國(guó)的布列塔尼地區(qū)以擁有上千年歷史的鹽場(chǎng)而享譽(yù)全球，這些鹽場(chǎng)產(chǎn)有一種特別的 “鹽之花”，是由海水蒸發(fā)后留下的鹽結(jié)晶而成。不久前，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的喬 · 戴維斯用顯微鏡分析了當(dāng)?shù)厣势G麗的鹽池，發(fā)現(xiàn)淺水中富含多種嗜鹽菌（可以在含鹽環(huán)境中生長(zhǎng)的微生物）。這令他十分好奇的想到了一個(gè)問(wèn)題：等鹽池中的水蒸發(fā)殆盡，這些微生物又不會(huì)憑空消失，那它們究竟去了哪兒呢？
來(lái)自 2.5 億年前的鹽中微生物
隨后戴維斯購(gòu)買了一系列手工專用鹽，并做了消毒處理。這位具有酷似甘道夫的風(fēng)度的 69 歲老人十分熱愛(ài) DIY，還有將信息永久保存下去的心愿。1986 年，他首次證明了信息可以被儲(chǔ)存在基因中。由 1 和 0 組成的數(shù)字信息可以被對(duì)應(yīng)到由四種 DNA 核酸組成的序列上，然后被整合并插入到細(xì)胞中。這之后科學(xué)家只要對(duì) DNA 進(jìn)行測(cè)序，便可讀取其中編錄的指示信息。
戴維斯目前正在把排名前五萬(wàn)的維基百科頁(yè)面編入蘋(píng)果基因中，以期創(chuàng)造一棵永恒的 “知識(shí)樹(shù)”。他還與位于波多黎各的阿雷西博望遠(yuǎn)鏡團(tuán)隊(duì)合作，將地球上數(shù)量最多的、光合作用不可或缺的蛋白質(zhì)的基因序列發(fā)往了地球附近的恒星。
戴維斯通過(guò)研究這些手工鹽發(fā)現(xiàn)，前面所說(shuō)的噬鹽微生物被封存在了鹽晶體中，可以進(jìn)行培養(yǎng)。這讓他發(fā)現(xiàn)了十分奇怪的一個(gè)現(xiàn)象：在經(jīng)過(guò)分析的這些鹽中，有一種來(lái)自喜馬拉雅山脈附近，這些巖鹽十分古老，并且從地質(zhì)學(xué)、古生物學(xué)與地球化學(xué)證據(jù)來(lái)看，自從它們最初沉積形成以來(lái)，還從未經(jīng)歷過(guò)溶解和重新結(jié)晶。這說(shuō)明保存在喜馬拉雅巖鹽中的原始微生物也許來(lái)自二疊紀(jì)至寒武紀(jì)時(shí)代。
“這令我大為震驚。它們?cè)趺纯赡軄?lái)自 2.5 億年前呢？”
于是戴維斯從德國(guó)與奧地利的礦藏中采集了一些來(lái)自幾億年前、二疊紀(jì)時(shí)期的鹽，又從紐約最深的鹽礦采集了一些，想試試看能否從這些鹽中培育出微生物。過(guò)去幾十年來(lái)，越來(lái)越多的科學(xué)文獻(xiàn)指出，我們也許有可能復(fù)活數(shù)百萬(wàn)、乃至數(shù)億年前的微生物。這些微生物一直以脫水狀態(tài)存活，并未死亡，但將新陳代謝降到了最低限度，只保留最基本功能。
法國(guó)布列塔尼地區(qū)的蓋朗德鹽（sel de Guérande）是海洋、陽(yáng)光、風(fēng)、鹽場(chǎng)工人的傳統(tǒng)勞作綜合作用的結(jié)果，數(shù)千年來(lái)，它一直是從鹽沼中手工采集而來(lái)。
這意味著從某種意義上來(lái)說(shuō)，這些微生物成功逃脫了自然選擇的宿命。數(shù)億年來(lái)，它們一直保持著休眠狀態(tài)，沒(méi)有發(fā)生進(jìn)化，也沒(méi)有發(fā)展出有利性狀，而是變成了一種相當(dāng)于 “種子銀行”的存在。這些遠(yuǎn)古微生物被封存在海底深處的鹽結(jié)晶中，處于缺乏氧氣、但富含硫化氫的環(huán)境里。戴維斯意識(shí)到，他就這樣發(fā)現(xiàn)了一種頑強(qiáng)的生物載體，不僅可以儲(chǔ)存遺傳信息，且保質(zhì)期極長(zhǎng)。
戴維斯和同事們?cè)?2020 年 2 月發(fā)表的一篇論文中提出，利用 DNA 堿基對(duì)創(chuàng)造的數(shù)字信息檔案可以被插入活體嗜鹽菌中，然后便可以 “無(wú)限期”保存在結(jié)晶礦物鹽中。2019 年 9 月，戴維斯展出了一種經(jīng)過(guò)基因改造的極端嗜鹽古菌（Halobacterium salinarum），這是一種極其頑強(qiáng)的微生物，比大腸桿菌還要更勝一籌，從古鹽中發(fā)現(xiàn)的極端嗜鹽古菌與從鹽場(chǎng)中培育出的現(xiàn)代樣本進(jìn)行了對(duì)比后會(huì)發(fā)現(xiàn)二者極其相似、難以辨別。
為什么是鹽？
極端嗜鹽古菌的防輻射機(jī)制與耐輻射奇異球菌（Deinococcus radiodurans）很相似。每個(gè)極端嗜鹽古菌細(xì)胞中含有 25 份相同的染色體，在遭受高劑量輻射后，這些染色體會(huì)變?yōu)樗槠?、然后重新組合。該細(xì)菌的致死輻射劑量高達(dá)大多數(shù)大腸桿菌的 18 倍，“利用沉積在地下的古鹽和能夠攜帶信息的嗜鹽菌，打造最穩(wěn)定長(zhǎng)久的人類信息檔案”也許并不只是一個(gè)設(shè)想。
大約就在這段時(shí)間里，英國(guó)蘇塞克斯大學(xué)微生物學(xué)家特倫斯 · 麥克基尼提則帶著自己的學(xué)生，考察了位于英國(guó)地下深處的伯畢鹽礦。此處設(shè)有一座暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)室?！胞}礦可以隔絕大量宇宙輻射，因此地下的輻射水平很低。”這也是極端嗜鹽古菌保護(hù)自身不受輻射傷害的方式之一?！胺獯嬖趲r鹽中更有利于古細(xì)菌的存活?！?/p>
極端嗜鹽古菌寄身于鹽結(jié)晶內(nèi)部的流體包裹體中（即充滿液體的空腔），其中所含的高濃度鹽水導(dǎo)致鹽結(jié)晶看起來(lái)霧蒙蒙的。極端嗜鹽古菌的酶機(jī)制已經(jīng)適應(yīng)了這種高鹽分環(huán)境，因此淡水反而會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞破裂。細(xì)胞需要維持滲透平衡，海水、鹽水和淡水的含鹽量各不相同，對(duì)細(xì)胞的影響也有輕重之分，但淡水是其中最致命的。，因?yàn)?“淡水會(huì)對(duì)細(xì)胞的滲透平衡造成劇烈沖擊，導(dǎo)致細(xì)胞破裂?！?/p>
1928 年，加州大學(xué)伯克利分校一位名叫查斯 · 利普曼的科學(xué)家曾宣稱，自己在前寒武紀(jì)時(shí)期的巖石中發(fā)現(xiàn)了活體微生物。利普曼主要研究了從威爾士和美國(guó)賓夕法尼亞州采集的無(wú)煙煤，將其放在過(guò)氧化氫溶液里、并置于熱烤爐中，在攝氏 160 至 170 度的高溫下消毒了兩天以上，“在無(wú)煙煤中發(fā)現(xiàn)的這些微生物其實(shí)是幸存者，從煤最初形成時(shí)一直封存至今。由于無(wú)煙煤實(shí)質(zhì)上接近于泥炭，因此構(gòu)成它的物質(zhì)最初也許是富含微生物的?！?/p>
在煤炭中找到微生物，就相當(dāng)于要在所謂的 “深層生物圈”中找到生命。深層生物圈還未得到統(tǒng)一定義，一般指位于地表下方的棲息環(huán)境，海洋生物圈中的沉積物也是深層生物圈的一部分，與極端嗜鹽古菌在鹽結(jié)晶中的生存環(huán)境有一些相似之處，生存在其中的物種都被囚禁在了能量極為有限的環(huán)境中。
動(dòng)物一般只會(huì)翻動(dòng)海洋沉積物最上層的 10 厘米，而在這 10 厘米以下，沉積物受到的影響就很小了。海洋中有些位置數(shù)百萬(wàn)年來(lái)都不曾經(jīng)歷過(guò)明顯擾動(dòng)。
完美的生物載體
由于能量極其有限，這些棲息環(huán)境很難在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行模擬?？茖W(xué)家曾研究過(guò)多處這類棲息環(huán)境，南太平洋渦流便是其中之一?！皢痰纤?· 決心號(hào)”大洋鉆探船上的船員們從渦流底部鉆取了一根長(zhǎng)長(zhǎng)的豎直巖芯。在鉆取過(guò)程中，工作人員必須佩戴口罩，防止吸入巖芯釋放出的硫化氫氣體。有些巖芯長(zhǎng)達(dá)數(shù)百米，需要分段鉆取。
在從上至下分析這根巖芯的過(guò)程中，相當(dāng)于從現(xiàn)代環(huán)境一路走回了遠(yuǎn)古環(huán)境。從南太平洋渦流采集的巖芯最早可追溯至 9500 萬(wàn)年前。其中所含的硫化氫其實(shí)是微生物新陳代謝的副產(chǎn)品，能夠測(cè)量到其中含有硫化氫，這一點(diǎn) “有力地證明了該棲息環(huán)境中存在能夠呼吸的活體微生物?！蔽⑸飳?duì)環(huán)境的適應(yīng)程度可能不取決于它的生長(zhǎng)能力，而取決于它的生存能力。
研究人員對(duì)這類微生物能承受的能量下限尤其感興趣：“很難說(shuō)清下限有多低，因?yàn)檫@些微生物處理的能量極其接近于零。”當(dāng)微生物從生長(zhǎng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)?“維護(hù)模式”、再轉(zhuǎn)變?yōu)?“深度休眠狀態(tài)”時(shí)，會(huì)發(fā)生能量上的轉(zhuǎn)換。“處于深度休眠狀態(tài)時(shí)，微生物的基礎(chǔ)能量需求會(huì)進(jìn)一步降低，比處于維護(hù)狀態(tài)時(shí)還要少?！?/p>
人體的運(yùn)行功率通常為 100 瓦，而從理論上來(lái)說(shuō)，地下深處的微生物的運(yùn)行功率或可低至 10-21 瓦，遠(yuǎn)比人類低得多。不過(guò)，10-21 只是理論上的能量極限，微生物一般能承受的能量極限可能比這要高一些。
實(shí)驗(yàn)學(xué)家們?cè)谠噲D培養(yǎng)這些遠(yuǎn)古細(xì)菌的過(guò)程中遭遇了很多困難。復(fù)活這些古菌的時(shí)間已經(jīng)超過(guò)了 1000 天，有些古菌沒(méi)能成功復(fù)活，缺少的要素也許不是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而是時(shí)間，因?yàn)檫@些微生物的生長(zhǎng)速度實(shí)在是太慢了。
雖然絕大多數(shù) “僵尸微生物”也許都無(wú)法活下去，但哪怕只有少數(shù)得以幸存，對(duì)太陽(yáng)系內(nèi)外的生命而言也具有重大意義。科學(xué)家認(rèn)為，含鹽環(huán)境在宇宙中十分常見(jiàn)。最新觀測(cè)結(jié)果顯示，火星南極附近就存在若干個(gè)鹽水湖。并且自上世紀(jì) 80 年代以來(lái)，科學(xué)家已經(jīng)多次在火星隕石中發(fā)現(xiàn)巖鹽成分。此外，木衛(wèi)二和土衛(wèi)二上也很可能存在含鹽環(huán)境。位于小行星帶中的矮行星谷神星也擁有一片活躍的海洋。
前文提到的戴維斯將極端嗜鹽古菌以鹽結(jié)晶的形式保存起來(lái)、放在架子上展出，并將自己的藝術(shù)展命名為 “不死者科西切”?？莆髑惺嵌砹_斯民間神話中的一位邪惡巫師，他將自己邪惡的靈魂藏在了一枚針尖中，再將針尖藏在一只鴨子體內(nèi)的鴨蛋里。如果有人追逐，鴨子就會(huì)飛走。而這套 “保護(hù)裝置”又被埋在一只箱子里，箱子被擱在一座小島上。隨著潮漲潮落，小島會(huì)時(shí)而出現(xiàn)、時(shí)而消失。
戴維斯和他的團(tuán)隊(duì)利用一種名叫 “向量編碼”的技術(shù)，在極端嗜鹽古菌的 DNA 中插入了一些信息，其中一部分就是受到了 “不死者科西切”的啟發(fā)。他們還在其中存入了一個(gè)三維的雙螺旋結(jié)構(gòu)、以及一個(gè)四維的超立方體結(jié)構(gòu)。這些數(shù)字信息以一種充滿詩(shī)意的方式，將一個(gè)關(guān)于 “永生不死”的古代神話融入其中，使人不禁驚嘆連連。
假如極端嗜鹽古菌真的能歷經(jīng)千百萬(wàn)年而不死，也許可以用于星際間信息傳遞。這樣的生物載體可以永久存續(xù)下去，因?yàn)槲覀兛梢灾谱魃蟽|個(gè)副本，設(shè)定上億個(gè)接受者。
關(guān)于極端微生物的論文數(shù)量在過(guò)去十年里快速增長(zhǎng)，盡管在技術(shù)層面還存在諸多挑戰(zhàn)，但已經(jīng)有越來(lái)越多的科學(xué)家投身其中?；蛟S在不久的將來(lái)我們可以看到極端微生物的奇妙應(yīng)用面世。
廣告聲明：文內(nèi)含有的對(duì)外跳轉(zhuǎn)鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時(shí)間，結(jié)果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。